動態(tài)尋優(yōu)法在供熱機組熱電負荷優(yōu)化分配中的應(yīng)用

謝毅霏，衛(wèi)鵬杰，張建偉

（1.華北電力大學，北京102206；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西太原030001）

動態(tài)尋優(yōu)法在供熱機組熱電負荷優(yōu)化分配中的應(yīng)用

謝毅霏1，衛(wèi)鵬杰2，張建偉2

（1.華北電力大學，北京102206；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西太原030001）

簡要概述了熱電機組負荷最優(yōu)分配在工程應(yīng)用中存在的問題，采用全廠和機組運行工況表描述供電、供熱能耗特性曲線，通過最優(yōu)工況動態(tài)尋優(yōu)方法求解負荷優(yōu)化分配問題，提高了方法的工程適用性。以某2×200M W+2×300M W熱電廠的全廠熱電負荷分配問題為實例，取得日標煤消耗量下降36.91 t的節(jié)能效益。

供熱機組；負荷分配；動態(tài)尋優(yōu)

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)機組同時向用戶提供電能和熱能兩種產(chǎn)品，可以顯著提高一次能源利用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。目前，我國已經(jīng)頒布了一系列鼓勵熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展的政策，極大地促進了熱電聯(lián)產(chǎn)機組的發(fā)展，多個熱電廠或一個熱電廠多臺供熱機組并列運行的情況成為常態(tài)。如何根據(jù)供熱機組運行特性制定熱、電負荷分配方案，充分發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能減排優(yōu)勢，切實降低全社會總體能耗水平，是電網(wǎng)調(diào)度和電廠運行必須加以妥善解決的問題。與常規(guī)純凝機組相比，供熱機組負荷優(yōu)化分配問題的復雜性在于機組的能耗特性同時受電負荷和熱負荷的影響。為此，國內(nèi)外研究者從不同角度對供熱機組的能耗特性及其優(yōu)化模型和求解算法開展了較為深入的研究[1-3]，但這些方法在實際工程應(yīng)用中仍然存在較多問題，主要表現(xiàn)在兩方面：一是在一定試驗煤質(zhì)和環(huán)境溫度等邊界條件下，根據(jù)典型工況試驗數(shù)據(jù)擬合獲得的能耗特性曲線，或者采用經(jīng)驗公式或經(jīng)驗系數(shù)通過變工況計算獲得的能耗特性曲線，都與現(xiàn)實運行情況存在較大偏差，且偏差的不確定性較大，這就必然會導致負荷優(yōu)化分配結(jié)果與實際發(fā)生較大偏離；二是求解以全廠耗氣量[1，2]、熱耗量[3]、煤耗量[4，5]等優(yōu)化目標函數(shù)時，一般采用混合整數(shù)非線性規(guī)劃等經(jīng)典優(yōu)化算法和遺傳算法[6]等智能優(yōu)化算法，在面向?qū)嶋H工程應(yīng)用時，往往存在計算量大、較難適應(yīng)機組煤質(zhì)和環(huán)境溫度等外部因素變化以及求解過程因特性曲線光滑性差而不穩(wěn)定或不收斂等問題，較難工程化和實用化。針對上述問題，本文利用運行工況表描述機組的實際能耗特性，并采用動態(tài)尋優(yōu)方法實現(xiàn)了供熱機組的最優(yōu)負荷分配。

1 供熱機組負荷優(yōu)化問題描述

以多數(shù)研究中采用的全廠煤耗量為優(yōu)化問題的目標函數(shù)，供熱機組熱電負荷優(yōu)化問題可以描述如下。

目標函數(shù)為

約束條件為

2 供熱機組熱電負荷優(yōu)化方法

供熱機組熱電負荷優(yōu)化的方法和步驟如下所示。

a）根據(jù)負荷需求，即全廠電、熱負荷計劃，在全廠運行工況數(shù)據(jù)表中查詢最優(yōu)歷史工況。全廠運行工況數(shù)據(jù)表以全廠電負荷、全廠熱負荷、環(huán)境溫度、入爐煤低位發(fā)熱量四個參數(shù)為索引項，查詢相同條件下全廠能耗最低的運行方式。實際應(yīng)用中，根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)對全廠提出的電負荷和熱負荷需求，查找相同熱負荷、電負荷以及當前環(huán)境溫度和煤質(zhì)等條件下的全廠最優(yōu)歷史運行方式。在全廠負荷優(yōu)化工作初期，可以根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)初步構(gòu)造全廠運行工況數(shù)據(jù)表，并隨運行時間的積累而不斷加以完善。

b）根據(jù)全廠電負荷、熱負荷計劃，編制機組負荷預(yù)分配方案。為簡單起見，第一次搜索尋優(yōu)時可將熱電負荷按照機組負荷率相同的原則進行預(yù)分配，也可以利用機組設(shè)計能耗特性曲線，求解式（1）和（2）獲得機組負荷預(yù)分配方案。之后的搜索尋優(yōu)時，可以全廠微增率的某個實現(xiàn)設(shè)定的百分數(shù)為增量，調(diào)整各臺機組的電熱負荷，再按照c）—f）的步驟尋優(yōu)。

c）根據(jù)機組負荷預(yù)分配方案，在機組運行工況數(shù)據(jù)表中查詢機組最優(yōu)歷史運行工況。

機組最優(yōu)歷史運行工況的獲取步驟具體如下：根據(jù)電負荷、熱負荷、環(huán)境溫度、入爐煤低位發(fā)熱量等邊界條件的運行變化范圍，建立機組運行工況數(shù)據(jù)表，記錄歷史工況的經(jīng)濟指標、運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等信息，同時計算對應(yīng)的供電煤耗和供熱煤耗等經(jīng)濟指標。按照運行邊界條件相同的原則，根據(jù)實際運行工況動態(tài)更新最優(yōu)歷史運行工況記錄及全廠最優(yōu)歷史運行工況記錄。這樣，就能夠跟蹤機組運行條件變化，并按照煤種、負荷、環(huán)境溫度等條件自動完成全工況范圍內(nèi)的歷史尋優(yōu)，并始終以最新的動態(tài)尋優(yōu)結(jié)果作為診斷機組優(yōu)化運行的基準工況。

d）以負荷分配預(yù)案給定的電負荷、熱負荷以及當前的環(huán)境溫度和煤質(zhì)為邊界條件，查詢各機組歷史最優(yōu)工況對應(yīng)的供電、供熱煤耗，計算全廠能耗指標，與全廠最優(yōu)歷史運行工況對應(yīng)的能耗進行比較。

e）如果負荷分配方案給定的能耗水平高于全廠最優(yōu)歷史運行工況的能耗，則將此次分配預(yù)案返送回負荷預(yù)分配單元，作為下一輪動態(tài)尋優(yōu)的初始值，重新編制負荷分配方案，再按步驟b）—d）執(zhí)行。

f）如果負荷分配方案給定的能耗水平低于或接近歷史最優(yōu)能耗，則執(zhí)行負荷分配方案，完成熱、電負荷最優(yōu)分配。

3 工程應(yīng)用情況

某熱電廠1號、2號機組為CZK200/160-12.7/0.294/535/535型機組，供熱抽汽溫度240℃，供熱抽汽壓力0.294MPa，額定抽汽流量390 t/h；3號、4號機組為CZK300/258-16.7/0.4/537/537型機組，供熱抽汽溫度253.1℃，供熱抽汽壓力0.4 MPa，額定抽汽流量500 t/h。2012年11月2日，該廠機組運行情況如表1所示。當日平均氣溫2.07℃，全廠電負荷816.71 MW，全廠熱負荷716.74MW，全廠日消耗原煤7 284.71 t。

2012年11月9日，該廠在同一電負荷和熱負荷日調(diào)度曲線下采用本文方法確定的負荷分配方案重新調(diào)整機組負荷，運行結(jié)果如表2所示。當日平均氣溫1.34℃，全廠電負荷816.75MW，全廠熱負荷718.06MW，全廠日消耗原煤7 247.80 t。

表1 2012年11月2日運行數(shù)據(jù)表

表2 2012年11月9日運行數(shù)據(jù)表

由表1和表2可見，在相近的熱、電負荷及外部邊界條件下，應(yīng)用本文負荷優(yōu)化方案重新分配各機組運行負荷，該廠節(jié)煤36.91 t，實現(xiàn)了0.51%的節(jié)能效益。

4 結(jié)論

以運行工況數(shù)據(jù)表表達全廠和機組的供熱、供電煤耗特性函數(shù)，通過查詢最優(yōu)歷史工況的動態(tài)尋優(yōu)方法求解負荷分配問題，提高了熱電負荷優(yōu)化分配的工程適用性。該方法具有運行調(diào)整目標可實現(xiàn)、最優(yōu)歷史工況自動更新等優(yōu)點，有利于供熱電廠的全廠優(yōu)化運行。

［1］李俊濤，馮霄.供熱機組的熱電負荷分配［J］.西安交通大學學報，2006，40（3）：312-314.

［2］黃廷輝，柴勝凱，龐順，等.熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱、電負荷優(yōu)化分配［J］.熱力發(fā)電，2010，39（12）：2-3.

［3］金建國，國文學，姜鐵騮，等.供熱機組間熱電負荷最佳分配的研究［J］.汽輪機技術(shù)，2007，49（2）：1-2.

［4］盛德仁，陳堅紅，李蔚,等.供熱機組間熱電負荷優(yōu)化分配的研究［J］.動力工程，2001，21（6）：2-3.

［5］王源.供熱機組負荷優(yōu)化分配的研究［D］.東南大學，2005.

［6］武瀚，呂鵬飛，劉觀起，等.基于改進遺傳算法的經(jīng)濟負荷分配［J］.黑龍江電力，2003，25（1）：4-7.

App lication of Dynam ic Optim ization M ethod in the Optim ization of Heat and Power Load Distribution of Heating Unit

XIE Yi-fei1，WEIPeng-jie2，ZHANG Jian-wei2
（1.North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.Electric Power Dispatch&Control Center，State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The problemsencounted in the application ofheating unit load distribution optimization is simply generalized.The curves of energy consumption on heat supply and power supply were adopted to reach optimal load distribution by using dynamic optimizing method.Practically，the program of load distribution for heat supply and power supply was optimized in a 2×200 MW+2×300 MW thermalpowerplant，which obtained favorable energy-saving benefitswith decreaseofcoalconsumption by 36.91 tonsperday.

heatsupply unit；load distribution；dynamic optimization

TM621.4

B

1671-0320（2014）01-0042-03

2013-09-05，

2013-12-10

謝毅霏（1985-），男，河北深縣人，2007年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學環(huán)境科學專業(yè)，從事熱能動力系統(tǒng)優(yōu)化運行研究工作；

衛(wèi)鵬杰（1985-），男，陜西韓城人，2011年畢業(yè)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，助理工程師，從事電網(wǎng)負荷預(yù)測及經(jīng)濟運行管理工作；

張建偉（1973-），男，山西原平人，2005年畢業(yè)于北京理工大學控制理論與控制工程專業(yè)，博士，高級工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度計劃及經(jīng)濟運行管理工作。