经济负荷优化调度技术方案

经济负荷优化调度方案

二零一三年十月

1 概述

随着电力市场管制的放开，以及环保排放的严格，电厂需要自主合理调配负荷，以达到最高的经济性，因此负荷经济调度功能将会成为电厂的重要功能之一。

负荷优化调度分配软件，能够根据调度的负荷指标、机组具体性能情况以及各种限制运行条件，对机组负荷进行经济合理的分配，具体可用于：

➢母管制机组：多台锅炉供一台汽轮机的用汽

➢联合循环机组：多台燃气轮机加一台或多台蒸汽轮机所形成的联合循环

➢多台单元机组：多台冷凝式机组响应一个总的负荷需求信号

➢热电联供机组：多台锅炉与多台蒸汽发电机组联合供电与供汽

➢同一电网区域内多家电厂的负荷分配

➢水电机组的负荷优化

➢工业自备电厂的负荷优化

2 负荷优化调度原理

负荷优化分配软件包的功能是根据负荷调度计划或者调度指令，以及供热需求等综合因素，以全厂的供电煤耗量最小为目标，根据各台机组经过参数偏差修正的负荷—煤耗量关系曲线，计算全厂各台机组应发的功率，提出负荷分配建议。如果负荷信号能够通过通讯方式进入控制系统，则可以实现负荷优化的闭环控制。

负荷优化需要一系列的数学模型支持，这些过程模型包含各种运行操作限制因素和热力性能特性。对每台机组，必须有热耗率－负荷关系模型。如果考虑到排放因素，还必须有全厂总的SO2和NOx排放量作为优化限制条件。其他的限制条件还包括每台机组的最大允许和最小允许负荷，以及FGD和SCR的最大和最小运行效率。最后实际使用的模型是由一组表达式所组成，这些表达式优化求解后的结果是以金额表示的每小时最低运行成本。

具体的优化算法，或者说优化技术一般分为线性优化和非线性优化两大类。线性优化属于非常经典的优化技术，能够实现实时优化；但它要求整个对象模型，包括每个子模型都必须是线性模型，这就大大限制了它的应用范围。非线性优化的常见算法是进化算法。在负荷优化方面，我们采用了简单自定向

进化算法(Simplex Self-Directing Evolutionary Operation Technique)来优化锅炉与蒸汽轮机的负荷分配。这种算法的初始值是各个相关变量和小扰动所构成的矩阵，下表为一简单示例。进化算法以此为初始值，不断进行滚动优化，逐步达到最优值。这种算法已经成功地用于电力行业应用的优化。在实时应用时，必须限制变量个数，以保证最终的收敛。

决定由如何进行升降负荷分配。在进行负荷优化分配前，必须先做出每台机组的成本－负荷曲线、成本－热需求曲线。负荷分配时，假设增加负荷X MW，那么优化的初始值就是给每台机组增加X/n MW。然后优化程序开始运行，每次都调整每台机组的负荷变化数，根据成本曲线计算出变化后的总成本，最终达到一个稳定值。

除了进化算法，负荷优化调度软件包还包含：

➢LP/Quadratic算法：这个算法用于优化由线性对象模型和线性/二次型模型的优化指标的情况。

➢梯度非线性算法：这个算法用于优化非线性，但连续或者平滑的对象模型。

相比于前两种算法，进化算法就主要用于优化非线性和不平滑的对象模型了。但上述的所有算法都可以处理设备停役的状况。

3 系统结构

负荷优化软件包支持OPC协议，可以通过这种协议获取机组控制系统的数据，并将最终分配数值传递给各台机组。整个系统硬件结构如图1所示。

图1 负荷优化的硬件架构图

整个负荷优化软件包运行于一台Windows 工作站上，通过承担网络隔离任务的路由器与电厂内的各台机组的OPC 站相连接。而系统的软件结构则如图2所示。

图2 负荷优化的软件结构

Economic optimization

Station

Router

Control System

Unit 1 Control System

Unit 2 Control System

Unit 3 Control System

Unit 4

OPC Station

OPC Station

OPC OPC Station

负荷优化软件具备图形化接口，支持用户执行“如果…那么…”的仿真模式，可以帮助用户了解机组的具体运行特点，指导机组经济运行。此外，负荷优化软件还支持Web Server方式，支持远程监视与管理。

4 设备清单

5 实施步骤

➢步骤1 启动会议：确认工作范围、工作进度，并决定工程步骤。同时获取机组的历史数据和设计数据，用以模型设计。

➢步骤2 工厂试验与模型设计：根据工程实施方案，和采集到的数据进行初期模型设计。如果需要，可能对机组进行某些性能试验，用以校正模型。➢步骤3 硬件软件集成：在现场安装硬件设备，并调试数据通讯功能，安装优化软件和过程模型。

➢步骤4 开环运行试验：开环模式下测试负荷优化软件效果，并调整过程模型或者优化算法。

➢步骤5 闭环运行试验：根据优化效果和用户要求，进行闭环优化功能验证。

➢步骤6 现场验收：根据设计规范要求，进行功能验证和验收。

6 总结

具体实施优化负荷分配时，必须充分考虑机组效率、热耗率、频率响应和其他损失的优化，而且，对机组调节允许范围、调节裕量、负荷闭锁增/减、机组爬坡、RUNBACK、MFT、磨煤机启停等约束条件进行充分考虑和处理，在保证机组运行安全的前提下，降低机组负荷调节频度，提高机组稳定性，延长主、辅机组设备寿命，合理调配各台机组负荷，降低全厂供电煤耗，从而提高全厂经济效益。