火電廠廠級負荷優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究與開發(fā)

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1、基于動態(tài)規(guī)劃法的廠級負荷經(jīng)濟分配系統(tǒng)研究與實現(xiàn)摘要：廠級負荷經(jīng)濟分配是電廠節(jié)能和運行優(yōu)化的重要研究內(nèi)容。在電力市場改革的環(huán)境下，結(jié)合發(fā)電企業(yè)追求經(jīng)濟效益的具體要求，分析了應(yīng)用于廠級負荷經(jīng)濟分配的動態(tài)規(guī)劃算法，給出了廠級負荷經(jīng)濟分配系統(tǒng)的設(shè)計思路，并對該系統(tǒng)進行了經(jīng)濟分配驗證。研究結(jié)果表明：基于動態(tài)規(guī)劃法的廠級負荷經(jīng)濟分配尋優(yōu)速率較快，可以快速響應(yīng)中調(diào)的負荷變動，在實際工程中能得到理想的效果。關(guān)鍵詞：火電廠；負荷經(jīng)濟分配；動態(tài)規(guī)劃算法一、前言目前，電網(wǎng)對發(fā)電廠的調(diào)度方式絕大多數(shù)采用單機AGC直調(diào)方式，即將負荷指令發(fā)給每臺機組，直接調(diào)度每臺

2、機組的負荷。但是，由于電網(wǎng)所涉及的機組比較多，無法充分考慮各臺機組的運行工況，導致發(fā)電效率不高、發(fā)電企業(yè)所得經(jīng)濟效益較低。廠級負荷經(jīng)濟分配更加符合電力調(diào)度分級管理的原則和市場經(jīng)濟條件下的電廠經(jīng)營管理運作方式。因此，在一定程度上頗受發(fā)電企業(yè)的青睞。廠級負荷經(jīng)濟分配系統(tǒng)就是要依據(jù)機組的供電煤耗特性和各臺機組的運行工況，以全廠運行機組供電煤耗量最少為目標進行機組間的負荷優(yōu)化分配。該系統(tǒng)將在節(jié)能降耗、提高能源利用率、增加發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益等方面有深遠意義。二、廠級負荷經(jīng)濟分配理論的研究廠級負荷經(jīng)濟分配系統(tǒng)是以全廠供電煤耗量最少為目標的，其核心是綜

3、合各機組運行工況，對中調(diào)負荷指令進行經(jīng)濟計算，并將經(jīng)濟負荷指令下發(fā)給所轄各臺機組DCS。而經(jīng)濟性計算首先要確定各臺單元機組的供電煤耗特性曲線，構(gòu)建合理的數(shù)學決策模型，然后選擇科學的優(yōu)化算法進行負荷的經(jīng)濟分配。1.供電煤耗特性曲線的擬合全廠各單元機組的供電煤耗特性曲線是進行廠級負荷經(jīng)濟分配的最基本條件，各單元機組供電煤耗特性反映的是發(fā)電(或供電)煤耗與機組發(fā)電負荷的關(guān)系。火力發(fā)電企業(yè)的運營成本一般由兩部分組成，第一部分稱為固定成本；另一部分稱為燃料成本，即煤耗成本，火電廠燃料成本約占發(fā)電總變動成本的百分之九十以上。因此，從某種意義上說，單

4、元機組煤耗特性反映了機組的經(jīng)濟性的高低。而供電煤耗和發(fā)電煤耗在評價一個火力發(fā)電廠單元機組經(jīng)濟性的工作中起著不同的作用，發(fā)電煤耗低于供電煤耗，這是發(fā)電煤耗的關(guān)系中沒有考慮到廠用電的消耗，而供電煤耗是扣除了單元機組在自身發(fā)電中的消耗量，電網(wǎng)在進行負荷優(yōu)化分配的時候，也是只關(guān)心火力發(fā)電廠單元機組的供電煤耗。供電煤耗特性曲線的擬合需要解決兩個問題，它們是：第一，選用哪種類型的函數(shù)作為供電煤耗特性的擬合函數(shù)；第二，確定所選擇的擬合函數(shù)后，怎樣確定所要擬合的供電煤耗特性函數(shù)中的參數(shù)。因此，供電煤耗特性數(shù)學模型應(yīng)該是建立在合理的目標擬合函數(shù)基礎(chǔ)上的，

5、而所要擬合的目標函數(shù)是否合理，主要體現(xiàn)在該函數(shù)是否符合供電煤耗與對應(yīng)負荷點的總體變化規(guī)律。圖3供電煤耗量與對應(yīng)負荷關(guān)系曲線根據(jù)工程實際經(jīng)驗，我們將單元機組的供電煤耗量與對應(yīng)負荷點從最小值到最大值在坐標系中描點繪制曲線，如圖3所示。根據(jù)所得實際供電煤耗量與對應(yīng)負荷點的關(guān)系曲線的形狀，可知目標函數(shù)的可以在線性函數(shù)、雙曲線函數(shù)、二次多項式函數(shù)中選擇。由于不同的負荷經(jīng)濟分配算法對供電煤耗特性曲線的形狀有不同的要求，如等微增率算法要求供電煤耗特性曲線光滑遞增、連續(xù)下凹，線性規(guī)劃算法要求供電煤耗特性曲線是一條連續(xù)遞增的直線，而動態(tài)規(guī)劃法對供電煤耗特

6、性曲線的形狀要求不是很高，因此本文采用動態(tài)規(guī)劃法進行負荷經(jīng)濟分配。為了保證負荷分配結(jié)果的準確性、科學性，本文選用二次多項式作為曲線擬合的目標函數(shù)，采用工程上常用的最小二乘法作為曲線的擬合方法。2.構(gòu)建數(shù)學決策模型選擇一個合理的數(shù)學模型對廠級負荷經(jīng)濟分配應(yīng)用的成功與否起到至關(guān)重要的作用。廠級負荷經(jīng)濟分配就是以火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)電成本最低為目標，即以全廠單元機組的供電總煤耗最低為目標函數(shù)，然后選擇合理的經(jīng)濟分配算法，在滿足全廠單元機組安全穩(wěn)定運行的約束條件下，經(jīng)濟分配全廠廠級總指令，優(yōu)化全廠機組的運行，使得全廠供電總煤耗最低。所以，火電廠廠級

7、負荷經(jīng)濟分配的目標函數(shù)應(yīng)以全廠供電總煤耗量最小為目標確定數(shù)學決策模型。負荷經(jīng)濟分配的模型如下所示：(1)約束條件：(1)系統(tǒng)負荷平衡約束：(2)(2)負荷上下限約束：(3)式中S——全廠總的供電煤耗量；——第i臺機組的供電煤耗量；n——全廠并列運行的機組總臺數(shù)；——第i臺機組預分配的負荷指令；——電廠獲得的全廠總負荷指令；——第i臺機組供電煤耗與承擔負荷的特性函數(shù)，采用二次函數(shù)形式；——第i臺單元機組的負荷下限，MW；——第i臺單元機組的負荷上限，MW。3.經(jīng)濟分配算法研究在已采用廠級負荷分配的火電廠中，運行人員習慣使用的最簡單的負荷分

8、配方法是效率法，即以單元機組的效率為負荷分配基礎(chǔ)，效率較高的單元機組下發(fā)盡量多的負荷指令，多發(fā)電；效率較低的單元機組下發(fā)盡量少的負荷指令，少發(fā)電。盡管這個方法簡單直觀，且容易操作執(zhí)行，但在很大程度上依賴于運