謝毅霏，衛(wèi)鵬杰，張建偉

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

動(dòng)態(tài)尋優(yōu)法在供熱機(jī)組熱電負(fù)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(xué)，北京102206；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西太原030001）

簡(jiǎn)要概述了熱電機(jī)組負(fù)荷最優(yōu)分配在工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題，采用全廠和機(jī)組運(yùn)行工況表描述供電、供熱能耗特性曲線，通過(guò)最優(yōu)工況動(dòng)態(tài)尋優(yōu)方法求解負(fù)荷優(yōu)化分配問(wèn)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(fù)荷分配問(wèn)題為實(shí)例，取得日標(biāo)煤消耗量下降36.91 t的節(jié)能效益。

供熱機(jī)組；負(fù)荷分配；動(dòng)態(tài)尋優(yōu)

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組同時(shí)向用戶(hù)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。目前，我國(guó)已經(jīng)頒布了一系列鼓勵(lì)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展的政策，極大地促進(jìn)了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的發(fā)展，多個(gè)熱電廠或一個(gè)熱電廠多臺(tái)供熱機(jī)組并列運(yùn)行的情況成為常態(tài)。如何根據(jù)供熱機(jī)組運(yùn)行特性制定熱、電負(fù)荷分配方案，充分發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)，切實(shí)降低全社會(huì)總體能耗水平，是電網(wǎng)調(diào)度和電廠運(yùn)行必須加以妥善解決的問(wèn)題。與常規(guī)純凝機(jī)組相比，供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配問(wèn)題的復(fù)雜性在于機(jī)組的能耗特性同時(shí)受電負(fù)荷和熱負(fù)荷的影響。為此，國(guó)內(nèi)外研究者從不同角度對(duì)供熱機(jī)組的能耗特性及其優(yōu)化模型和求解算法開(kāi)展了較為深入的研究[1-3]，但這些方法在實(shí)際工程應(yīng)用中仍然存在較多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在兩方面：一是在一定試驗(yàn)煤質(zhì)和環(huán)境溫度等邊界條件下，根據(jù)典型工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合獲得的能耗特性曲線，或者采用經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)系數(shù)通過(guò)變工況計(jì)算獲得的能耗特性曲線，都與現(xiàn)實(shí)運(yùn)行情況存在較大偏差，且偏差的不確定性較大，這就必然會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷優(yōu)化分配結(jié)果與實(shí)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(biāo)函數(shù)時(shí)，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(shí)，往往存在計(jì)算量大、較難適應(yīng)機(jī)組煤質(zhì)和環(huán)境溫度等外部因素變化以及求解過(guò)程因特性曲線光滑性差而不穩(wěn)定或不收斂等問(wèn)題，較難工程化和實(shí)用化。針對(duì)上述問(wèn)題，本文利用運(yùn)行工況表描述機(jī)組的實(shí)際能耗特性，并采用動(dòng)態(tài)尋優(yōu)方法實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配。

1 供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化問(wèn)題描述

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

目標(biāo)函數(shù)為

約束條件為

2 供熱機(jī)組熱電負(fù)荷優(yōu)化方法

供熱機(jī)組熱電負(fù)荷優(yōu)化的方法和步驟如下所示。

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

b）根據(jù)全廠電負(fù)荷、熱負(fù)荷計(jì)劃，編制機(jī)組負(fù)荷預(yù)分配方案。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，第一次搜索尋優(yōu)時(shí)可將熱電負(fù)荷按照機(jī)組負(fù)荷率相同的原則進(jìn)行預(yù)分配，也可以利用機(jī)組設(shè)計(jì)能耗特性曲線，求解式（1）和（2）獲得機(jī)組負(fù)荷預(yù)分配方案。之后的搜索尋優(yōu)時(shí)，可以全廠微增率的某個(gè)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的百分?jǐn)?shù)為增量，調(diào)整各臺(tái)機(jī)組的電熱負(fù)荷，再按照c）—f）的步驟尋優(yōu)。

c）根據(jù)機(jī)組負(fù)荷預(yù)分配方案，在機(jī)組運(yùn)行工況數(shù)據(jù)表中查詢(xún)機(jī)組最優(yōu)歷史運(yùn)行工況。

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

d）以負(fù)荷分配預(yù)案給定的電負(fù)荷、熱負(fù)荷以及當(dāng)前的環(huán)境溫度和煤質(zhì)為邊界條件，查詢(xún)各機(jī)組歷史最優(yōu)工況對(duì)應(yīng)的供電、供熱煤耗，計(jì)算全廠能耗指標(biāo)，與全廠最優(yōu)歷史運(yùn)行工況對(duì)應(yīng)的能耗進(jìn)行比較。

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

f）如果負(fù)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(fù)荷分配方案，完成熱、電負(fù)荷最優(yōu)分配。

3 工程應(yīng)用情況

某熱電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組為CZK200/160-12.7/0.294/535/535型機(jī)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(hào)、4號(hào)機(jī)組為CZK300/258-16.7/0.4/537/537型機(jī)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(jī)組運(yùn)行情況如表1所示。當(dāng)日平均氣溫2.07℃，全廠電負(fù)荷816.71 MW，全廠熱負(fù)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(fù)荷和熱負(fù)荷日調(diào)度曲線下采用本文方法確定的負(fù)荷分配方案重新調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，運(yùn)行結(jié)果如表2所示。當(dāng)日平均氣溫1.34℃，全廠電負(fù)荷816.75MW，全廠熱負(fù)荷718.06MW，全廠日消耗原煤7 247.80 t。

表1 2012年11月2日運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表2 2012年11月9日運(yùn)行數(shù)據(jù)表

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

4 結(jié)論

以運(yùn)行工況數(shù)據(jù)表表達(dá)全廠和機(jī)組的供熱、供電煤耗特性函數(shù)，通過(guò)查詢(xún)最優(yōu)歷史工況的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)方法求解負(fù)荷分配問(wèn)題，提高了熱電負(fù)荷優(yōu)化分配的工程適用性。該方法具有運(yùn)行調(diào)整目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)、最優(yōu)歷史工況自動(dòng)更新等優(yōu)點(diǎn)，有利于供熱電廠的全廠優(yōu)化運(yùn)行。

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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(xué)環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)，從事熱能動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)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(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(xué)控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè)，博士，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理工作。