电热耦合的区域能源系统稳态功率分布计算技术的研究

发布时间：2020-07-05 12:36

【摘要】：近年来综合能源系统在发达国家快速发展和广泛应用,世界各国对其都予以了高度关注,由此电热两系统之间的协同调度工作也得到了越来越高的关注度。由于传统的能源系统互相独立的特点会使得能源浪费严重和结构不够优化,因而将独立的电、热两个系统在某个区域范围内进行综合协调管理,构成电热耦合的区域能源系统,可以降低能源的使用量。区域能源系统逐年发展,系统中的结构也愈发复杂,设备及网络间的耦合关系也愈发多样,因而使得区域能源系统的协同管理与调度也变得不易。我国一些诸如辽西北地区的区域均存在风力发电较为发达但弃风严重的特点,对这些区域的电-热耦合系统的能量网络进行解耦计算是一个新的研究领域。因此,本文以对区域综合能源系统建模仿真研究为重点,对该区域进行了详细的稳态功率分布计算。首先在研究了电力、热力以及电热耦合系统的定义和特性的基础上,以特定的条件对电热耦合系统中各个稳态设备的模型进行搭建,主要包括锅炉系统模型、背压式汽轮机组模型、热水传输模型、电力传输模型以及建筑物热负荷模型,并制定了功率平衡、支路潮流约束和节点电压约束等相关的约束条件。然后根据各个稳态设备模型,综合运用组合式热电网络,组建了能量网络方程并研究了求解方法。采用联合计算的方法,以辽西北地区某市局部电网为算例,代入相关状态变量后对各个稳态设备模型进行仿真分析。最后,考虑以电锅炉作为热源,并且计及建筑物储热特性的情况下,对电热耦合系统的稳态功率分布进行分析。通过分析结果,以辽西北地区为例,合理分配某市热电厂热电比例,实现对该区域能源系统的综合管理,因此改善了辽西北地区在冬季供暖期对风电的消纳问题,减少了该区域的用煤量,在电热耦合层面起到了保护环境、减少污染的作用。
【学位授予单位】：沈阳工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73;TK01
【图文】：

工况图,热电机组,工况图,全程

主要是通过主汽门和调节汽门的蒸汽。标准排汽是热能来源之一，其在调解器的作用下逡逑通过加热装置给热介质传递热能，最终排出的蒸汽会重新冷凝，通过回水管路重新回流逡逑至锅炉，全程工况如图２．１所示。逡逑牛逡逑电功率／ＭＷ逡逑户ｍａｘ邋逦７逡逑逦１逦１逦？逡逑＾ｍｉｎ逦热功率／ＭＷ逡逑图２．邋１背压热电机组全程工况图逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｆｕｌｌ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂａｃｋ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｕｎｉｔ逡逑通过图２．１可以得出，由背压式汽轮机发电机组所发出的电功率是受热负荷控制的，逡逑所以不能同时满足热、电负荷的需求。且背压式汽轮机组宜采用于热负荷相对稳定的系逡逑统中，因为其有以热固电的特点，发电量取决于热负荷。但虽然背压式汽轮发电机组有逡逑上述的一些缺点，但是较其他机组相比具备的排汽压力高，蒸汽的焓降较小的优势还是逡逑很大的，因此对比于排汽压力较低，焓降较高的凝汽式汽轮机，当二者所发功率相同时，逡逑背压式机组所需蒸汽量较高，每单位功率所需产生的蒸汽量也要比凝汽式汽轮机高［５６］。逡逑除此之外，在排汽过程中背压式汽轮机组所产生的热量有很大一部分都被热用户进行消逡逑耗，所以冷源损失不会存在，因此从燃料的热利用系数角度分析，背压式汽轮发电机组逡逑的热效率比凝汽式汽轮发电机组要高。逡逑－１０邋－逡逑

示意图,背压式汽轮机,示意图

逦２电热耦合系统研究逡逑图２．３邋（ａ）为背压式汽轮机调节示意图。错油门４既可由调压器２控制，也可由调逡逑．逦速器１控制。当热负荷决定机组的运行状态时，并列在电网中的汽轮机组，转速与调速逡逑器滑环位置都将保持不变。此时，热负荷的变化将使排汽压力改变，在弹簧压力的作用逡逑下，调压器活塞移动，带动错油门使高压油进入油动机５的上腔或下腔，同时使油动机逡逑非进油腔与回油接通，油动机活塞移动，将调解汽门开大或关小，以适应热负荷的需要。逡逑调压系统和调速系统的静态特性大致一致，如图２．３邋（ｂ）所示。此时，机组背压（排逡逑汽压力）＾相当于转速《，调压器活塞位移ｚ相当于调速器滑环位移ｚ，而供热蒸汽量逡逑Ｄ则相当于机组功率Ｐ。因此可得到调压系统的压力不等率＼，它表示最小蒸汽流量时逡逑的最高背压与最大蒸汽流量时的最低背压之差与额定压力＆之比

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