【正文】 ................................................................................14 等微增率分配負荷實例 .......................................................................................................15 電廠負荷優(yōu)化優(yōu)化分配算法 ...............................................................................................15 本 章 小 結 ..........................................................................................................................17第三章 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化 ...................................................................................................................18. 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化問題的研究進展 ......................................................................................18. 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學模型 ..................................................................................................20. 各個設備性能特性的獲得方法 ..........................................................................................22. 數(shù)學模型的求解方法 ..........................................................................................................28. 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計算 ..........................................................................................................28. 本章小結 ..............................................................................................................................36第四章 結 論 ...................................................................................................................................37參 考 文 獻 .......................................................................................................................................39致 謝 .................................................................................................................................................42河海大學工程碩士專業(yè)學位論文2緒 論1 課題的背景和意義瑪納斯發(fā)電廠(以后文中出現(xiàn)“電廠”如無特別說明，均指火力發(fā)電廠)位于新疆瑪納斯縣蘭州灣的瑪納斯河旁，距石河子約 15 公里。電廠樞紐工程由鍋爐房、汽輪機廠房、變電站等建筑物組成?？傃b機容量為6x100MW。電廠 1975 年開始籌建，1991 年 3 月 11 日第一臺機組(1機組)并網發(fā)電，2 號、3 號、4 號機組也分別于1991 年 9 月、1992 年 8 月、12 月投入運行 5 號、6 號機組作為電廠 II 期工程于 1998 年發(fā)電。采用 220KV 及 110KV 兩級電壓分別向烏魯木齊(145 公里)等北疆大部分地區(qū)供電，并為新疆電網提供可靠的電源保證。電力是一種優(yōu)質二次能源，可以方便地轉化為其他能量形式，具有諸多優(yōu)良特性，得到了極其廣泛的應用，沒有電力就沒有現(xiàn)代社會。但是盡管如此，我國人口眾多，用電水平還是相當?shù)牡?，有資料表明，到 2022 年，我國人均裝機容量為 ，人均年用電 1064kwh，低于世界平均水平的一半。因此，我國電力發(fā)展還有很長路要走，發(fā)展?jié)摿σ卜浅５拇?。我國的電力生產結構是以火電為主，水力和核電為輔，火電占裝機容量的 70%以上，這跟我國的能源消費結構是息息相關的：我國煤炭資源非常豐富，一次能源消費結構以煤炭為主，石油和天然氣為輔，這種狀況在短期內不會發(fā)生大的變化，尤其是在世界石油將在百年內用完的預期下我國火力發(fā)電廠的發(fā)電煤耗相比世界先進國家，還是比較高的。提高電廠運行水平和運行效率，降低發(fā)電煤耗是有潛力可以挖掘的，因此提高火力發(fā)電廠的運行效率非常關鍵。由于受當時火力電廠設備設計與制造技術水平的限制和新疆電網自身的特點，沒有采用高參數(shù)大容量的鍋爐及汽輪機。從 2022 年 9 月 20 日的負荷曲線，負荷的最大變化達 210Mw，且大多數(shù)時間均不在滿負荷或接近滿負荷下運行。以 100 Mw 機組為例，在設計工況下，當負荷從額定值降至 70 Mw 工況下運行時，機組的發(fā)電煤耗率將增加約 帶來的另一個問題則是當電廠總負荷偏離額定總負荷時，各臺機組間的負荷如何分配，才能保證全廠總能耗最小?長期以來，“安全發(fā)電”幾乎成為電廠運行的唯一宗旨，較少考慮發(fā)電成本。因此，在電廠多臺機組間的負荷調度中迫切需要一種調度依據，既能在各種運行工況下科學地、簡便地提供機組間負荷分配的結果，又能保證負荷分配的結果是經濟的、可信的，以彌補電廠因參與調峰而造成的經濟損失，這就是本研究的現(xiàn)實背景。同時循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的一個重要系統(tǒng)，消耗廠用電的很大一部分，相當于總發(fā)電量的 %～2%。對于有多臺機組的大型電廠，經濟性的提高更為可觀。通過本課題的研究與應用，預計可降低 100MW 機組供電煤耗降低 ～～8000t。通過如下步驟來實現(xiàn)電廠經濟運行效率:按照電網調度要求的全廠發(fā)電量，根據廠內各機組的運行狀況和機組效率，合理分配負荷給各臺機組，以達到提高整體效益的目的。由于循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化的是在各機組負荷確定的前提下才能進行，所以把負荷優(yōu)化分配和循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化結合起來。另外，在優(yōu)化目標值的選擇問題上，還有值得探討的地方。這些設備性能特性的準確的獲得，是保證優(yōu)化計算結果實用、可信賴的基石。各系統(tǒng)性能特性的獲得方法，常見的有以下幾種。比如循環(huán)水泵有廠家給出的設計性能曲線或出廠性能曲線，汽輪機有廠家給出的設計熱耗率曲線。新機組安裝完成正式投產后，會進行機組性能考核試驗，得到當時的各系統(tǒng)性能數(shù)據和曲線。還可以對特定的設備，進行有目的的試驗以獲得性能數(shù)據。現(xiàn)代發(fā)電機組都裝備有成熟完善的數(shù)據采集系統(tǒng)從運行數(shù)據庫中取得運行參數(shù)，然后對這些參數(shù)進行綜合分析，獲得各系統(tǒng)(設備)的性能特性。根據最近的實際運行數(shù)據獲得的各設備性能，往往比較接近現(xiàn)在的性能。廠家設計性能曲線具有參考價值，但是一般來說，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)據資料已不能完整反映機組當前的情況，特別是經過改造的機組，與實際情況差別就更大了。另外就是機組做試驗取得的性能特性數(shù)據，有時候與實際運行數(shù)據還是有一定差別。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。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。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。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)據基礎上得出的機組性能比較接近實際情況。（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。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，將電網給定電廠的負荷經濟地分配給熱力設備，以取得全廠和整個電力系統(tǒng)的最大經濟效益。 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)化調度，每天比平均分配負荷可節(jié)約 4～5t 標準煤。電力企業(yè)必須堅持“安全第一，預防為主”的生產基本方針，其效益首先體現(xiàn)在安全可靠供電的社會效益方面。因而，機組負荷的調度必須基于經濟性和可靠性的統(tǒng)一。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。pp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8B=B1+B2+…+Bi+…+Bn當電廠負荷分配方式發(fā)生變化，即向量 改變時，B 會隨之變化，因此有如下關系：p ()Bfp?所以，在各機組穩(wěn)定運行范圍內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 ，即改變負荷分配，使得 B 最小，此時的 即為最優(yōu)分配向量 。min()opBf? op 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≤P i≤P imax其中 Pimax、P imin，分別為第 i 臺機組能長期穩(wěn)定運行的負荷的上下限。此時應該考慮機組啟停損失盡Sj。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。過程中，從沖轉到滿負荷約需 3h，性，必需向爐內噴射燃油以助燃，而燃油的價格大大高于化石燃料，按目前的比價約 10:1。以我廠有 6 臺國產型 100 MW 機組的電廠為例，由于是在一個電廠內，忽略網損的影響。 圖 11 負荷與單位煤耗率關系曲線圖根據機組的設計、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 。h，總的燃料消耗量為，平均煤耗率為 )。各臺機組的負荷 P，與總負荷曲線在圖 11 曲線 1 所示。h).煤耗率如圖 12 曲線 3 所示。h)，比用動態(tài)規(guī)劃方法煤耗率高39g/(kW 條件比較由圖 12 總負荷曲線圖（考慮停用費）可知，在整個調度周期內，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。綜上，對一個獨立的調度單元，其內部機組類型、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。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，目前直接調度到具體某一機組的調度方式，不能保證發(fā)電公司維持最低煤耗運行，可以將發(fā)電公司分為幾個調度單元。建議電網調度以一個電廠或競價上網的單位作為一個調度實體，根據這樣一個實體競價得到的總負荷曲線進行調度，再由實體內部進行各臺機組的負荷分配，從而使電網和發(fā)電實體雙方互利。另外由于突然發(fā)生的機組蒸汽調門在一定范圍內卡澀引起的負荷調整能力有限等故障，剔除不能運行到的負荷范圍就可以了，即調門卡澀引起的負荷限制判斷函數(shù) θ（P i）≠1。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。φ()1。itiititP???Pt=P1,t+P2,t+……+Pi,t………+Pn,t；；,1,2Φ()0。niiiP?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 的確定:()BfP?對于 n=l 的情況， 即為該機組供電負荷一煤耗曲線 。機組的性能特性曲線是進行負荷優(yōu)化分配的前提基礎，要得到最優(yōu)的負荷分配方案，首先需要得名機組準確的特性曲線，機組處于不斷地變化當中采用熱力試驗的數(shù)據，往往是一段時間以前機組的情況，因此不能很好地反應現(xiàn)在機組的運行情況，利用電廠系統(tǒng)的實時/歷史數(shù)據庫