在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配

姜 陽，楊倩玉，王 雷

(沈陽工程學(xué)院 能源與動力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

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在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配

姜 陽，楊倩玉，王 雷

(沈陽工程學(xué)院 能源與動力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

針對國內(nèi)區(qū)域電網(wǎng)并列機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配問題，分析了各機(jī)組的煤耗特性，利用“等能耗微增率”數(shù)學(xué)模型，得出了不同電廠間不同容量機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配方案，為區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷優(yōu)化分配提供了理論依據(jù)。

并列運(yùn)行機(jī)組；負(fù)荷優(yōu)化分配；等能耗微增率

1 概 述

鑒于越來越多大容量機(jī)組投入運(yùn)行及電網(wǎng)的峰谷差日益增大，優(yōu)化協(xié)調(diào)各電廠機(jī)組參與調(diào)峰的問題日益突出，電廠大部分時間不在滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，在電網(wǎng)實際總負(fù)荷低于全網(wǎng)額定總負(fù)荷時，需要在網(wǎng)內(nèi)各機(jī)組間進(jìn)行合理的負(fù)荷分配才能保證全網(wǎng)的總能耗。

在指導(dǎo)電力系統(tǒng)運(yùn)行和符合經(jīng)濟(jì)分配的問題上，主要采用等微增率法。假定在網(wǎng)臺機(jī)組能耗曲線和能耗微增率曲線是連續(xù)的，其中優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是參與負(fù)荷分配的機(jī)組的總?cè)剂舷牧孔钚≈祵傌?fù)荷的函數(shù)，約束條件是參與調(diào)度的各機(jī)組負(fù)荷之和等于全網(wǎng)總負(fù)荷，研究煤耗微增率隨負(fù)荷的變化關(guān)系，畫出單元機(jī)組煤耗微增率—負(fù)荷曲線，運(yùn)用微增原理實現(xiàn)不同級別機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配，得出各個負(fù)荷點最優(yōu)負(fù)荷分配，從而使綜合煤耗率最低，即總耗煤量達(dá)到最低。

2 負(fù)荷分配模型

2.1 等效微增法

假設(shè)臺機(jī)組參與運(yùn)行，采用二次曲線擬合各機(jī)組的煤耗特性曲線，煤耗特性曲線為

(1)

式中，Bi為第i臺機(jī)組的煤耗，Ai為系數(shù)，Pi為第i臺機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷。

則煤耗微增率曲線的函數(shù)表達(dá)式為

(2)

式中，Ri為第i臺機(jī)組煤耗微增率。

采用“等微增率法”時，其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是參與負(fù)荷分配的機(jī)組的總?cè)剂舷牧孔钚≈祵傌?fù)荷的函數(shù)：

BR=B1+B2+…+Bn=f(P1，P2，…，Pn)

約束條件是參與調(diào)度的各機(jī)組負(fù)荷之和等于全廠總負(fù)荷：

PR=P1+P2+…+Pn

由(2)式得：

(3)

則約束條件PR得：

(4)

2.2 并列機(jī)組采用等微增率法的負(fù)荷分配原則

根據(jù)前面分析可知，并列運(yùn)行單元機(jī)組負(fù)荷分配的目的是在一定的電負(fù)荷下，總的燃料消耗量為最小。因為單元機(jī)組煤耗微增率是隨負(fù)荷的增加而增加的，因此可以應(yīng)用等煤耗微增率的原則進(jìn)行負(fù)荷分配，即：

(5)

式中，R表示微增煤耗率，Pn表示n號機(jī)組電功率，Bn表示n號機(jī)組的煤耗量。

但是，實際運(yùn)行中機(jī)組出力是有約束條件的，即出力不能大于最大出力且不能小于最小出力：

Pi,min≤Pi≤Pi,max

(6)

3 多機(jī)組負(fù)荷分配優(yōu)化

3.1 并列機(jī)組采用等微增率法的負(fù)荷分配原則

以目前在東北電網(wǎng)在網(wǎng)運(yùn)行的5臺汽輪發(fā)電機(jī)組為對象，列舉不同的組合運(yùn)行方式，基于等微增率的機(jī)組負(fù)荷組合優(yōu)化分配法，經(jīng)統(tǒng)計、分析、計算，得出機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配結(jié)果，制定出并列運(yùn)行機(jī)組優(yōu)化的負(fù)荷分配方案，并與平均分配負(fù)荷的方案進(jìn)行比較。表1為5臺機(jī)組的基本情況。

表1 機(jī)組數(shù)據(jù)匯總

3.2 煤耗特性方程擬定

根據(jù)機(jī)組的發(fā)電煤耗與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系曲線，繪制煤耗量與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系曲線，如圖1～圖3所示，并通過該圖擬合5臺機(jī)組的煤耗特性方程。

圖1 (1#、2#)機(jī)組燃煤量與發(fā)電機(jī)功率關(guān)系曲線

圖2 (3#、4#)機(jī)組燃煤量與發(fā)電機(jī)功率關(guān)系曲線

圖3 (5#)機(jī)組燃煤量與發(fā)電機(jī)功率關(guān)系曲線

根據(jù)公式(1)采用二次曲線擬合各機(jī)組的煤耗特性曲線，煤量對應(yīng)為B，負(fù)荷對應(yīng)為P，則有：

由公式(2)得煤耗微增率曲線的函數(shù)表達(dá)式為

機(jī)組1#：R1=0.0001067212P1+0.24385

機(jī)組2#：R2=0.000036091P2+0.270134

機(jī)組3#：R3=0.0000996536P3+0.25838

機(jī)組4#：R4=0.000061948P4+0.27765

機(jī)組5#：R5=0.000341072P5+0.22608

3.3 負(fù)荷分配的實例計算

以1#、2#、3#、4#號4臺機(jī)組并列運(yùn)行為例，其中1#機(jī)組為空冷600 MW，2#機(jī)組為濕冷600 MW，3#機(jī)組為空冷300 MW，4#機(jī)組為濕冷300 MW。運(yùn)用基于等微增率的機(jī)組負(fù)荷組合優(yōu)化分配法，經(jīng)統(tǒng)計、分析、計算，得出機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配結(jié)果，制定出4臺機(jī)組優(yōu)化的負(fù)荷分配方案，并與平均分配法進(jìn)行比較。

令R1=R2=R3=R4=R，加入邊界條件：P1+P2+P3+P4=P，通過求解方程，可得出4臺機(jī)組負(fù)荷具體分配值P1、P2、P3、P4，然后求解B1、B2、B3、B4及總煤量B。

計算結(jié)果如表2和表3所示。

由表2可知，在75%～90%總負(fù)荷范圍內(nèi)，在最優(yōu)分配情況下，同樣為600 MW的機(jī)組，2#機(jī)組分配的負(fù)荷較多；同樣為300MW的機(jī)組，3#機(jī)組分配的負(fù)荷較多。

由表3可見，在75%～90%總負(fù)荷范圍內(nèi)，在最優(yōu)分配情況下煤耗率與燃料消耗量都較小，并且總負(fù)荷越低越明顯。

表2 4臺并列運(yùn)行機(jī)組等微增法負(fù)荷分配方案

表3 4臺并列運(yùn)行機(jī)組不同分配方式煤量比較(煤價：400元/t)

3.4 關(guān)于機(jī)組負(fù)荷超限說明

按等微增率法分配機(jī)組負(fù)荷時，有時會出現(xiàn)機(jī)組分配到的負(fù)荷Pi超越了該機(jī)組出力的上、下限的情況，這是絕對不允許的。此時，可將此Pi固定為相應(yīng)的上、下限值，即：當(dāng)PiPi,max取Pi=Pi,max。然后，再將剩余的負(fù)荷按等微增率相等的原則，在剩余的發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行分配，直至得到的各機(jī)組出力均無越限的情況為止。

4 結(jié) 語

綜上所述，根據(jù)不同級別機(jī)組的煤耗特性，運(yùn)用微增原理實現(xiàn)機(jī)組間的負(fù)荷優(yōu)化分配，得出在全網(wǎng)各個負(fù)荷點最優(yōu)負(fù)荷分配，從而使全網(wǎng)綜合煤耗率最低，即全網(wǎng)總耗煤量達(dá)到最低，數(shù)據(jù)顯示采用微增調(diào)度能有效節(jié)約能耗。

[1]肖 弘，朱利民，李國軍，等.鐵嶺發(fā)電廠300 MW機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].沈陽電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報,1999,3(7):1-3.

[2]張秋生，付仁杰.火電廠機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配辦法[J].熱力發(fā)電,2009,41(11):151-155.

[3]羅海群，任國橋.微增原理在機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配中的應(yīng)用[J].中國電業(yè)：技術(shù)版,2012,6:38-41.

[4]吳 群，武 曉，劉海峰，等.運(yùn)用等微增原理實現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2008，21(4)：32-34.

[5]曹文亮，王兵樹，馬 進(jìn)，等.對火電廠機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配算法的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù),2004,46(1):43-46.

[6]衛(wèi) 煒，焦 瑩，居 勇，等.節(jié)能調(diào)度下的火電機(jī)組節(jié)能減排效果研究[J].華東電力,2010,38(1):31-33.

(責(zé)任編輯張凱校對魏靜敏)

OptimalLoadDistributionofParallelUnitsintheRegionalGrid

JIANG Yang,YANG Qian-yu,WANG Lei

(School of Energy and Power Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Aiming at the problem of optimal load distribution of parallel units in the regional grid,the paper analyzed the characteristics of coal consumption of each unit and established the mathematical modal called “Equal incremental energy consumption”.It was obtained that the optimal solution of load distribution between different power plants.It provided a theoretical basis for the optimal allocation of regional power grid load.

Parallel units on line; Optimal load distribution; Equal incremental energy consumption

2017-03-19

姜 陽(1991-)，男，黑龍江綏化人，助理工程師，碩士研究生。

王 雷(1978-)，男(滿族)，遼寧錦州人，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，主要從事電站熱力設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化與故障分析方面的研究。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.03.007

TM715

： A

： 1673-1603(2017)03-0229-05