高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法及系统与流程

1.本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法及系统。


背景技术：

2.随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
3.目前，在我国的发电系统中，火力发电系统的占比依旧非常大。因此，保障火电系统的稳定运行，是电力系统的重要任务。与此同时，新能源在电力系统中的占比逐年攀升，其间歇性、波动性等特点，将导致传统火电机组的工况变化(包括启停、变负荷和最低负荷运行)频率较以往显著增加，从而使得火电机组的损伤情况也随之波动。
4.随着火电机组的损伤情况的波动，对火电机组的检修进行预警就显得尤为重要。但是，受制于多工况协同耦合作用下机组损伤建模和评估的复杂性，目前针对火电机组的检修工作，还是按照以往的检修规则和检修周期进行，缺乏对机组损失情况进行实时评估和动态响应的机制。明显的，目前的火电机组检修方式，已经不再适用于现今的高比例新能源的电力系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种适用于高比例新能源电力系统，而且可靠性高、准确性好的高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法。
6.本发明的目的之二在于提供一种实现所述高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法的系统。
7.本发明提供的这种高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法，包括如下步骤：
8.s1.获取目标电力系统的历史数据；
9.s2.根据步骤s1获取的历史数据，计算目标电力系统中火电机组在预设维修周期内的单位有效利用小时的运行中长期成本和单次启动中长期成本；
10.s3.根据步骤s2计算得到的数据，构建单次启动中长期成本模型；
11.s4.基于步骤s3得到的单次启动中长期成本模型，计算目标电力系统中火电机组从上一次维修至当前时刻的应计总中长期成本；
12.s5.将步骤s4得到的应计总中长期成本与目标电力系统的历史数据进行比较，得到目标电力系统中火电机组的当前损伤累积程度，并完成火电机组的检修预警。
13.步骤s1所述的目标电力系统的历史数据，包括目标电力系统中火电机组的维修数据和目标电力系统中火电机组的历史运行数据。
14.步骤s2所述的根据步骤s1获取的历史数据，计算目标电力系统中火电机组在预设
维修周期内的单位有效利用小时的运行中长期成本和单次启动中长期成本，具体包括如下步骤：
15.采用如下算式计算单位有效利用小时的运行中长期成本c
mph
：
16.c
mph
＝cm/h
eu
17.式中cm为目标电力系统中火电机组的年平均维修费；h
eu
为目标电力系统中火电机组折合有效利用小时数，且h
eu
＝hu t
hs
×ehs
t
ws
×ews
t
cs
×ecs
，hu为火电机组年平均有效利用小时数，t
hs
为火电机组热态启动年平均次数，e
hs
为火电机组单次热态启动折合有效利用小时数，t
ws
为火电机组温态启动年平均次数，e
ws
为火电机组单次温态启动折合有效利用小时数，t
cs
为火电机组冷态启动年平均次数，e
cs
为火电机组单次冷态启动折合有效利用小时数；
18.单次启动中长期成本包括单次热态启动中长期成本、单次温态启动中长期成本和单次冷态启动中长期成本；单次热态启动中长期成本c
phs
的计算式为c
phs
＝e
hs
×cmph
；单次温态启动中长期成本c
pws
的计算式为c
pws
＝e
ws
×cmph
；单次冷态启动中长期成本c
pcs
的计算式为c
pcs
＝e
cs
×cmph
。
19.步骤s3所述的根据步骤s2计算得到的数据，构建单次启动中长期成本模型，具体包括如下步骤：
20.采用如下算式作为单次启动中长期成本模型：
21.c
mps
＝v(1-e-λt
)
22.式中c
mps
为火电机组的单次启动中长期成本；λ为火电机组单次启动中长期成本敏感系数；v为火电机组单次启动中长期成本极限；t为火电机组的离线时长；
23.以步骤s2得到的单次热态启动中长期成本c
phs
及对应的离线时长t1、单次温态启动中长期成本c
pws
及对应的离线时长t2和单次冷态启动中长期成本c
pcs
及对应的离线时长t3构成特征数组，对特征数组采用对数变换法和最小二乘法进行处理，从而计算得到火电机组单次启动中长期成本极限v和火电机组单次启动中长期成本敏感系数λ。
24.步骤s4所述的基于步骤s3得到的单次启动中长期成本模型，计算目标电力系统中火电机组从上一次维修至当前时刻的应计总中长期成本，具体包括如下步骤：
25.应计总中长期成本包括a级应计中长期成本和c级应计中长期成本；a级应计中长期成本为火电机组从上一次发生a级检修至当前时刻的应计中长期成本；c级应计中长期成本为火电机组从上一次发生c级检修至当前时刻的应计中长期成本；
26.采用如下算式计算应计总中长期成本c
tm
：
[0027][0028]
式中c
mps
(ti)为火电机组的单次启动中长期成本；ti为第i次停机的离线时长；n为停机总数；c
mph
为单位有效利用小时的运行中长期成本；h
un
为火电机组从上一次维修至当前时刻的有效利用小时数。
[0029]
步骤s5所述的将步骤s4得到的应计总中长期成本与目标电力系统的历史数据进行比较，得到目标电力系统中火电机组的当前损伤累积程度，并完成火电机组的检修预警，具体包括如下步骤：
[0030]
根据火电机组在历次发生a级检修周期内的总维修费用，基于年平均通货膨胀率，
将历次a级检修周期内的总维修费用分别折算到当前时刻后再求平均值，从而得到a级检修周期内的历史平均维修费用ma；
[0031]
获取火电机组在历次发生a级检修周期内发生c级检修的次数并求平均值，从而得到a级检修周期内的c级检修平均次数tc；
[0032]
采用如下算式计算当前时刻的a级损伤累积程度μa和当前时刻的c级损伤累积程度μc：
[0033][0034][0035]
式中c
tma
为a级应计中长期成本；c
tmc
为c级应计中长期成本；
[0036]
采用如下规则进行火电机组的检修预警：
[0037]
若则进行第一级c级检修预警；
[0038]
若则进行第二级c级检修预警；
[0039]
若则进行第三级c级检修预警；
[0040]
其中k1、k2和k3为预设的常数且k1＜k2＜k3；
[0041]
若μa≥d3，则进行第一级a级检修预警；
[0042]
若d2≤μa＜d3，则进行第二级a级检修预警；
[0043]
若d1≤μa＜d2，则进行第三级a级检修预警；
[0044]
其中d1、d2和d3为预设的常数且d1＜d2＜d3。
[0045]
所述的高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法，还包括如下步骤：
[0046]
s6.在当前a级检修的周期结束后，将步骤s4得到的应计总中长期成本减去当前周期内实际产生的总检修费用，得到维修合理性指数：
[0047]
若维修合理性指数大于或等于第一设定阈值，则进行维修不足预警；
[0048]
若维修合理性指数小于或等于第二设定阈值，则进行过度维修预警。
[0049]
本发明还公开了一种实现所述高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法的系统，包括历史数据获取模块、中长期成本计算模块、成本模型构建模块、应计成本计算模块和检修预警模块；历史数据获取模块用于获取目标电力系统的历史数据，并将数据信息上传中长期成本计算模块；中长期成本计算模块用于根据接收的数据信息，计算目标电力系统中火电机组在预设维修周期内的单位有效利用小时的运行中长期成本和单次启动中长期成本，并将数据信息上传成本模型构建模块；成本模型构建模块用于根据接收的数据信息，构建单次启动中长期成本模型，并将数据信息上传应计成本计算模块；应计成本计算模块用于根据接收的数据信息，计算目标电力系统中火电机组从上一次维修至当前时刻的
应计总中长期成本，并将数据信息上传检修预警模块；检修预警模块用于根据接收的数据信息，将应计总中长期成本与目标电力系统的历史数据进行比较，得到目标电力系统中火电机组的当前损伤累积程度，并完成火电机组的检修预警。
[0050]
所述的系统还包括维修预警模块；维修预警模块与检修预警模块连接；维修预警模块用于在当前a级检修的周期结束后，将应计总中长期成本减去当前周期内实际产生的总检修费用得到维修合理性指数，并根据维修合理性指数进行维修预警。
[0051]
本发明提供的这种高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法及系统，将火电机组在基荷运行工况和启动工况下所产生的中长期成本与机组的损伤程度评估结合在一起，避免构建复杂的损伤机理模型，能够简单、高效且合理地预测当前机组的损伤程度，同时本发明还能够给出动态检修预警信号，从而有效应对因高比例新能源所导致的火电机组出力的高波动性对检修产生的冲击；而且，本发明适用于高比例新能源电力系统，可靠性高、准确性好。
附图说明
[0052]
图1为本发明方法的方法流程示意图。
[0053]
图2为本发明系统的系统功能模块示意图。
具体实施方式
[0054]
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法，包括如下步骤：
[0055]
s1.获取目标电力系统的历史数据；包括目标电力系统中火电机组的维修数据和目标电力系统中火电机组的历史运行数据；
[0056]
s2.根据步骤s1获取的历史数据，计算目标电力系统中火电机组在预设维修周期内的单位有效利用小时的运行中长期成本和单次启动中长期成本；具体包括如下步骤：
[0057]
采用如下算式计算单位有效利用小时的运行中长期成本c
mph
：
[0058]cmph
＝cm/h
eu
[0059]
式中cm为目标电力系统中火电机组的年平均维修费；h
eu
为目标电力系统中火电机组折合有效利用小时数，且h
eu
＝hu t
hs
×ehs
t
ws
×ews
t
cs
×ecs
，hu为火电机组年平均有效利用小时数，t
hs
为火电机组热态启动年平均次数，e
hs
为火电机组单次热态启动折合有效利用小时数，t
ws
为火电机组温态启动年平均次数，e
ws
为火电机组单次温态启动折合有效利用小时数，t
cs
为火电机组冷态启动年平均次数，e
cs
为火电机组单次冷态启动折合有效利用小时数；
[0060]
单次启动中长期成本包括单次热态启动中长期成本、单次温态启动中长期成本和单次冷态启动中长期成本；单次热态启动中长期成本c
phs
的计算式为c
phs
＝e
hs
×cmph
；单次温态启动中长期成本c
pws
的计算式为c
pws
＝e
ws
×cmph
；单次冷态启动中长期成本c
pcs
的计算式为c
pcs
＝e
cs
×cmph
；
[0061]
其中，热态启动定义为火电机组离线时间10小时以内再启动；温态启动定义为火电机组离线时间为10小时～72小时以内再启动；冷态启动定义为火电机组离线72以上再启动；
[0062]
具体实施时，预设历史维修周期可以为一个a级检修周期(即相邻两次a级检修之间的间隔周期)，也可以为多个a级检修周期，甚至还可以为自该火电机组投入运行以来的历次a级检修周期；本发明优选为上一个a级检修周期；
[0063]
将该周期内的中长期成本(主要为维修费)均摊到基荷运行工况和启动工况中，此时可将机组在单位有效利用小时下的运行中长期成本视为定值，此处的有效利用小时指的是发电机组满负荷条件下的运行时间；首先，将机组的单次启动过程转换为相应的有效利用小时数，即机组的每次启动相当于在满负荷条件下运行了一定的小时数，该小时数可视为一个固定参数，参数的取值只与启动类型(如热态、温态或者冷态启动之一)和机组容量参数有关；然后，即可计算出上一个a级检修周期内的总折合有效利用小时数，进而求取机组在单位有效利用小时下的运行中长期成本，再基于上述单次启动的转换参数，即可求取若干个单次启动中长期成本；
[0064]
s3.根据步骤s2计算得到的数据，构建单次启动中长期成本模型；具体包括如下步骤：
[0065]
采用如下算式作为单次启动中长期成本模型：
[0066]cmps
＝v(1-e-λt
)
[0067]
式中c
mps
为火电机组的单次启动中长期成本；λ为火电机组单次启动中长期成本敏感系数；v为火电机组单次启动中长期成本极限；t为火电机组的离线时长；
[0068]
以步骤s2得到的单次热态启动中长期成本c
phs
及对应的离线时长t1、单次温态启动中长期成本c
pws
及对应的离线时长t2和单次冷态启动中长期成本c
pcs
及对应的离线时长t3构成特征数组，对特征数组采用对数变换法和最小二乘法进行处理，从而计算得到火电机组单次启动中长期成本极限v和火电机组单次启动中长期成本敏感系数λ；
[0069]
s4.基于步骤s3得到的单次启动中长期成本模型，计算目标电力系统中火电机组从上一次维修至当前时刻的应计总中长期成本；具体包括如下步骤：
[0070]
应计总中长期成本包括a级应计中长期成本和c级应计中长期成本；a级应计中长期成本为火电机组从上一次发生a级检修至当前时刻的应计中长期成本；c级应计中长期成本为火电机组从上一次发生c级检修至当前时刻的应计中长期成本；
[0071]
采用如下算式计算应计总中长期成本c
tm
：
[0072][0073]
式中c
mps
(ti)为火电机组的单次启动中长期成本；ti为第i次停机的离线时长；n为停机总数；c
mph
为单位有效利用小时的运行中长期成本；h
un
为火电机组从上一次维修至当前时刻的有效利用小时数；
[0074]
具体实施时，在步骤s2中已经确定了机组在基荷运行工况下的单位有效利用小时的运行中长期成本，再结合机组从上一次维修至今的有效利用小时数，即可计算出机组的运行中长期成本，进而表征机组在运行工况下所积累的损伤；同理，在步骤s3中已经确定了机组的单次启动中长期成本模型，再结合机组从上一次维修至今的启动次数及其对应的单次离线时长，即可计算出机组的启动中长期成本，进而表征机组在启动工况下所积累的损伤；机组的运行中长期成本与启动中长期成本之和即为该火电机组上一次维修至今的应计总中长期成本；
[0075]
s5.将步骤s4得到的应计总中长期成本与目标电力系统的历史数据进行比较，得到目标电力系统中火电机组的当前损伤累积程度，并完成火电机组的检修预警；具体包括如下步骤：
[0076]
根据火电机组在历次发生a级检修周期内的总维修费用，基于年平均通货膨胀率，将历次a级检修周期内的总维修费用分别折算到当前时刻后再求平均值，从而得到a级检修周期内的历史平均维修费用ma；
[0077]
获取火电机组在历次发生a级检修周期内发生c级检修的次数并求平均值，从而得到a级检修周期内的c级检修平均次数tc；
[0078]
采用如下算式计算当前时刻的a级损伤累积程度μa和当前时刻的c级损伤累积程度μc：
[0079][0080][0081]
式中c
tma
为a级应计中长期成本；c
tmc
为c级应计中长期成本；
[0082]
采用如下规则进行火电机组的检修预警：
[0083]
若则进行第一级c级检修预警；
[0084]
若则进行第二级c级检修预警；
[0085]
若则进行第三级c级检修预警；
[0086]
其中k1、k2和k3为预设的常数且k1＜k2＜k3；
[0087]
若μa≥d3，则进行第一级a级检修预警；
[0088]
若d2≤μa＜d3，则进行第二级a级检修预警；
[0089]
若d1≤μa＜d2，则进行第三级a级检修预警；
[0090]
其中d1、d2和d3为预设的常数且d1＜d2＜d3；
[0091]
具体实施时，机组的历史平均维修费可以选择机组自投入运行以来的历次维修数据，也可以选择上一个a级检修周期内的维修数据，亦或者随机选择一个或者多个a级检修周期内的维修数据；
[0092]
以机组的历史平均维修费为一个对照参考值，将步骤s4中获得的应计总中长期成本与之进行比较，即可得到机组当前损伤积累程度，进而实现对机组损伤积累程度的动态监控和评估，该损伤评估方法与机组整体的运行状态相关，可以反映机组的总体损伤趋势，同时其计算所需的输入量参数简单且易获取，非常适宜用作电厂的日常监控手段；最后，可以根据用户的使用需求制定一个或者多个预设损伤程度阈值，在机组当前损伤积累程度大于或者等于预设损伤程度阈值时，触发检修预警，以提示电厂操作人员，电厂操作人员可以
再结合机组其他的运行参数，决定是否进行检修；
[0093]
s6.在当前a级检修的周期结束后，将步骤s4得到的应计总中长期成本减去当前周期内实际产生的总检修费用，得到维修合理性指数：
[0094]
若维修合理性指数大于或等于第一设定阈值，则进行维修不足预警；
[0095]
若维修合理性指数小于或等于第二设定阈值，则进行过度维修预警。
[0096]
如图2所示为本发明系统的系统功能模块示意图：本发明还公开了一种实现所述高比例新能源系统中的火电机组检修预警方法的系统，包括历史数据获取模块、中长期成本计算模块、成本模型构建模块、应计成本计算模块和检修预警模块；历史数据获取模块用于获取目标电力系统的历史数据，并将数据信息上传中长期成本计算模块；中长期成本计算模块用于根据接收的数据信息，计算目标电力系统中火电机组在预设维修周期内的单位有效利用小时的运行中长期成本和单次启动中长期成本，并将数据信息上传成本模型构建模块；成本模型构建模块用于根据接收的数据信息，构建单次启动中长期成本模型，并将数据信息上传应计成本计算模块；应计成本计算模块用于根据接收的数据信息，计算目标电力系统中火电机组从上一次维修至当前时刻的应计总中长期成本，并将数据信息上传检修预警模块；检修预警模块用于根据接收的数据信息，将应计总中长期成本与目标电力系统的历史数据进行比较，得到目标电力系统中火电机组的当前损伤累积程度，并完成火电机组的检修预警。
[0097]
具体实施时，所述的系统还可以包括维修预警模块；维修预警模块与检修预警模块连接；维修预警模块用于在当前a级检修的周期结束后，将应计总中长期成本减去当前周期内实际产生的总检修费用得到维修合理性指数，并根据维修合理性指数进行维修预警。
[0098]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0099]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。