【文章內(nèi)容簡介】 際熱耗率又逐步上升，有: b1 b2。顯然，取設(shè)備性能特性的出廠設(shè)計(jì)值和維修試驗(yàn)值，作為實(shí)時(shí)優(yōu)化指導(dǎo)的基礎(chǔ)，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(fù)荷分配和循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和求解方法（建立模型庫:模型庫為運(yùn)行優(yōu)化分析提供模型支持。正確的負(fù)荷分配和循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和求解方法是關(guān)鍵，因此詳細(xì)研究了數(shù)學(xué)模型），然后針對優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)一設(shè)備性能確定提出了新的方法:在分析運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上得出的機(jī)組性能比較接近實(shí)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(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法建立機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)組最優(yōu)化分配。（2）確定循環(huán)水泵運(yùn)行方式的判別條件，指導(dǎo)循環(huán)水泵的運(yùn)行操作。河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文7第一章 負(fù) 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(jī)組不可能全部在經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行，存在一個(gè)電廠內(nèi)各機(jī)組間進(jìn)行負(fù)荷合理分配的問題，即所謂經(jīng)濟(jì)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(shè)備“健康”的前提下，最合理地安排機(jī)組運(yùn)行，將電網(wǎng)給定電廠的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)地分配給熱力設(shè)備，以取得全廠和整個(gè)電力系統(tǒng)的最大經(jīng)濟(jì)效益。顯然，進(jìn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度是在安全運(yùn)行的前提條件下完成的，不考慮機(jī)組的“健康狀況”實(shí)行只以經(jīng)濟(jì)性為中心的調(diào)度是不全面的。 優(yōu)化分配負(fù)荷模型及考慮因素如有報(bào)道，6 臺 100 MW 的高壓機(jī)組按等微增煤耗原則進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，每天比平均分配負(fù)荷可節(jié)約 4～5t 標(biāo)準(zhǔn)煤。若其中某臺機(jī)組在計(jì)算指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷 80 MW 下運(yùn)行，而運(yùn)行實(shí)踐表明該機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)和附屬設(shè)備不宜在此負(fù)荷下運(yùn)行太長時(shí)間，結(jié)果運(yùn)行時(shí)間過長而導(dǎo)致產(chǎn)生嚴(yán)重后果，則僅停機(jī)一次造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是幾噸標(biāo)準(zhǔn)煤，由此而造成的間接經(jīng)濟(jì)損失更大。電力企業(yè)必須堅(jiān)持“安全第一，預(yù)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(shù)和安全導(dǎo)則》中亦明確要求在提高機(jī)組調(diào)峰能力的同時(shí)，應(yīng)高度重視提高調(diào)峰機(jī)組的安全可靠性。因而，機(jī)組負(fù)荷的調(diào)度必須基于經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一。一般機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法，假設(shè)機(jī)組在允許的最小負(fù)荷或鍋爐允許的最小穩(wěn)燃負(fù)荷至最大負(fù)荷之間可調(diào)度的負(fù)荷范圍內(nèi)，各臺機(jī)組均是安全可靠的前提下，按等微增煤耗率方程，給出各機(jī)組的經(jīng)濟(jì)承載特性，其調(diào)度結(jié)果是煤耗量最小。設(shè)全廠有 n 臺機(jī)組投入并聯(lián)運(yùn)行，全廠總負(fù)荷為 P，全廠負(fù)荷優(yōu)化分配就是將此負(fù)荷 P合理地分配到 n 臺機(jī)組上。設(shè)各臺機(jī)組的負(fù)荷分別為 P1，P 2，…P i，…P n，則有:P=P1+P2+…+Pi+…+Pn設(shè)一 n 維向量 ， =[P1,P2,…Pi…Pip]r ， 表示某種負(fù)荷分配方案。pp設(shè)第 i 臺機(jī)組的供電煤耗為 Bi，全廠總供電煤耗為 B，則有:河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文8B=B1+B2+…+Bi+…+Bn當(dāng)電廠負(fù)荷分配方式發(fā)生變化，即向量 改變時(shí)，B 會隨之變化，因此有如下關(guān)系：p ()Bfp?所以，在各機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)的負(fù)荷分配問題即為:在全廠總負(fù)荷 P 時(shí)候，在滿足式(2)的前提下改變向量 ，即改變負(fù)荷分配，使得 B 最小，此時(shí)的 即為最優(yōu)分配向量 。顯然p pop有 ，簡單地解決負(fù)荷分配問題即求解 。min()opBf? op 優(yōu)化分配數(shù)學(xué)模型的約束條件，沒有發(fā)生停機(jī)或者需要重新開機(jī)的情況，則有： Pimin≤P i≤P imax其中 Pimax、P imin，分別為第 i 臺機(jī)組能長期穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷的上下限。對應(yīng)負(fù)荷高峰而安排的機(jī)組組合用于負(fù)荷谷時(shí)，各機(jī)組出力下限總和有可能大于低谷的負(fù)荷，從技術(shù)的角度看，有變更運(yùn)行機(jī)組組合的要求。此時(shí)應(yīng)該考慮機(jī)組啟停損失盡Sj。機(jī)組負(fù)荷降低到零的狀態(tài)，一般有兩種，一種兩班制運(yùn)行，還有一種是少蒸汽運(yùn)行，這2 種情況的啟停損失的估算。為了機(jī)組的安全健康運(yùn)行，機(jī)組有一個(gè)最小運(yùn)行時(shí)間和最小停機(jī)時(shí)間限制。最小運(yùn)行時(shí)間判斷函數(shù) φ（U i，t i，1）≥0，最小停機(jī)時(shí)間限制φ（U i，t i，2）≥0，其中 ti，1 為最小運(yùn)行時(shí)間、t i，2 為最小停機(jī)時(shí)間、U i認(rèn)為該機(jī)組運(yùn)行狀態(tài):0 為停機(jī)狀態(tài)、1 為運(yùn)行狀態(tài)。過程中，從沖轉(zhuǎn)到滿負(fù)荷約需 3h，性，必需向爐內(nèi)噴射燃油以助燃，而燃油的價(jià)格大大高于化石燃料，按目前的比價(jià)約 10:1。、熱態(tài)啟停以及較，在啟停時(shí)，機(jī)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(zhuǎn)子的壽命損耗也最大，使汽輪機(jī)的有效壽命縮短。以我廠有 6 臺國產(chǎn)型 100 MW 機(jī)組的電廠為例，由于是在一個(gè)電廠內(nèi)，忽略網(wǎng)損的影響。設(shè)調(diào)度周期為 24h，并將它分為 96 ，對 1 周期的負(fù)荷重河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文9復(fù)一次構(gòu)成 192 點(diǎn)，如圖 11 所示，對機(jī)組在各個(gè)時(shí)段的負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配。 圖 11 負(fù)荷與單位煤耗率關(guān)系曲線圖根據(jù)機(jī)組的設(shè)計(jì)、運(yùn)行特點(diǎn)，機(jī)組熱啟動(dòng)總耗油約折合 200t 標(biāo)準(zhǔn)煤一臺汽輪機(jī)組 1 次標(biāo)準(zhǔn)的熱啟停的壽命損失折合 1 萬元人民幣，約 30t 標(biāo)準(zhǔn)煤，所造成的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命損失約%，一般允許啟停 6000 次 。考慮啟停費(fèi)用：在 48h 內(nèi) 4 臺汽輪機(jī)組共發(fā)電 h，總的燃料消耗量為，平均煤耗率為 )。整個(gè)調(diào)度周期上的煤耗率在圖 11 曲線 3 所示。各臺機(jī)組的負(fù)荷 P，與總負(fù)荷曲線在圖 11 曲線 1 所示。不考慮啟停費(fèi)用：圖 23 表示不考慮啟停費(fèi)用時(shí)的各臺機(jī)組負(fù)荷分配情況，在發(fā)電量相同時(shí)，總?cè)剂虾牧繛?，平均煤耗率為 (kwh).煤耗率如圖 12 曲線 3 所示。負(fù)荷分配： 圖 12 總負(fù)荷曲線圖（考慮停用費(fèi)）河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文10圖 13 總負(fù)荷曲線圖（不考慮停用費(fèi)）一般地，電網(wǎng)的調(diào)度方式是效率高的機(jī)組盡可能多發(fā)電，的運(yùn)行實(shí)踐特點(diǎn)， 12 所示的負(fù)荷曲線，若按優(yōu)先順序法分配，則發(fā)電量相同時(shí)，平均煤耗率為 h)，比用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法煤耗率高39g/(kWh)。 條件比較由圖 12 總負(fù)荷曲線圖（考慮停用費(fèi)）可知，在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，4 臺機(jī)組分擔(dān)的負(fù)荷高低依次為:4機(jī)組一直負(fù)荷較高，在多數(shù)時(shí)段滿負(fù)荷運(yùn)行，而 2由于煤耗率較其他 3 臺機(jī)組高得多，因此多數(shù)時(shí)段一直在出力下限運(yùn)行，4機(jī)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(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤耗率比 1和 3機(jī)組要低，所以綜合結(jié)果 4不會首先承擔(dān)高負(fù)荷。比較圖 12 與圖 13 可知，不考慮啟停費(fèi)用，5機(jī)組不但在兩天中間的低負(fù)荷時(shí)段內(nèi)停機(jī)，甚至在計(jì)算周期剛開始一段時(shí)間內(nèi)也處于停機(jī)狀態(tài)，且，考慮與不考慮啟停費(fèi)用，對機(jī)組的運(yùn)行方式和調(diào)度單元內(nèi)部的費(fèi)用報(bào)價(jià)的影響也很大.因此，機(jī)組的啟停費(fèi)用對負(fù)荷分配和發(fā)電實(shí)際價(jià)格起著很重要的作用。綜上，對一個(gè)獨(dú)立的調(diào)度單元，其內(nèi)部機(jī)組類型、性能特性和燃料價(jià)格一定時(shí)，在競價(jià)得到一個(gè)時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷后，各機(jī)組若按最優(yōu)方式運(yùn)行，則可降低發(fā)電成本，否則煤耗將提高。各機(jī)組的運(yùn)行方式與煤油比價(jià)及設(shè)備本身的性能、狀態(tài)等有關(guān)。河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文11 結(jié)論在電力市場的條件下，目前直接調(diào)度到具體某一機(jī)組的調(diào)度方式，不能保證發(fā)電公司維持最低煤耗運(yùn)行，可以將發(fā)電公司分為幾個(gè)調(diào)度單元。調(diào)度單元內(nèi)的機(jī)組在總負(fù)荷曲線一定的條件下，存在一個(gè)最佳的負(fù)荷分配和運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式與各機(jī)組的性能、啟停費(fèi)用、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)以及燃料價(jià)格等有關(guān)。建議電網(wǎng)調(diào)度以一個(gè)電廠或競價(jià)上網(wǎng)的單位作為一個(gè)調(diào)度實(shí)體，根據(jù)這樣一個(gè)實(shí)體競價(jià)得到的總負(fù)荷曲線進(jìn)行調(diào)度，再由實(shí)體內(nèi)部進(jìn)行各臺機(jī)組的負(fù)荷分配，從而使電網(wǎng)和發(fā)電實(shí)體雙方互利。河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文12第二章 考慮安全方面機(jī)組優(yōu)化負(fù)荷分配電力機(jī)組考慮的，首先是設(shè)備的安全正常運(yùn)行，和保證完成分配的發(fā)電任務(wù)，在負(fù)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(jī)組的安全等方面的因素，比如某機(jī)組在某個(gè)負(fù)荷點(diǎn)或者負(fù)荷區(qū)間容易發(fā)生振動(dòng)，則該點(diǎn)或者區(qū)間在負(fù)荷分配計(jì)算中應(yīng)剔除，不予考慮，即振動(dòng)區(qū)域判斷方式 φ（P i）≠1，具體到有那些安全約束，視具體應(yīng)用情況而定。另外由于突然發(fā)生的機(jī)組蒸汽調(diào)門在一定范圍內(nèi)卡澀引起的負(fù)荷調(diào)整能力有限等故障，剔除不能運(yùn)行到的負(fù)荷范圍就可以了，即調(diào)門卡澀引起的負(fù)荷限制判斷函數(shù) θ（P i）≠1。 負(fù)荷響應(yīng)速率約束為了滿足電網(wǎng)對發(fā)電負(fù)荷變化速率的要求，各機(jī)組必須滿足最低的負(fù)荷變化速率要求，即|P i,t Pi,t1|≥R i,up△t,| P i,t Pi,t1|≥R i,down△t 其中，P i，t 、P i， 分別 t 時(shí)刻和 t1 時(shí)刻第 i 臺機(jī)組的負(fù)荷，R i，up 和 Ri，down 分別為該機(jī)組組的最低負(fù)荷變化速率要求。不能滿足負(fù)荷響應(yīng)速率要求的機(jī)組，分配的時(shí)候就不予以分配，對其負(fù)荷僅進(jìn)行跟蹤。對于根據(jù)負(fù)荷曲線分配，如果把一個(gè)調(diào)度周期分為 T 個(gè)時(shí)段，假設(shè)機(jī)組臺數(shù)為 n，各時(shí)段上的負(fù)荷為 Pt，第 i 臺機(jī)組的煤耗特性是 f(Pi，t )，則機(jī)組優(yōu)化分配的數(shù)學(xué)模型為求解下列目標(biāo)函數(shù)： ,mini()tnititiBUfPS???約束為: min,max,。φ()1。()。itiititP???Pt=P1,t+P2,t+……+Pi,t………+Pn,t；；,1,2Φ()0。()0it itU??；maxminniiiP?河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文13i=1,2,……,n；t=1,2,………,t；實(shí)時(shí)分配時(shí)的數(shù)學(xué)模型為: ,mini()tnititBUfP??約束為:φ（U i，t i，1 ）≥0；φ（U i，t i，2 ）≥0|Pi,t Pi,t1|≥R i,up△t,| P i,t Pi,t1|≥R i,down△t,max,min。niiiP?i=1，2，3…..n注:實(shí)時(shí)分配中的下標(biāo) t 并不代表劃分的時(shí)段，而僅僅與 tl 時(shí)刻相區(qū)別，代表 t時(shí)刻負(fù)荷一煤耗曲線 的確定:()BfP?對于 n=l 的情況， 即為該機(jī)組供電負(fù)荷一煤耗曲線 。對于 n≥l 的()BfP?情況， 蘊(yùn)含在幾臺機(jī)組的供電負(fù)荷一煤耗曲線 B1=f(P1)， B2=f(P2)， Bi=f(Pi)，()f?Bn=f(Pn)中曲線 Bi=f(Pi)幾乎跟整機(jī)組的所有設(shè)備性能特性都有關(guān)系，比如鍋爐特性，汽輪機(jī)特性、發(fā)電機(jī)特性等等，一般采用運(yùn)行或者機(jī)組綜合熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行擬合得到一定的特性曲線，然后利用該曲線來進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算。機(jī)組的性能特性曲線是進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化分配的前提基礎(chǔ)，要得到最優(yōu)的負(fù)荷分配方案，首先需要得名機(jī)組準(zhǔn)確的特性曲線，機(jī)組處于不斷地變化當(dāng)中采用熱力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，往往是一段時(shí)間以前機(jī)組的情況，因此不能很好地反應(yīng)現(xiàn)在機(jī)組的運(yùn)行情況，利用電廠系統(tǒng)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫記錄，定期采用運(yùn)行數(shù)據(jù)分析的結(jié)果相對能夠更加接近現(xiàn)在的機(jī)組性能。具體來說，首先確定汽輪機(jī)的熱耗率，計(jì)算公式如下:qi=Q/Neli=QoihoiQfwihfwi+Qri(hrihhi)/ Neli kj/kwh其中，Q—工質(zhì)在鍋爐內(nèi)吸收的熱量；Qoihoi一新蒸汽流量及焓值；Qfwihfwi一給水流量及焓值；Qri， ，h ri ，h hi一再熱熱端蒸汽流量；Neli一單元機(jī)組輸出功率；小標(biāo) i 均表示針對的是第 i 機(jī)組；河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文14根據(jù)上面公式計(jì)算出熱耗率 qi，在轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤耗，Bsi= Neli qi/Bη i其中 η i一鍋爐效率；B 一標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量；其中的部分參數(shù)要借助于中間變量，對于 h0，需要由 p0、t 0(分別為新蒸汽壓力、溫度)查焓一熵圖或利用 IFC ，有“正平衡”與“反平衡”兩種計(jì)算方法，由于“正平衡”需要測取煤的流量，但目前國內(nèi)外還沒有精確測量煤粉流量的方法，故在線確定機(jī)組特性曲線時(shí)，“正平衡”法不能應(yīng)用。對于“反平衡”計(jì)算鍋爐效率時(shí)，需知道煤的成分與熱值，這些數(shù)據(jù)一般來自化學(xué)車間的分析結(jié)果。近幾年。采用在線測定的煤熱值已取得一定的進(jìn)展，但鍋爐排煙氧量與飛灰可燃物的測取也存在一些問題，目前還沒有得到很好的解決。我們利用鍋爐效率的目的是為了獲得機(jī)組的煤耗，而煤耗特性是用作優(yōu)化調(diào)度，并非考評機(jī)組經(jīng)濟(jì)性之用，如果能得到即時(shí)的鍋爐效率當(dāng)然最好不過，但是只要誤差不大，還是可以接受的，沒有必要追求其絕對值的準(zhǔn)確性。目前我們可以取機(jī)組大修前試驗(yàn)的結(jié)果，或者如果 DCS 性能計(jì)算中有該項(xiàng)數(shù)據(jù)，也可以采用運(yùn)行數(shù)據(jù)獲得。對于新蒸汽流量，都不太容易測量準(zhǔn)確，采用直接測量，配合給水流量等校準(zhǔn)。 尋優(yōu)算法分析和選擇常見的經(jīng)典算法：等微增率法，等微增率理論認(rèn)為電廠機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，可等效為一個(gè)函數(shù)求極值的問題。在電廠總負(fù)荷一定的條件下最優(yōu)負(fù)荷分配的目標(biāo)函數(shù)為: ()121(),.)i iinBGNR???約束條件為： ()?式中 N—電廠總電負(fù)荷 B—總煤耗 Bi—各機(jī)組的煤耗 Ni—各機(jī)組的負(fù)荷對()、()式表達(dá)的最優(yōu)化問題的拉格朗日函數(shù)為： n123i(,.))iLGN???????iW河海大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文15由極限的條件可知，只有當(dāng) 時(shí)才有極限，即0LN??111222λ0λ=0......BGWN?????則 則從以上幾個(gè)方程得（）????式中 λ—燃料消耗微增率。由()式可知，只有當(dāng)各機(jī)組的燃料消耗微增率相等時(shí)，才能達(dá)到最優(yōu)的負(fù)荷分配。當(dāng)