專利名稱：用于調(diào)度組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)的系統(tǒng)和方法
用于調(diào)度組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)的系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要涉及組合循環(huán)(CC)發(fā)電系統(tǒng)，并且具體涉及調(diào)度CC發(fā)電系統(tǒng)(在本 文中也稱為“電廠(plant)”)的啟動(dòng)。
背景技術(shù)：
電廠一般由電力公用事業(yè)公司(power utility)來(lái)操作或?yàn)槠洳僮?，電力公?事業(yè)公司生成最終經(jīng)中心批發(fā)市場(chǎng)(central wholesalemarket)或穩(wěn)壓電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 (operator)所調(diào)遣(dispatch)的電力。電力公用事業(yè)公司可從一個(gè)或多個(gè)CC發(fā)電系統(tǒng)和 其它發(fā)電系統(tǒng)來(lái)生成電力。
公用事業(yè)公司上的電力需求往往逐小時(shí)、逐天、逐季度以及逐年地變化。來(lái)自其客 戶的電力需求由例如電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商基于有關(guān)電力需求的歷史數(shù)據(jù)和例如預(yù)期天氣、客戶對(duì)將 來(lái)電力的請(qǐng)求以及調(diào)度發(fā)生的影響電力需求的事件來(lái)預(yù)計(jì)。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商向例如公用事業(yè)公 司的發(fā)電運(yùn)營(yíng)商建議預(yù)計(jì)的電力需求。由于電力需求變化，電力公用事業(yè)公司為每個(gè)電廠 準(zhǔn)備的調(diào)度經(jīng)常在要發(fā)電前很短時(shí)間最終確定，例如在要發(fā)電前的那天。一旦調(diào)度最終確 定，發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商就確定何時(shí)開動(dòng)CC發(fā)電系統(tǒng)(電廠)以在調(diào)度指示對(duì)電力的需求將 發(fā)生時(shí)提供在可調(diào)遣負(fù)載水平的電力。
確定何時(shí)開動(dòng)電廠提出了一個(gè)復(fù)雜且困難的調(diào)度問(wèn)題。啟動(dòng)序列將電廠從關(guān)閉狀 況帶到電廠產(chǎn)生在可調(diào)遣負(fù)載水平的電力所在的狀況。啟動(dòng)序列一般是復(fù)雜的調(diào)度，涉及 各種燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、蒸發(fā)器(boiler)和生成蒸汽的其它系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪和蒸汽渦輪 驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。當(dāng)停止電廠時(shí)，不向燃?xì)鉁u輪提供燃料，并且不向蒸汽渦輪提供蒸汽。當(dāng)停 止電廠時(shí)，燃?xì)鉁u輪和蒸汽渦輪從其最后的操作狀況冷卻。當(dāng)電廠重新開動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)序列的 持續(xù)時(shí)間或完成啟動(dòng)序列的時(shí)間很大程度上取決于開始啟動(dòng)序列時(shí)蒸汽渦輪的溫度。
對(duì)電廠的運(yùn)營(yíng)商將有幫助的是具有精確地計(jì)算啟動(dòng)序列的持續(xù)時(shí)間的工具。運(yùn)營(yíng) 商一般知道何時(shí)使其電廠致力于產(chǎn)生在可調(diào)遣負(fù)載水平的電力。知道精確的啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間 將使運(yùn)營(yíng)商能夠在最遲的可能時(shí)間開動(dòng)電廠和使用最少量的燃料，以便正好在使電廠致力 于產(chǎn)生電力之前達(dá)到可調(diào)遣負(fù)載。
確定何時(shí)開始啟動(dòng)序列要求系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商估計(jì)對(duì)于該序列所要求的時(shí)間長(zhǎng)度。由于 難以精確預(yù)計(jì)啟動(dòng)序列的持續(xù)時(shí)間，為CC發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算精確的基于狀況的啟動(dòng)調(diào)度能夠 是一項(xiàng)費(fèi)力又復(fù)雜的任務(wù)，通常由系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商手動(dòng)執(zhí)行。不是計(jì)算精確的基于狀況的啟動(dòng) 序列，而是電廠運(yùn)營(yíng)商一般使用以前準(zhǔn)備的用于少數(shù)幾個(gè)啟動(dòng)狀況的啟動(dòng)時(shí)期的模板來(lái)預(yù) 計(jì)啟動(dòng)調(diào)度。準(zhǔn)備的啟動(dòng)模板保守地預(yù)測(cè)長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)期以確保預(yù)測(cè)的啟動(dòng)時(shí)期絕不短于估計(jì) 的時(shí)期應(yīng)用到的啟動(dòng)序列的任何變化。由于它們是保守的，因此，啟動(dòng)時(shí)期的準(zhǔn)備模板一般 可應(yīng)用到廣范圍的初始狀況，例如在啟動(dòng)序列開動(dòng)時(shí)蒸汽轉(zhuǎn)子的溫度。準(zhǔn)備的模板可規(guī)定 比大多數(shù)實(shí)際啟動(dòng)時(shí)期顯著更長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)期。
雖然再使用現(xiàn)有調(diào)度模板加快了對(duì)新操作日期或時(shí)間時(shí)期的新啟動(dòng)調(diào)度的準(zhǔn)備， 但調(diào)度模板經(jīng)常不會(huì)得出對(duì)于任何給定日期或時(shí)間時(shí)期的最佳啟動(dòng)序列和啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種用于為組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(10)預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)期G2)的方法，所述系統(tǒng)包括燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(12)、蒸汽渦輪(16)和包括用戶輸入裝置06)和輸出裝置04)的計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)(22)，所述方法包括輸入(144)所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)將在其達(dá)到可調(diào)遣負(fù)載的期望時(shí)間(38)； 獲得所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的預(yù)定操作狀況的當(dāng)前值(124)； 所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基于所述期望時(shí)間和所述當(dāng)前值來(lái)執(zhí)行生成預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間(150) 的算法，其中預(yù)測(cè)所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間開動(dòng)時(shí)在所述期望時(shí)間處于 所述可調(diào)遣負(fù)載，以及所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間0 輸出(148)到所述輸出裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)(82,13 檢索將所述預(yù)定操作狀況與所述發(fā)電系統(tǒng)或 類似發(fā)電的以前開動(dòng)時(shí)期相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基于所檢索的數(shù)據(jù)，執(zhí)行生成所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間的所述算法 (134)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定操作狀況是所述蒸汽渦輪的渦輪溫度 (124)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間GO)的輸出在與所述控制系統(tǒng)進(jìn) 行電子通信的顯示器上呈現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)確定(109，118，130)在所述預(yù)計(jì)開 動(dòng)時(shí)間所述預(yù)定操作狀況的開動(dòng)狀況值，并應(yīng)用所述開動(dòng)狀況以從數(shù)據(jù)庫(kù)檢索指示對(duì)應(yīng)于 所述開動(dòng)狀況的開動(dòng)時(shí)期的數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)測(cè)所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在所述期望時(shí)間之前不 多于五分鐘達(dá)到所述可調(diào)遣負(fù)載(146)。
7.一種用于為具有燃?xì)鉁u輪(16)和蒸汽渦輪(16)的組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(10)生成預(yù) 計(jì)開動(dòng)時(shí)期G2)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(22)，所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括用戶輸入(沈)，接收所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)將在其達(dá)到可調(diào)遣負(fù)載的期望時(shí)間(38) 和所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的預(yù)定操作狀況的當(dāng)前值(124)；輸出裝置(M)，輸出預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間(42)，其中預(yù)測(cè)所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在所述預(yù)計(jì) 開動(dòng)時(shí)間開動(dòng)時(shí)在所述期望時(shí)間達(dá)到所述可調(diào)遣負(fù)載； 處理器；電子存儲(chǔ)器，其上已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，指示所述期望時(shí)間和所述當(dāng)前值；數(shù)據(jù)庫(kù)(82)，具有將所述預(yù)定操作狀況與所述組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)或類似組合循環(huán)發(fā)電 系統(tǒng)的開動(dòng)時(shí)期相關(guān)的歷史信息，以及算法(109)，基于所述期望時(shí)間、當(dāng)前值和從所述數(shù)據(jù)庫(kù)檢索的或由所述組合循環(huán)發(fā)電 系統(tǒng)的至少一部分的數(shù)學(xué)模型生成的數(shù)據(jù)，生成所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間。
8.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述預(yù)定操作狀況(124)是所述蒸汽渦 輪的渦輪溫度。
9.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間02)的輸出在顯示器(24)上呈現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述算法(109)確定在所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí) 間所述預(yù)定操作狀況的開動(dòng)狀況值，并應(yīng)用所述開動(dòng)狀況以從所述數(shù)據(jù)庫(kù)檢索指示對(duì)應(yīng)于 所述開動(dòng)狀況的開動(dòng)時(shí)期的數(shù)據(jù)。
11.一種用于為組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(10)預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間G2)的方法，所述系統(tǒng)包括燃 氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(GT) (12)、至少一個(gè)蒸汽渦輪(ST) (16)和具有用戶輸入06)和顯示器04) 的控制器(22)，所述方法包括a.將所述蒸汽渦輪中至少一個(gè)的溫度輸入(124)到所述控制系統(tǒng)中，其中所述溫度對(duì) 應(yīng)于最近時(shí)間；b.由所述控制系統(tǒng)將目標(biāo)時(shí)間時(shí)期確定(102)為從所述最近時(shí)間到目標(biāo)時(shí)間的時(shí)期， 在所述目標(biāo)時(shí)間調(diào)度所述發(fā)電系統(tǒng)處于可調(diào)遣負(fù)載；c.由所述控制系統(tǒng)將預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間時(shí)期選擇(109，108，118)為從所述最近時(shí)間到用 于所述發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)序列的開動(dòng)的時(shí)期；d.基于所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間時(shí)期和所述第一溫度，由所述控制器確定(109)在所述預(yù)計(jì) 開動(dòng)時(shí)間發(fā)生的估計(jì)渦輪溫度；e.基于所估計(jì)的渦輪溫度，由所述控制器確定(134)用于所述啟動(dòng)序列的估計(jì)時(shí)間時(shí)期；f.由所述控制器將所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間時(shí)期和用于所述啟動(dòng)序列的所述估計(jì)時(shí)間時(shí)期 相加(136)，并生成從所述最近時(shí)間到所述啟動(dòng)序列結(jié)束的估計(jì)總時(shí)間；g.由所述控制器比較(142)所述估計(jì)總時(shí)間和所述目標(biāo)時(shí)間時(shí)期；h.如果所述控制器在進(jìn)行所述比較中確定所述估計(jì)總時(shí)間時(shí)期在所述目標(biāo)時(shí)間時(shí)期 的預(yù)定時(shí)期內(nèi)，則所述控制器輸出所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間(122)，以及i.如果所述控制器確定所述估計(jì)總時(shí)間時(shí)期在所述目標(biāo)時(shí)間時(shí)期的所述預(yù)定時(shí)期外， 則所述控制器減少(152)所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間，并重復(fù)步驟d到h。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟i中，重復(fù)步驟d到h，直到所述比較確定 所述估計(jì)總時(shí)間時(shí)期在所述目標(biāo)時(shí)間時(shí)期的預(yù)定時(shí)期(146)內(nèi)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟i中，所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間時(shí)期被減少(152) 等于所述預(yù)定時(shí)期的量。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述步驟d包括使用蒸汽渦輪的電子模型(1觀)， 所述模型接收所述第一溫度和所述第一時(shí)間與所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間之間的時(shí)期作為輸入，并 輸出對(duì)應(yīng)于所述預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間的估計(jì)轉(zhuǎn)子溫度。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述步驟e包括訪問(wèn)(132)啟動(dòng)序列的歷史數(shù) 據(jù)庫(kù)(82)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)具有用于與啟動(dòng)序列期間的時(shí)間相關(guān)的蒸汽渦輪轉(zhuǎn)子溫度的數(shù)據(jù)字 段。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“用于調(diào)度組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)的系統(tǒng)和方法”。一種用于為組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(10)預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)期的方法，所述系統(tǒng)包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(12)、蒸汽渦輪(16)和包括用戶輸入裝置(26)和輸出裝置(24)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(22)，所述方法包括輸入(144)組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)將在其達(dá)到可調(diào)遣負(fù)載的期望時(shí)間(38)；獲得組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的預(yù)定操作狀況的當(dāng)前值(124)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基于期望時(shí)間和當(dāng)前值來(lái)執(zhí)行生成預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間(150)的算法，其中，預(yù)測(cè)組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間開動(dòng)時(shí)在期望時(shí)間處于可調(diào)遣負(fù)載，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將預(yù)計(jì)開動(dòng)時(shí)間輸出(148)到輸出裝置。
文檔編號(hào)F02C7/26GK102032045SQ201010500669
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者C·E·龍, D·霍爾茨豪爾, F·達(dá)馬托, L·布拉西尼, R·M·潘賈拉, R·薩拉斯瓦特, S·彼得森 申請(qǐng)人:通用電氣公司