火电机组间负荷优化分配新方法的研究.pdf

第 4 2卷第 6期 2 0 1 1 年 1 1月 锅 炉 技术 B0I LER TECHN0L0GY V0 1 ． 4 2 ，NO ． 6 De c ． ，2 Ol l 文章编 号 C N3 1 1 5 0 8 2 0 1 1 1 1 0 0 1 80 3 火 电机组 问负荷优化分 配新方法 的研究 赵紫亮 ，王 明春 东南大学 能源与环境学院 ，江苏 南京 2 1 0 0 9 6 摘要 负荷优化分 配是提高 电厂经济性 的重要 手段 ， 在满足机 组设备安 全 、 运 行安全条 件下 ， 它可 以实 现 发 电厂在整个调度周期 内总 的燃料 耗量 最小 ， 经 济效益 最高 。为此 ， 提 出应用 模式 搜索 算法 对某 电 厂 4台 3 0 0 MW机组并列运行时的负荷分配进行优化 。结果 表明 ， 它 比二 次规划及平 均分配 负荷调度方 式所用煤 耗 降低 ， 具有更好的节能效果 。 关键词 负荷优化分 配 ；模式搜索算法 ；二次规划 ；平均分配负荷 ；煤耗 中图分类号 T K2 2 9 ． 6 文献标 识码 A 0前 言 负 荷 优 化分 配 是 提 高 电厂 经 济 性 的 重要 手 段 ， 在 满 足机组 设备 安 全 、 运行 安 全 条 件 下 ， 它 可 以实现发 电厂 在 整 个 调 度 周 期 内 总 的燃 料 耗 量 最小 ， 经济效益最高 。为此 ， 本文应用一 种新 的 算法模式搜索算法对某电厂 4台3 0 0 Mw机 组并列运行 时的负荷分配进行优化 ， 结果 表明， 它 比二次规划及平 均分配负荷 调度方式所用煤 耗降低 ， 具有更好的节能效果 。 1 火电机组的耗量特性 所谓耗量特性是指发 电机组单位 时间内消 耗的燃料量与机组发出的有功功率之间的关 系 火力 发 电厂 的耗 量特 性是 在稳定 运行 时燃 料量 F 与出力 P 之间的关系特性 ， 可将其表示为 F F P 。但 在通 常 情 况下 ， 机 组 燃料 量 F 与 出力 P 关 系复 杂 ， 一般 用 二 次 曲 线 近 似 表 示 ， 当然 也 可 用更高次曲线来表示 ， 但实践证明 次数的提高 并 不能 提高表 达 式 的准 确度 ， 只会 使 问题 处 理 复 杂 化 。 2二次规划 非线性规划 1“2 - 5 ] 如果某 非线性规划 的目标 函数为 自变量的 二次函数 ， 约束 条件全 部为线性 函数 ， 就称 这种 规 划 为二次规 划 。 对于一般的二次规划数学模型为 min lz Hx -厂 1 厶 其约束条件为 A ≤ 6 Ae q ≤ b e q Z 6 ≤ z ≤u b 2 式中 H， A和Ae q分别为矩阵； f， b ， b e q ， l b ， u b和 z一 一 分别 为 向矢量 。 对 于具有 个 单元 机 组 的火 电厂 ， 当各 台 机 组的煤耗特性 曲线为二次曲线时 F P 一a i P b P C l， 2 ， ⋯ ， 3 式 中 第 i 个 单元 机组 的煤耗 量 ， t ／ h ； P ； 第 i 个 单元 机组 的输 出负荷 ， Mw ； a ， 6 ， c 与机组 性能有 关 的经验参 数 。 考虑 各 单 元 机 组 输 出功 率 P 的 工 作 范 围 ， 则对 总负荷 PL D 在 台机 组 间进行 最优分 配 的数 学模 型为 目标 函数 mi n F一∑ n P 6 P f 4 i l 约束条件 等式约束 ∑P 一PL D 一0 5 1 不等式约束 P ≤P ≤P ， i 一1 ， 2 ， ⋯ ， ， z 6 式中 P L D 一 全厂总负荷， Mw； P⋯⋯ P ⋯ 机 组 出力 上 、 下限 的负荷 ， Mw 。 收稿 日期 2 0 1 0⋯0 7 2 O 作者简介 A 1 9 8 5一 ， 男 ， 硕士 ， 主要从事热力系统节能理论及经济性分析 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 赵紫亮 ， 等 火 电机组 间负荷优化分配新方法 的研究 1 9 3 模 式搜索算法 模式搜索算法是 MATL A B遗传算法与直接 搜索工具箱 中一种重要 的优化算法。MAT L AB 遗传算 法与 直 接搜 索 工具 箱 可 以扩展 MA TL AB 及其优化工具箱在处理优化问题方 面的能力， 可 以处理传统的优化技术难题， 包括一些难 以定义 或不便于进行数学建模的问题 ， 可以解决 目标 函 数较复杂的问题 ， 例如 ， 目标 函数不连续或具有高 度的非线性 、 随机性及 目标 函数不 可微 的情形 4 ] 。 直接搜索工具实现了一种模式搜索算法， 其 选项可以定义网格尺寸、 表决方法和搜索方法等。 大多数传统优化方法通过使用梯度或高阶导数的 方法 来搜 寻最 优 点 ， 而模 式 搜 索 算 法 可 搜 索 出最 大 、 最 小正基 模 式 ， 它 可 以处 理 边 界 约束 ， 线 性 等 式 ， 线性 不等式 ， 并 且不需要 函数可微或连 续 。 4 单 元机 组煤耗特性 曲线 单元机组的煤耗特性曲线 ， 先有热力试验得 出耗量特性数据 ， 然后通过数学方法拟合得 出。在 试验中一般要采集不少于 5 个不 同负荷工况点对 应的机组能耗和负荷数据 ， 大致分布在机组的最大 和最小 出力范 围内 。鉴于此 ， 在论文 中得 到某 电厂 引进 的 4台3 0 0 MW机 组 煤 耗数 据 见 表 1 ， 其 出力 下 限均 为1 2 0 MW ， 出力上 限均为3 0 0 MW。 对煤耗特性数据进行二次曲线拟合 ， 拟合结 果如 下所 示 1号机 组 为 ， l P1 O ． 0 0 0 0 4 5 l l P 0 ． 2 6 6 2 P 1 1 4 ． 0 5 7 2号 机组 为 f 2 P 2 一O ． 0 0 0 0 5 5 3 2 P ； 0 ． 2 7 1 1 P 1 0 4 ． 6 0 8 3号 机组 为 厂 3 P 。 0 ． 0 0 0 0 5 2 6 4 P ； 0 ． 2 6 6 2 P 。 1 3 ． 4 8 9 4号机 组 为 ， 4 P 4 0 ． 0 0 0 0 5 9 4 2 P 0 ． 2 6 6 8 P 1 2 ． 6 1 1 0 表 1 不 同负荷 下机 组发 电标准 煤耗 F的统计 5 4 X 3 0 0 MW机组的最优 负荷分配 I 根据 4节拟合得到的煤耗特性曲线及在 2节 中所建立 负荷优化分配数学模 型， 在 MAT L AB工作空 间中键人 P s e a r c h t o o l 命令， 即可打 开 MATL AB遗传算法与直接搜索工具箱中的模 式 搜索 工 具 P a t t e r n S e a r c h T o o 1 对 话 框 ， 相 应 的输入各矩阵向量 ， 这样就可以应用模式搜索算 法 对 负荷进 行分 配 ， 同 时与 二 次规 划 及平 均 分 配 负荷进 行对 比， 所 得部 分结果 见表 2 。 表 2 不 同的 负荷分 配方 式对 比分 析表 注 1 方案 1 为二 次规 划分 配负荷 ， 方案 2为模式搜索算法分配负荷 ； 2 对 比平均分配负荷节约 的煤耗 ， 即为运用方案 1 、 2 2种调度方法优化后 的全厂总煤耗 与平均分 配负荷相 比 节省的煤耗量 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 锅 炉 技术 第 4 2卷 应用 模式 搜索 算 法得 到 分 配结 果 的同 时 ， 还 可 以在 P a t t e r n S e a r c h To o l 对话 框 中选 择 一 些 选 项来 显示模 式搜 索 运 行 的结 果 图形 ， 以总 负 荷 为 7 2 0 MW 时 为 例 如 选 择 “ B e s t f u n c t i o n v a l u e 25 43O 2 5 4 ． 2 5 2 5 4 ． 2 0 25 4． 1 5 2 5 4． 1 0 2 5 405 O 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 0 进化代数 a 最优煤耗值变化趋势 。 ⋯一一一 一一一 一。 l l l I l I I I I I 一 ● ●●一一 一一一⋯--●⋯一 I I i ● 1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 进化代数 最佳函数值 ” 、 “ Me s h s i z e 网格尺寸 ” 、 “ F u n c t i o n c o u n t 函 数 计 数 ” 、 “ B e s t p o i n t 最 佳 函 数 点 ” ， 所 得 的结 果如 图 1 所 示 。 7 0 6 o 5 0 4 o 差 。 2 0 l 0 0 2 5 。 2 o0 蓑 l0 o 。 。 O 2 O 4 0 6 0 8 0 l o o 进化代数 b 网格尺寸变化趋势 c 函数计数变化趋势 图 1 搜索模式运行结果图 2 通 过对 不 同优 化算 法 计 算 过程 的对 比 ， 可得 到如下 结论 在不同的系统负荷需求下 ， 不同调度方式节 约煤 耗 量 有 较 大 的 差距 ， 在 单 机 负 荷 限制 为 1 2 0 Mw～ 3 0 0 Mw 的 条 件 下 ， 全 厂 负 荷 在 6 4 0 Mw ～1 1 2 0 Mw 区域 内 ， 对 比可知 模式 搜索 算法 具 有 较好 的节能 效果 ， 见 图 2 。 耀 牡 负荷P I MW 图 2 各种算法优化效果对 比图 3 从负荷分配结果看 ， 模式搜索算法对负 荷分配优于二次规划及平均分配负荷 ， 煤耗量减 少 ， 说明用模式搜索算法对负荷分配可达到节约 能源的 目的， 若该 厂采用模 式搜索算 法分 配负 荷 ， 计 算 得 出 全 厂 年 发 电 煤 耗 量 平 均 降 低 l 2 3 4 机组号码 d 】 各机组最优负荷 0 ． 0 3 7 3 t ／ h ， 节能 效果显 著 。 6 结 论 1 模式搜索算法可以解决那些 目标函数不 可微 ， 甚至不连续或高度非线性 的问题 ， 因此对 有些机 组 的 耗 量 特性 曲 线 不 连 续 的火 电 厂 同样 可 以用模 式 搜索算 法来 进行 负荷优 化分 配 。 2 需 要指 出的是 用本 文介 绍 的模 式 搜索 算 法进行 负荷 分配 也有 其 缺点 ， 那 就 是 比二 次 规 划 及平 均分 配负荷 所 需 时间 长 ， 但 几 秒 钟 的延 迟 对 实时 负荷分 配 的影 响 可忽略 。 3 模式搜索算法虽有缺点 ， 但其简单实用， 方便快捷的优点使得它的应用对提高火 电厂 的 经济性， 减少能耗量都有重要的指导意义。 参 考文献 [ 1 ]郭建 民， 李 素芬． 基 于 MA TI A B优 化工具 箱的机 组负荷 优 化分配[ J ] ． 能源技术 ， 2 0 0 3 ， 2 4 2 4 7 4 9 ． [ 2 3苏金明， 阮沈勇．MA TL AB实用教程 第 2版 [ M] ．北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 8 2 0 5 2 0 6 ． 下 转第 5 3页 一 { ， 嚼 O 9 8 7 6 蒜 籁 陋 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 邓炜 一 台6 0 0 MW机组微油点火改造项 目的经济效益分析 5 3 油需求快速攀升 ， 需要 大量进 口。 目前 ， 我 国的 原 油 需 求 ， 5 5 以 上 需 要 进 口 。在 这 种 严 峻 形 势下 ， 国家将电力 、 石化 、 钢铁 、 化工和建材作为 节油 的五大重 点行业 ， 其 中电力 行业 为五 大行 业 中的重中之重 ， 要求电力系统压缩燃料用 油 ， 特别提 出实 施 节油 点火 技 术 和低 负 荷稳 燃 技 术 。华润电力 常熟 公 司微 油点火技术改 造不 仅为电厂 自身 带来 了可观 的经济效 益 ， 还具 有 E c o n o mi c Be n e f i t An al ys i s o n a 6 0 0 深远的社会效益 。 参考 文献 [ 1 3华润常熟电厂 1号炉微 油点火系统 改造 方案[ R] ．烟 台 烟 台龙源电力技术股份有 限公 司， 2 0 0 8 ． [ 2 - 1 邵颖红 、 黄渝祥主编．工程经济学概论l- M] ．北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． of M i cr o Oi l I g ni t i o n R e f O r m M W Uni t DENG W e i ， 1 ．Bu s i n e s s Ad mi n i s t r a t i o n S c h o o l ，No r t h Ch i n a El e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y ，B e i j i n g 1 0 2 2 0 6，Ch i n a； 2 ． S h a n g h a i Ad v a n c e d Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch i n e s e Ac a d e m y o f S c i e n c e s ，S h a n g h a i 2 0 1 2 0 3 ，Ch i n a Abs t r a ct The t e xt i nt r o du c e s mi c r o o i l i gn i t i o n r e f o r m o n Ch i na Re s o ur c e s Po we r Ch a n g s h u u n i t No ．1 i n d e t a i l ． An d a l s o a n a l y s e s t h e e c o n o mi c b e n e f i t wi t h t h e o r e t i c a l k n o wl e d g e o f p r o j e c t e c o n o mi c s ，a c c o r d i n g t o o p e r a t i n g d a t a a n d r e l a t e d f i n a n c i a l r e p o r t i n g ． Th i s wo r k ma y b e s u p p l y s o me h e l p f u l e x p e r i e n c e o f mi c r o o i l i g n i t i o n r e f o r m f o r t h e s a me t y pe un i t s ． Ke y wor dsoi l s a v i n g； mi c r o o i l i gn i t i o n； i n t e r n a l c o m b u s t i o n bu r n e r ； n e t p r e s e n t v a l u e 上接 第 2 O页 [ 3 ]唐焕文 ， 秦学志． 实用最 优化方法 第 3版 [ M] ． 大连 大连 理工大学出版社 ， 2 0 0 4 2 0 5 2 1 8 ． [ 4 ]雷英杰 ， 张善文 ， 李续武 ， 等． MAT L AB遗传算法工具箱及应 用 I- M] ． 西安 西安 电子科技大学出版社 ，2 0 0 5 1 4 6 1 4 7 ． St u d y o n a Ne w Me t h o d f or t h e Op t i ma l Di s p at c h o f L o a d s Amo n g F o s s i I - f i r e d Un i t s ZhAO zi l i a n g， W ANG M i ng c hu n S c h o o l o f En e r g y a n d En v i r o n me n t ， S o u t h e a s t Un i v e r s i t y， Na n i i n g 2 1 0 0 9 6 ， Ch i n a Ab s t r a c t Th e o p t i ma l d i s p a t c h o f l o a d s i s a n i mp o r t a n t me t h o d t o i mp r o v e t h e e c o n o mi c o f po we r pl a n t ， un de r t he c on di t i o n o f t he s a f e t y o f e qu i p m e n t a nd o pe r a t i o n， whi c h c a n mi n i mi z e t h e t o t a l f u e l c o n s u mp t i o n a n d ma x i mi z e e c o n o mi c p r o f i t wi t h i n t h e wh o l e s c he d ul i n g pe r i od ． Thu s，a l o a d d i s t r i but i o n o pt i m i z a t i on a mon g f ou r h o m e ma d e 3 0 0 M W g e n e r a t i n g u n i t s i n p a r a l l e l o p e r a t i o n wa s r e a l i z e d b y me a n s o f t h e p a t t e r n s e a r c h me t h o d i n t h i s p a p e r ．Th e r e s u l t s o f o p t i ma l d i s t r i b u t i o n i n d i c a t e t h a t a g r e a t d e a l o f c o a l c o n s u mp t i o n wa s c u t d o wn b y c o mp a r i s o n wi t h q u a d r a t i c p r o g r a mmi n g a n d a v e r a g e l o a d d i s t r i b u t i o n ． Thi s a l go r i t hm h a s be t t e r e n e r gy c o ns e r v a t i o n． K e y wo r d s l o a d o p t i ma l d i s p a t c h；p a t t e r n s e a r c h me t h o d； q u a d r a t i c p r o g r a mmi n g ； a v e r a g e 1 o a d d i s t r i b u t i o n c o a I c o n s u mp t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m