【文章內(nèi)容簡介】 來說，由于各種各樣的原因，運行一段時間之后，設計單位原先提供的數(shù)據(jù)資料已不能完整反映機組當前的情況，特別是經(jīng)過改造的機組，與實際情況差 別就更大了。做試驗的時間間隔往往比較久，比如大修 3 年，小修 1 年，大小修時候做的性能試驗結果，往往也與現(xiàn)時的性能有所差別。另外就是機組做試驗取得的性能特性數(shù)據(jù)，有時候與實際運行數(shù)據(jù)還是有一定差別。原因是做試驗時候往往會帶入一些干擾，比如為了測量流量而增加節(jié)流器件等。另外由于做試驗工況比較少，當煤種變化，或者環(huán)境條件變化時候，試驗結果跟實際運行情況就有所差別了。試驗不可能各種情況下都做一遍的。試驗結果相比較廠家設計值而言，一般更接近實際運行情況一點。比如機組熱耗率特性指標，在某一工況下，設計基準值、大小修后實際 試驗值、實際運行值的大致關系如 設計值、維修值、實際值的比較示意圖，如圖 01所示。 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 6 出廠設計值維修后試驗值實際運行值機組運行時間機組熱耗率維修周期 圖 01 設計值、維修值、實際值的比較示意圖 設實際運行值為 b1，維修后試驗值為 b2，出廠設計值為 b3，隨著機組運行時間的推移，設備逐步磨損、老化，在設備沒有故障的情況下，機組的熱耗率也會逐步上升，因此一般地有 : b2 b3，圖中維修后試驗值曲線就表明了這個現(xiàn)象 。 維修后隨著運行，設備又重新開始逐步磨損、積垢等，導致實際熱耗率又逐步上升，有 : b1 b2。顯然，取設備性能特性的出廠設計值和維修試驗值，作為實時優(yōu)化指導 的基礎，會帶來一定的偏差。 5 論文的主要內(nèi)容 論文首先研究了負荷分配和循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學模型和求解方法（建立模型庫 :模型庫為運行優(yōu)化分析提供模型支持。正確的負荷分配和循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學模型和求解方法是關鍵，因此詳細研究了數(shù)學模型），然后針對優(yōu)化計算的基礎一設備性能確定提出了新的方法 :在分析運行歷史數(shù)據(jù)基礎上得出的機組性能比較接近實際情況。 論文研究的主要內(nèi)容： （ 1）通過采取等供電煤耗微增法、動態(tài)規(guī)劃的方法建立機組負荷優(yōu)化分配模型，實現(xiàn)機組最優(yōu)化分配。 （ 2）確定循環(huán)水泵運行方式的判別條件，指導循環(huán)水泵的運行 操作。 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 7 第一章 負 荷 分 配 優(yōu) 化 鑒于電廠的大型化、現(xiàn)代化和調(diào)峰問題日益突出，機組不可能全部在經(jīng)濟工況下運行，存在一個電廠內(nèi)各機組間進行負荷合理分配的問題，即所謂經(jīng)濟調(diào)度。目的是在滿足用電需要，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定和主要設備“健康”的前提下，最合理地安排機組運行，將電網(wǎng)給定電廠的負荷經(jīng)濟地分配給熱力設備，以取得全廠和整個電力系統(tǒng)的最大經(jīng)濟效益。顯然，進行機組的經(jīng)濟調(diào)度是在安全運行的前提條件下完成的，不考慮機組的“健康狀況”實行只以經(jīng)濟性為中心的調(diào)度是不全面的。 優(yōu)化分配負荷模型及考慮因素 如有報道 ， 6臺 100 MW 的高壓機組按等微增煤耗原則進行優(yōu)化調(diào)度，每天比平均分配負荷可節(jié)約 4～ 5t 標準煤。若其中某臺機組在計算指導經(jīng)濟負荷 80 MW 下運行，而運行實踐表明該機的主機、輔機和附屬設備不宜在此負荷下運行太長時間，結果運行時間過長而導致產(chǎn)生嚴重后果，則僅停機一次造成的直接經(jīng)濟損失就遠遠不是幾噸標準煤，由此而造成的間接經(jīng)濟損失更大。電力企業(yè)必須堅持“安全第一，預防為主”的生產(chǎn)基本方針，其效益首先體現(xiàn)在安全可靠供電的社會效益方面。能源部于 1990 年 12 月制定的《發(fā)電廠調(diào)峰技術和安全導則》中亦明確要求在提高機組 調(diào)峰能力的同時，應高度重視提高調(diào)峰機組的安全可靠性。因而，機組負荷的調(diào)度必須基于經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)一。一般機組經(jīng)濟調(diào)度的方法，假設機組在允許的最小負荷或鍋爐允許的最小穩(wěn)燃負荷至最大負荷之間可調(diào)度的負荷范圍內(nèi)，各臺機組均是安全可靠的前提下，按等微增煤耗率方程，給出各機組的經(jīng)濟承載特性，其調(diào)度結果是煤耗量最小。 設全廠有 n 臺機組投入并聯(lián)運行，全廠總負荷為 P，全廠負荷優(yōu)化分配就是將此負荷 P合理地分配到 n臺機組上。設各臺機組的負荷分別為 P1， P2，? Pi，? Pn，則有 : P=P1+P2+? +Pi+? +Pn 設一 n維 向量 p ， p =[P1,P2,? Pi? Pip]r ， p 表示某種負荷分配方案。 設第 i臺機組的供電煤耗為 Bi，全廠總供電煤耗為 B，則有 : 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 8 B=B1+B2+? +Bi+? +Bn 當電廠負荷分配方式發(fā)生變化，即向量 p 改變時， B會隨之變化，因此有如下關系： ()B f p? 所以，在各機組穩(wěn)定運行范圍內(nèi)的負荷分配問題即為 :在全廠總負荷 P 時候，在滿足式 (2)的前提下改變向量 p ，即改變負荷分配，使得 B 最小，此時的 p 即為最優(yōu)分配向量opp。顯然有 min ( )opBfp?，簡單地解決負荷分配問題即求解opp。 優(yōu)化分配數(shù)學模型的約束條件 ，沒有發(fā)生停機或者需要重新開機的情況，則有： Pimin≤ Pi≤ Pimax 其中 Pimax、 Pimin，分別為第 i臺機組能長期穩(wěn)定運行的負荷的上下限。 對應負荷高峰而安排的機組組合用于負荷谷時，各機組出力下限總和有可能大于低谷的負荷，從技術的角度看，有變更運行機組組合的要求。此時應該考慮機組啟停損失盡 Sj。機組負荷降低到零的狀態(tài)，一般有兩 種，一種兩班制運行，還有一種是少蒸汽運行，這 2 種情況的啟停損失的估算。為了機組的安全健康運行，機組有一個最小運行時間和最小停機時間限制。最小運行時間判斷函數(shù)φ（ Ui， ti， 1）≥ 0，最小停機時間限制φ（ Ui， ti， 2）≥ 0，其中 ti， 1為最小運行時間、 ti， 2 為最小停機時間、 Ui認為該機組運行狀態(tài) :0 為停機狀態(tài)、1 為運行狀態(tài)。熱啟動 .熱啟動過程中的主要額外損失之一是在啟動過程中，從沖轉到滿負荷約需 3h，在此期間鍋爐處于低負荷狀態(tài) .為了維持鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，必需向爐內(nèi)噴射燃油以助燃，而燃油的價格大大高于化石燃 料，按目前的比價約 10:1。機組啟動過程中的壽命損耗 .影響機組壽命的主要原因是機組的冷態(tài)啟停、熱態(tài)啟停以及較大幅度的負荷變動所造成的低周疲勞壽命損耗 .僅以汽輪機來說，在啟停時，機組熱端部件受到較為劇烈的溫度變化，而各部件中工作條件最惡劣的高壓轉子的壽命損耗也最大，使汽輪機的有效壽命縮短，因此一次啟停也應折合成相應的費用 .將以上費用作為約束條件。以我廠有 6 臺國產(chǎn)型 100 MW 機組的電廠為例，由于是在一個電廠內(nèi)，忽略網(wǎng)損的影響。設調(diào)度周期為 24h，并將它分為 96 個時段 .考慮調(diào)度單元內(nèi)機組的連續(xù)運行，對 1周期的負 荷重復一次構成 192點，如圖 11所示，河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 9 對機組在各個時段的負荷進行優(yōu)化分配。 圖 11 負荷與單位煤耗率關系曲線圖 根據(jù)機組的設計、運行特點，機組熱啟動總耗油約折合 200t 標準煤一臺汽輪機組 1 次標準的熱啟停的壽命損失折合 1 萬元人民幣，約 30t 標準煤，所造成的汽輪機轉子的壽命損失約%，一般允許啟停 6000 次 。 考慮啟停費用： 在 48h 內(nèi) 4 臺汽輪機組共發(fā)電 h，總的燃料消耗量為 ，平均煤耗率為 )。整個調(diào)度周期上的煤耗率在圖 11曲線 3所示。各臺機組的負荷 P，與總負荷曲線在圖 11曲線 1所示。 不考慮啟停費用： 圖 23 表示不考慮啟停費用時的各臺機組負荷分配情況，在發(fā)電量相同時，總燃料耗量為，平均煤耗率為 (kw h).煤耗率如圖 12曲線 3所示。 負荷分配： 圖 12 總負荷曲線圖（考慮停用費） 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 10 圖 13 總負荷曲線圖（不考慮停用費） 一般地，電網(wǎng)的調(diào)度方式是效率高的機組盡可能多發(fā)電，如 優(yōu)先順序法 .這種方法具有明顯的運行實踐特點，但并不具備完全意義上的科學性 .如圖 12 所示的負荷曲線，若按優(yōu)先順序法分配，則發(fā)電量相同時，平均煤耗率為 h)，比用動態(tài)規(guī)劃方法煤耗率高39g/(kW h)。 條件比較 由圖 12總負荷曲線圖（考慮停用費）可知，在整個調(diào)度周期內(nèi)， 4臺機組分擔的負荷高低依次為 : 4機組一直負荷較高，在多數(shù)時段滿負荷運行，而 2由于煤耗率較其他 3 臺機組高得多，因此多數(shù)時段一直在出力下限運行， 4機組雖然煤耗率最低，但由于其微增率也最低，它在相對較低 負荷運行時煤耗率比 1和 3機組要低，所以綜合結果 4不會首先承擔高負荷。 比較圖 12 與圖 13 可知，不考慮啟停費用， 5機組不但在兩天中間的低負荷時段內(nèi)停機，甚至在計算周期剛開始一段時間內(nèi)也處于停機狀態(tài)，由此引起的煤耗變化很大 .而且，考慮與不考慮啟停費用，對機組的運行方式和調(diào)度單元內(nèi)部的費用報價的影響也很大 .因此，機組的啟停費用對負荷分配和發(fā)電實際價格起著很重要的作用。 綜上，對一個獨立的調(diào)度單元，其內(nèi)部機組類型、性能特性和燃料價格一定時，在競價得到一個時段內(nèi)的負荷后，各機組若按最優(yōu)方式運行，則 可降低發(fā)電成本，否則煤耗將提高。各機組的運行方式與煤油比價及設備本身的性能、狀態(tài)等有關。 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 11 結論 在電力市場的條件下，目前直接調(diào)度到具體某一機組的調(diào)度方式，不能保證發(fā)電公司維持最低煤耗運行，從而增加了競價單位的市場風險 .為了降低這種風險，可以將發(fā)電公司分為幾個調(diào)度單元。 調(diào)度單元內(nèi)的機組在總負荷曲線一定的條件下，存在一個最佳的負荷分配和運行方式，這種運行方式與各機組的性能、啟停費用、機組運行狀態(tài)以及燃料價格等有關。 建議電網(wǎng)調(diào)度以一個電廠或競價上網(wǎng)的單位作為一個調(diào)度實體，根據(jù)這樣一個實體競價得到的 總負荷曲線進行調(diào)度，再由實體內(nèi)部進行各臺機組的負荷分配，從而使電網(wǎng)和發(fā)電實體雙方互利。 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 12 第二章 考慮安全方面機組優(yōu)化負荷分配 電力機組考慮的，首先是設備的安全正常運行，和保證完成分配的發(fā)電任務，在負荷分配模型中考慮安全約束是必須的，前面討論的分配模型沒有考慮機組的安全等方面的因素，比如某機組在某個負荷點或者負荷區(qū)間容易發(fā)生振動，則該點或者區(qū)間在負荷分配計算中應剔除，不予考慮，即振動區(qū)域判斷方式φ（ Pi）≠ 1，具體到有那些安全約束，視具體應用情況而定。另外由于突然 發(fā)生的機組蒸汽調(diào)門在一定范圍內(nèi)卡澀引起的負荷調(diào)整能力有限等故障，剔除不能運行到的負荷范圍就可以了，即調(diào)門卡澀引起的負荷限制判斷函數(shù)θ（ Pi）≠ 1。 負荷響應速率約束 為了滿足電網(wǎng)對發(fā)電負荷變化速率的要求，各機組必須滿足最低的負荷變化速率要求，即 |Pi,t Pi,t1|≥ Ri,up△ t,| Pi,t Pi,t1|≥ Ri,down△ t 其中， Pi， t、 Pi， 分別 t時刻和 t1時刻第 i臺機組的負荷， Ri， up和 Ri， down分別為該機組組的最低負荷變化速率要求。不能滿足負荷響應速率要求的機組，分配的時候就不 予以分配，對其負荷僅進行跟蹤。 對于根據(jù)負荷曲線分配，如果把一個調(diào)度周期分為 T 個時段，假設機組臺數(shù)為 n，各時段上的負荷為 Pt，第 i臺機組的煤耗特性是 f(Pi， t)，則機組優(yōu)化分配的數(shù)學模型為求解下列目標函數(shù)： ,m i n m i n ( ( ) )tni t i t iiiB U f P S???? 約束為 : m i n , m a x , ,。 φ ( ) 1 。 ( ) 1 。i i t i i t i tP P P P P?? ? ? ? Pt=P1,t+P2,t+?? +Pi,t??? +Pn,t； , ,1 , , 2Φ ( , ) 0 。 Φ ( , ) 0i t i i t iU t U t??； m a x m in。nni i i iiiP P P P????； i=1,2,?? ,n； t=1,2,??? ,t； 河海大學工程碩士專業(yè)學位論文 13 實時分配時的數(shù)學模型為 : ,m i n m i n ( ( )tni t i tiiB U f P? ?? 約束為 : φ（ Ui， ti， 1）≥ 0；φ（ Ui， ti， 2）≥ 0 |Pi,t Pi,t1|≥ Ri,up△ t,| Pi,t Pi,t1|≥ Ri,down△ t , m a x , m in。nni i i iiiP P P P???? i=1， 2， 3?..n 注 :實時分配中的下標 t 并不代表劃分的時段，而僅僅與 tl時刻相區(qū)別，代表 t 時刻負荷一煤耗曲線 ()B f P? 的確定 : 對于 n=l 的情況， ()B f P? 即為該機組供電負荷一煤耗曲線 ()B f P? 。對于 n≥ l 的情況， ()B f P? 蘊含在幾臺機組的供電負荷一煤耗曲線 B1=f(P1)， B2=f(P2)， Bi=f(Pi)， Bn=f(Pn)中曲線 Bi=f(Pi)幾乎跟整機組的所有設備性能特性都有關系，比