автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Выбор оптимальных режимов электростанций с ПГУ

На правах рукописи

БОЛОНОВ ВЛАДИСЛАВ ОЛЕГОВИЧ

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С ПГУ

Специальность 05.13.06 - "Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в энергетике)"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук^ 2 /|Г(| 2008

Москва - 2008

003458261

Работа выполнена в Московском Энергетическом Институте (Техническом Университете) на кафедре Автоматизированных систем управления тепловыми процессами.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, засл. раб. высшей школы

Аракелян Эдик Койрунович Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Солдатов Виктор Владимирович Кандидат технических наук Тарасов Дмитрий Викторович

Ведущая организация: ЗАО "ИНТЕРАВТОМАТИКА"

Защита диссертации состоится "15" января 2009 г. в 16 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.14 при Московском энергетическом институте (Техническом Университете) по адресу: Москва, ул. Красноказарменная, д.17, ауд. Б-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ). Отзывы на автореферат диссертации (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: i 11250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан ......2008 года.

Ученый секретарь диссертационного^вета Д 212.157.14 к.т.н., доцент

Зверьков В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Оптимальное управление режимами работы электростанций - традиционно одна из сложных научных и практических задач, обусловленная неопределенностью исходной информации, многовариантностью решения, 1рудкостью учета реального технического состояния оборудования, а также другими факторами. Тем не менее, в настоящее время разработаны различные методики и программные комплексы на их основе для внутристанционной оптимизации режимов работы оборудования.

Используемые в настоящее время методики оптимизации распределения нагрузок разработаны для традиционного состава оборудования ТЭЦ (паротурбинные энергоблоки) и в них достаточно мало исследован вопрос учета особенностей режимов работы ПГУ (с одной или двумя работающими газовыми турбинами, при различных температурах наружного воздуха и др.) при решении данной задачи. Необходимо отметить, что большинство методик не ориентировано на современные условия функционирования НОРЭМ.

Вместе с тем, в настоящее время происходит активное внедрение ПГУ на ТЭЦ, поэтому, при решении задачи оптимизации управления режимами работы станции в рамках АСУ, необходимо использовать методику, учитывающую особенности работы парогазового оборудования. Данное обстоятельство значительно осложняет алгоритм решения оптимизационной задачи, так как при этом усложняется вид целевой функции.

Внедрение современных ПТК и создание на их основе интегрированных АСУ ТЭЦ создает необходимые условия для комплексного решения задачи оптимального управления режимами работы ТЭЦ с ПГУ.

Целью работы является разработка методики выбора состава и режимов работы оборудования ТЭЦ, а также оптимизации распределения электрической и тепловой нагрузок между агрегатами станции, в составе энергогенерирующего оборудования которой, наряду с традиционными паротурбинными энергоблоками и ПВК, присутствуют ПГУ, при учете особенностей режимов работы ГТГУ.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: разработка методических положений по построению расходных характеристик ПГУ с выбором режима работы ПГУ, а также с учетом влияния режимных параметров блока на расходные характеристики;

- разработка методики выбора состава энергогенерирующего оборудования электростанции на этапе подготовки предпочтительного состава агрегатов при выходе ТЭЦ с ПГУ на рынок "на сутки вперед" (PCB);

- разработка методики оптимизации совместного распределения электрической и тепловой нагрузок для ТЭЦ с ПГУ;

- разработка основных положений по интеграции программного комплекса оптимизации в АСУ ТЭЦ на базе современных программно-технических комплексов (ПТК).

Научная новизна работы заключается в постановке и решении:

- задачи оптимального управления режимами работы ТЭЦ, в составе которых присутствуют парогазовые установки (ПГУ), имеющие существенные отличия от традиционного паротурбинного оборудования;

- задачи оптимального совместного распределения электрической и тепловой нагрузок между агрегатами ТЭЦ с ПГУ на основе комбинации генетического алгоритма и метода деформируемого многогранника;

- задачи построения расходных характеристик бинарных ПГУ при частичных теплофикационных нагрузках с учетом влияния режимных параметров ПГУ при решении задачи оптимизации распределения нагрузок на ТЭЦ с ПГУ.

Практическая значимость работы:

Разработанные методические положения и алгоритмы на их основе могут использоваться для решения задач:

- формирования предпочтительного оптимального состава оборудования ТЭЦ для РСВ в операционные сутки, согласованного с СО в рамках функционирования НОРЭМ;

- оптимизации распределения тепловой и электрической нагрузок ТЭЦ между агрегатами станции с ПГУ как на стадии оптимизации для предварительного диспетчерского суточного графика нагрузок, так и в оперативном аспекте времени.

Предложена схема интеграции разработанных алгоритмов оптимизации в АСУ ТЭЦ на базе современных ПТК.

Результаты оптимизационных расчетов, полученные с использованием характеристик оборудования ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго", могут быть использованы для оценки экономического эффекта внедрения разработанных алгоритмов на реальной ТЭЦ. В настоящее время обсуждается применение разработанных методических положений для ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго".

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается:

- использованием в расчетах характеристик оборудования существующих ТЭЦ (ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго" и Калининградской ТЭЦ-2);

- сравнением оптимальности полученных результатов с другими вариантами распределения нагрузок (при максимальной загрузке наиболее экономичных агрегатов);

- применением известных методов анализа соответствия полученных характеристик исходным данным.

Личный вклад автора заключается в разработке вышеперечисленных методических положений, а также в проведение расчетов с разработкой программы в среде МаШСАО для характеристик оборудования ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго" и Калининградской ТЭЦ-2 с последующим анализом полученных результатов и выдачей рекомендаций по использованию разработанных алгоритмов.

Апробация работы. Материалы, основные разделы и положения диссертации докладывались и обсуждались на XII и XIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов " Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" в марте 2006 и 2007 года, на конференции "Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов" в 2006 году.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, среди которых 2 статьи в рецензируемых изданиях.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 74 наименования, содержит 220 страниц печатного текста, 55 рисунков. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость темы, сформулированы цель работы, а также ее научная новизна, приведена структура работы.

В первой главе показана значимость рассматриваемой задачи оптимального управления режимами работы ТЭЦ с ПТУ в современных условиях внедрения парогазовых технологий в российской энергетике.

Приведена общая постановка задачи оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ, а также проведен детальный анализ методов статической оптимизации, используемых для решения поставленной задачи. Также приведен обобщающий обзор работ по исследуемой задаче, основанных на рассмотренных в главе алгоритмах оптимизации. Проведенный обзор технической литературы показал, что применение разработанных до настоящего времени методик оптимизации выбора состава оборудования и распределения тепловой и электрической

нагрузок между агрегатами электростанций, а также программных комплексов, затруднительно при использовании их для решения задачи оптимизации управления режимами работы ТЭЦ на практике, поскольку они разработаны при принятии ряда допущений. Данные допущения приводят к невозможности учета особенностей эксплуатации конкретной электростанции. С целью учета недостатков существующих методик оптимизаций, сформулирована цель и задачи работы для ТЭЦ с ПТУ.

Во второй главе показаны особенности различных вариантов регулирования нагрузки газовых турбин, входящих в состав ПТУ, их влияние на параметры работы котлов утилизаторов и паровой турбины, а также на характеристики ГТГУ в целом.

На примере 11ГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга был проведен анализ возможных режимов работы установки при выработке тепловой и электрической энергии. Указана матрица возможных режимов в зависимости от схемы работы ПТУ, а также проведен анализ влияния параметров ПТУ на ее регулировочный диапазон по тепловой и электрической нагрузкам, отражены особенности работы ПТУ с одной и двумя газовыми турбинами с приведением сравнения экономических показателей.

Проведенный анализ показал, что одним из основных параметров, в наибольшей степени влияющий на показатели работы ПТУ, является температура наружного воздуха, которая определяет как вид расходных характеристик ПТУ, так и границы регулировочного диапазона нагрузок установки.

В настоящее время характеристики ПТУ, эксплуатируемых на ТЭЦ, не достаточно полно отражены для теплофикационных режимов работы в различного рода отчетах и нормативных данных. Поэтому для построения характеристик при частичных теплофикационных нагрузках разработан упрощенный алгоритм построения расходных характеристик для ПТУ с двумя газовыми турбинами по характеристикам газовых и паровой турбин. Предлагаемый алгоритм заключается в следующих шагах:

1. Задаем величины относительных, нагрузок газовых турбин Л, Р2 и теплофикационную нагрузку паровой турбины (2П:;

2. По заданным величинам Р1У Р2, ()пт, получаем значение электрической мощности паровой турбины Лгпг, используя следующее соотношение:

где /),.., (/',), 1>А,,,(Р2) - паропроизводительность котлов утилизаторов 1 и 2 газовых турбин, йп,(Мп,,()п,.) - зависимость расхода пара на паровую турбину от ее электрической N;п и тепловой (2Г, нагрузок;

3. Далее рассчитываем величину электрической Ы,чл и тепловой нагрузки ПГУ (¿п,у по выражениям:

где N.,...(Р) - зависимость электрической нагрузки ГТ от ее относительной нагрузки

4. Вычисляем расход топлива ПГУ Впп по характеристикам ГТ:

В,гу(Р) - зависимость расхода топлива ГТ от ее относительной нагрузки.

5. Таким образом, с помощью выражений (1-4), задавая величины Г\, ()ги, получаем ЛГ„|У, 2ГОУ, 11 т у • т-е- значения электрической и тепловой нагрузок, а также расхода топлива ПГУ.

6. Имея набор данных >1ПГ,, £),,,,.,, Вш, путем аппроксимации получаем зависимости расходных характеристик ПГУ-450Т при работе с 1 и 2 газовыми турбинами (при работе блока с 1 ГТ составляющая выражений (1-4), содержащая функциональную зависимость от Рг, - отсутствует).

Данная методика также позволяет получить расходную характеристику ПГУ при различном уровне относительных нагрузок двух газовых турбин.

На основе данной методики проведены расчеты по построению расходных характеристик ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2. В результате были получены следующие выражения расходных характеристик для режимов работы ПГУ-450Т с 1 -ой и 2-мя ГТ для фиксированной температуры наружного воздуха (-2°С) при номинальных параметрах теплофикационной установки блока:

К!У Ф„,,, <2„,) = 0,216Уд,, -1,778 • 10-Х,. V2 + 0,037£>.7гу - 1Д92 ■ у2 + _ +1,214■ ПГ%Л,, -!Эл,т + 7,322

В2„г, (Мту,дту)-0,25Шшу-5№-Ю'*Хт.у2 +0,021(3,,,,,, -2,72-1и-5е,7(У2 + + 4,166 • Ю'"КП1 „ -0,,, у +7,496 где Вп,..(кп1у,0п,у) - расход условного топлива ПГУ в т.у.т./ч, Д'7;., -электрическая нагрузка ПГУ в МВт, £>7;.у - тепловая нагрузка ПГУ в МВт.

(2) (3)

Вш.у = В

/7%' ТУ (Рг)

(4)

Проведена оценка соответствия полученных зависимостей исходным данным, при этом полученные выражения имеют коэффициенты корреляции R=0,997 (для 1ГТ) и R=0,998 (для 2ГТ), максимальное отклонение характеристик от исходных данных не превышает 1%. На рис. 1 приведены графики аппроксимирующих зависимостей (5,6).

120

110

100

30

-с

SO

оГ

70

60

50 40

1ЛГ 1<П 208 210 31М 350 4Й0 459 5П0

N. МВт

Рис. 1. Графика аппроксимирующих зависимостей расходных характеристик ПГУ-450Т при различных значениях тепловых нагрузок

Также получены выражения ограничений по тепловой и электрической нагрузкам в виде функциональных зависимостей.

Расчеты показали, что в регулировочном диапазоне нагрузок существует разрыв между режимами работы ПГУ-450Т с одной и двумя газовыми турбинами. Разрыв обусловлен ограничениями, накладываемыми на нижний предел регулирования нагрузки газовых турбин.

В третей главе приведена постановка задачи оптимизации выбора состава оборудования, а также распределения тепловой и электрической нагрузок блочной ТЭЦ между оборудованием станции, в составе которой присутствуют ПТУ и ПВК при минимизации топливных затрат, как основного показателя эффективности работы ТЭЦ в условиях функционирования НОРЭМ:

где BnnX^nn.'Qmyr^r'^ " Расх°Д топлива ¿-го блока ПГУ в зависимости от его электрической и тепловой нагрузки, а также режима работы; Сы„„, - стоимость топлива /-го агрегата ТЭЦ; Bnii(Nnn,Qnh) - расход топлива /-го паротурбинного блока (ПТ), BIWKi (Q,m:,) - расход топлива /-го ПВК; nmv, пт, пПЯ1(- количество ПГУ, IIT, ПВК на ТЭЦ соответственно.

При этом действуют балансовые уравнения и ограничения, накладываемые ня оптимизационную задачу:

- для каждой группы точек поставки (ГТП) на суммарную электрическую нагрузку;

- для каждой тепловой ветви на суммарную тепловую нагрузку;

- для ПГУ при работе с 1 и 2 газовыми турбинами (ГТ) на диапазоны регулирования электрической и тепловой нагрузок блока;

- для блоков ПТ на диапазоны регулирования электрической и тепловой нагрузок;

- для ПВК на диапазон регулирования тепловой нагрузки.

Для выбора предпочтительного состава агрегатов на этапе оптимизации управления ТЭЦ, предшествующем подаче заявки на PCB, разработаны методические положения по выбору состава и режимов работы оборудования

Предлагается следующая схема выбора предпочтительного состава оборудования.

Для заданного сочетания нагрузок составляется матрица возможных допустимых вариантов состава и режимов работы агрегатов станции с учетом регулировочных диапазонов нагрузок каждого агрегата, технологических и эксплуатационных особенностей конкретной станции, характера ее участия в покрытии нагрузок энергосистемы, реального технического состояния оборудования и ряда других факторов.

Строка таблицы содержит информацию о режимах работы агрегатов (конденсационный, теплофикационные, отключены и др.) станции для рассматриваемого варианта состава.

ТЭЦ с ПГУ.

На первом этапе матрица содержит варианты работы оборудования, удовлетворяющие диапазоны нагрузок агрегатов (в пределах каждой ГГП и тепловой ветви).

На втором этапе производиться отбор вариантов с помощью экспертов, оценивающих пригодность вариантов (строк матрицы) для решения задачи оптимизации работы конкретной ТЭЦ с ПГУ.

В результате, для каждого из характерных сочетаний суммарных электрических и тепловых нагрузок ТЭЦ, имеется несколько вариантов состава и режимов работы агрегатов для проведения последующих процедур оптимизации распределения нагрузок.

Для оптимизации режимов работы ТЭЦ с ИГУ как на этапах с проведением предварительной оптимизации, так и в оперативном плане, разработан алгоритм оптимизации совместного распределения электрической и тепловой нагрузок ТЭЦ. При применении методики на этапах с проведением предварительной оптимизации необходимо также осуществлять выбор состава оборудования. На этапе оперативного управления состав оборудования задан, однако необходим учет текущего состояния агрегатов.

Как показали расчеты, в рилу наличия разрывов в характеристиках ПГУ, целевая функция является многоэкстремальной, поэтому в основе методики оптимизации необходимо использовать метод, который эффективен при поиске глобального экстремума.

Предлагаемая методика оптимизации основана на совместном применении метода генетического алгоритма (ГА) и метода деформируемого многогранника (МДМ). Метод ГА позволяет исследовать целевую функции во всем диапазоне изменения оптимизируемых параметров, благодаря генерации на каждом цикле оптимизации новых решений на различных участках диапазонов.

На основе предварительно полученной методом ГА области минимума целевой функции, МДМ, как метод направленного поиска, позволяет найти более точное локальное решение с сокращением вычислительных затрат.

Алгоритм оптимизации представлен на блок-схеме рис. 2.

и

Рис. 2. Блок-схема алгоритма оптимизации работы ТЭЦ с ПТУ

Для учета текущего состояния блока ПТУ на этапе оперативного управления ТЭЦ разработан алгоритм учета влияния режимных параметров ПГУ на вид расходных характеристик, путем ввода поправок на изменение наиболее значимых параметров:

- ,,(},), (8) где В„,„Л - значение поправки к расходной характеристике для у'-го значения расходной характеристики, определяемого текущим значением параметра Г^, N1 О,; Р"'"..- номинальные значение всех учитываемых параметров, влияющих на вид расходной характеристики; п - количество учитываемых параметров.

Источники исходной информации

Нормативные

расчетные характеристики

-----Н--»

! I

Архив АСУ блока

Тренажер блока

i i i I

! : ! I 1 ' i

-Í-T-' I

! ! i

f

"] ¿ | Vi! ító^tóf (МкфыйГУ :

4. Режимы с дополняющими расходными характеристиками для каждого i i=1,. ..m

й^ф'й^мвакйв '¿Г1»1мчвнйй ЩМ я Q

. 2 ; ш К- íí

тп ¡¡штттщ вещ

Е

ij.il i'.t;•,: imí : ■¡лл^ 5л -; * 1%«-. » se?Í

.........г, . j¡ ^'.ц , ^ it ■ J

—, ■ ■ ■ v................-

X

ж

10. Расчет параметров. Бключение поправок в расходную характеристику: b!'¡y(n.q)-b™v(n,q) + ' 'га

3. Режимы с различным видом расходных характеристик 1=1.....п

12 Составление характеристики i-ro режима в виде: B"n(U,Q) - rain, {s.fVV.C.P,) + P.) + 4r?,{N,Q,Pk)\

53. i>ri:

да i

14. Получение совокупности актуальных режимов работы ПГУ, требующих оптимизации

Рис. 3. Блок-схема методики построения расходных характеристик ПГУ

Таким образом, расходная характеристика ПТУ примет вид:

Вш V (ЛГ.е) = Вш..ГГ .JV.fi) + | ВТ (Р„н.<2), (9)

Для выбора параметров, которые в наибольшей степени влияют на расходные характеристики ПТУ, используется критерий значимости, основанный на величине относительного изменения расходной характеристики при максимальном допустимом отклонении параметра от номинального значения:

в„п _ вг-ы е ао)

Условие значимости параметра Р1 является еГ1 > сп, где е„ - пороговая величина значимости параметра, обычно принимается равной погрешности вычисления расходной характеристики Г1ГУ.

На рис. 3 приведена общая блок-схема методики построения расходных характеристик ПТУ с учетом ограничений и текущего состояния.

В четвертой главе рассмотрено практическое применение разработанной методики оптимизации. Проведено сравнение эффективности наиболее распространенных методов статической оптимизации на примере решения задачи распределения электрической и тепловой нагрузок между двумя блоками ПГУ-45 ОТ. Расчеты проведены на базе полученных во 2-ой главе расходных характеристик. Результаты сравнения показали, что используемые в разрабатываемом алгоритме методы оптимизации (генетический алгоритм и метод деформируемого многогранника) достаточно эффективны для решения поставленной задачи, подтверждая справедливость выводов анализа методов оптимизации 1-ой главы.

С помощью разработанной методики учета влияния параметров ПТУ, были получены выражения поправок для учета влияния изменения температуры наружного воздуха в диапазоне от -19 °С до +15 °С на расход топлива ПГУ-450Т.

Значимость параметра для середины диапазона нагрузок теплофикационного режима ПГУ с 1 и 2 ГТ составила:

<п)

Полученные значения критерия (более 5%) подтверждают необходимость учета влияния температуры наружного воздуха на значение расхода топлива ПГУ при построении расходной характеристики.

Поправка на изменение температуры наружного воздуха для ПГУ-450Т определяется следующим выражением:

кт (»,., N,0)=вП1 „ («,,, ^ .о,)- (15, ^, е,). (12)

Путем аппроксимации исходных данных в среде МаЛСАО было получено выражение для поправки (12) в виде следующего выражения:

+ + + а^^уо1 -Я + (13)

где в,((„„)-«>, ,•/„, + Ь,2, г = 1,...,6.

Значения коэффициентов Ь,л, Ь,2 приведены в табл. 1.

Таблица 1. Коэффициенты выражения поправки для температуры наружного воздуха.___

КТ Значение К-т Значение

Для 1 ГТ Для 2 ГТ Для 1 ГТ 1,903 1С'7 Для 2 ГТ 4,058-10'7

к -7,647-Ю-*!-4,412-10J К,

К 2 0,011 6,618-10"' I Кг -2,854-10'* -6.087-10'6

ъ» 3,533-10-" -1,243-Ю'6 bs : j 2,403-! О'7 0

Ь2 2 -5,299 10"' -1,865 10Л Ь5 7 ! -3,604-10* 0

-2,353 10" -4,412 10"4 ¿0,1 j -0,021 -0,104

ь» 3,529-1О'1 6,618-10- Кг j 0,32 1,557

Также в главе проанализировано влияние погрешности получения расходных характеристик ПТУ на результаты оптимизации распределения нагрузок на примере задачи оптимизации распределения электрической и тепловой нагрузок между двумя ПГУ-450Т. Расчеты показывает важность учета реальных расходных характеристик для текущего состояния оборудования ТЭЦ.

Проведены расчеты по оптимизации распределения относительной электрической нагрузки между газовыми турбинами ПТУ-45 ОТ на базе разработанной методики оптимизации распределения нагрузок при минимизации следующей целевой функции:

Р(Р)-В,Т,1(Р1) + ВПУ2(Р2) + ЩР1,Р2,Ы„„)^ шш, (14)

Л 'г

где ,Р2,Ы1<п) - штрафная функция, учитывающая следующие ограничения: Л» *Р; Ь'ШУ + + = (15)

Результаты проведенных расчетов показали, что эффект от оптимизации в сравнении с равномерным распределением достигает величины 0,24-0,41% по расходу топлива. Проведенные на тренажере энергоблока Г1ГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2 исследования (с использованием полученных

оптимальных значений нагрузок газовых турбин) по сравнению оптимального и равномерного распределений подтвердили эффективность разработанной методики распределения.

Основное внимание в главе уделено расчетам для этапа подготовки заявки ТЭЦ на РСВ по оптимизации распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ, в состав которой входят: блок Г1ГУ-450Т, два паротурбинных блока ПТ-80, а также 5 ПВК. В качестве исходных данных использовались данные ОАО "Фирма ОРГРЭС" для ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго", теплофикационный режим работы блоков ПТ рассматривался при двухступенчатом подогреве сетевой воды.

В виду отсутствия, на момент написания работы, подробных характеристик парогазового энергоблока станции ТЭЦ-27 при его работе с частичными электрическими и тепловыми нагрузками, в расчетах используются данные по блоку ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2 (по расчетам 2-ой главы). Сравнение номинальных параметров блоков показывает справедливость полученных результатов расчетов для блока Калининградской ТЭЦ-2 в случае практического использования результатов для ТЭЦ-27 с достаточной степенью точности.

Расчеты выполнены для различного сочетания работающих агрегатов, а также различных режимов работы энергогенерирующего оборудования (конденсационные и теплофикационные).

Таблица 2. Результаты оптимизации распределения нагрузок в конденсационном режиме работы энергоблоков.

ТЭЦ ЛГУ ПТ1 ПТ2

МВт вх тут/ч N ту МВт Впп _ тут/ч МВт впп, тут/ч МВт Вр.и • тут/ч

260 82,6 170 43 5 45 19,6 45 19,6

330 111,5 247,3 59,6 65,7 25,8 67,1 26,2

415 122,4 247,2 59,6 83,8 31,4 84 31,5

450 131,1 360 91,9 45 19,6 | 45 19,6

530 148,1 440 108.9 45 19,6 45 | 19,6

655 181,2 489,6 119,1 82,5 31 83 31,1

260 72,4 215 52,9 45 19,6 — ...

380 106,1 335 86,5 45 19,6 | ...

415 113,7 370 94,1 45 19,6 ... ...

450 121,1 405 101,6 45 19,6 — ...

530 137,8 485 118,2 45 19,6 ... ...

380 96.2 380 96,2 — — — ...

415 103,7 415 ! 103,7 — - 1 -

450 111 450 | Ш - | - ! - ...

В табл. 2 приведены результаты расчета для конденсационного режима работы агрегатов ТЭЦ при различных вариантах состава.

Расчеты показывают, что наиболее экономичный вариант состава - ПТУ, однако при этом имеется разрыв в регулировочном диапазоне электрической нагрузки станции, обусловленный переходом из режима работы с 1 ГТ к режиму с 2 ГТ.

Результаты оптимизации распределения нагрузок в конденсационном режиме ТЭЦ показали, что в первую очередь осуществляется загрузка ПТУ, а затем ПТ. Поэтому для корректной оценки экономического эффекта оптимизации в последующих расчетах полученные оптимальные распределения сравнивались с распределениями полученными для следующих условий:

- в первую очередь загружается ПТУ как по тепловой, так и по электрической нагрузке, во вторую - блоки ПТ, в третью - ПВК;

- распределение нагрузок между однотипным оборудованием - равномерное.

Проведены расчеты для теплофикационных режимов работы оборудования

ТЭЦ (табл.3).

Таблица 3. Результаты распределения электрической и тепловой нагрузок для следующего состава: ПТУ (теплофикационный) + 2ПТ (теплофикационный) + 5ПВК

ТЭЦ ПГУ ПТ1 ПТ2 ПВК1 ПВК2 НВКЗ ПВК4 ПВК5

В Ищу АГ/ш, 2/7Г1 N " пгг (2вх 1 0вК2 Ошсз 2в/с5

МВт Гкал'ч тут/ч МВт Гкал/ч МВт Гкал/ч МВт Гкал/ч Гкал/ч Гкал/ч Гкал/ч Гкал/ч Гкал/ч

255 581 147,4-» 148,7 51 53,2 80 53,1 80 75 75 75 70 75

550 800 225,8* 430,9 259,1 60 88,7 59,1 82,1 75,1 75,1 75,1 70,1 75,1

550 800 226,2 416 270 67 80 67 80 75 75 75 70 75

560 840 229,3* 440,1 291,9 59,4 87,1 60,6 90,7 75 75 75,3 70 75

560 840 229,3 426 310 67 80 67 80 75 75 75 70 75

589,4 877,5 242,7* 440,6 287,1 74,9 99,6 73,9 97,7 98 75 75 70 75

589,4 14! 7,9 323.6* 437,4 318 73 100 79 100 180 180 180 180 180

600 1100 283,9* 442 275,3 79 80,2 79 100 81,5 174,3 171,6 117,1 100

600 1100 287.4 448 227,8 76 100 76 100 134,4 134,4 134,4 134,4 134,4

Сравнение результатов оптимизации с распределениями при максимальной загрузке наиболее экономичных агрегатов показало, что разработанная методика достаточно эффективна (до 1,2% экономии топлива при полном составе работающего оборудования в теплофикационном режиме). Данный эффект обусловлен оптимизацией распределения нагрузок между однотипными

агрегатами, а также совместностью оптимизации распределения тепловой и электрической нагрузок между агрегатами ТЭЦ.

Поскольку в настоящее время на ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго" производятся работы по строительству 2-го блока ПГУ-450Т, то интересен вопрос рассмотрения оптимизационной задачи при наличии на рассматриваемой ТЭЦ двух ПГУ-450Т, а также двух блоков ПТ-80 для двух вариантов состава (2ПГУ, 2ПГУ+21ТГ). Результаты расчетов для данных вариантов показали, что экономический эффект оптимизации достигает величины 2% для состава 2ПГУ+2ПТ.

В пятой главе рассмотрены возможности интеграции разработанных методических положений 3-й главы в АСУ существующих ТЭЦ. Приведены основные характеристики широко используемых в настоящее время ПТК (Квинт, ТЕЬЕРЕКМ, ^РАЛ'ЗООО;.

Данные ПТК позволяют осуществлять управление электростанцией с использованием прикладных программ, обрабатывающих и анализирующих параметры энергоблоков с проведением расчетов показателей экономичности и надежности работы конкретного агрегата станции.

Для выполнения данных функций в составе современных ПТК предусмотрено наличие расчетных станций для расчета технико-экономических показателей работы энергоблоков и электростанции в целом, а также архивных станций, содержащих архивные сведения о параметрах работы блоков и ТЭЦ. При этом, как правило, современные ПТК допускают использование составленных пользователем программ на языке СИ.

Для удобства использования, а также выполнения методических положений, программа должна состоять из отдельных модулей (подпрограмм), вызываемых основной программой:

- модуль получения расходных характеристик ПТУ и других агрегатов в различных режимах работы с учетом влияния режимных параметров,

- модуль составления матрицы режимов работы агрегатов ТЭЦ для заданного сочетания тепловой и электрической нагрузок электростанции,

- модуль оптимизации распределения нагрузок с помощью генетического алгоритма и метода деформируемого многогранника,

- модуль выбора оптимального решения для различных вариантов матрицы режимов.

Непосредственно с программой взаимодействуют две группы пользователей: оператор и инженер ТЭЦ. В рамках программы оператор выполняет ввод информации об энергоблоках (ПТУ, ПТ), а также водогрейных котлов; проводит

эксперименты на тренажерах ПГУ для формирования поправок к расходным характеристикам ПГУ на параметры, в наибольшей степени, влияющих на расход топлива ПГУ.

Инженер ТЭЦ является основным пользователем программы, для которого она предназначена. Инженер, наряду с вводом информации, получает результаты и осуществляет их анализ с целью принятия решения об изменении нагрузок агрегатов ТЭЦ согласно заданным от СО данным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в работе, а также выводы могут быть сформулированы следующим образом

1. Для построения характеристик при частичных теплофикационных нагрузках, ввиду отсутствия достаточного набора нормативных и эксплуатационных данных для бинарных ПГУ, разработан упрощенный алгоритм построения расходных характеристик для ПГУ с двумя газовыми турбинами по характеристикам газовых и паровой турбин. На основе данной методики проведены расчеты по построению расходных характеристик ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2. В результате были получены выражения расходных характеристик для режимов работы ПГУ-450Т с 1 -ой и 2-мя ГТ в виде полиномов второй степени для фиксированной температуры наружного воздуха (-2°С) при номинальных параметрах теплофикационной установки блока.

2. Для целей учета текущего состояния блока ПГУ на этапе оперативного управления ТЭЦ разработан алгоритм учета влияния режимных параметров ПГУ на вид расходных характеристик, путем ввода поправок на изменение наиболее значимых параметров. С помощью разработанной методики были получены выражения поправок для учета влияния изменения температуры наружного воздуха в диапазоне (от -19 °С до +15 °С) на расход топлива ПГУ-450Т. Расчеты показали, что изменение температуры в данном диапазоне вызывает изменение расхода топлива ПГУ-450Т более чем на 8%.

3. Дтя выбора предпочтительного состава агрегатов на этапе оптимизации управления ТЭЦ предшествующем подачи заявки на PCB разработаны методические положения по выбору состава и режимов работы оборудования ТЭЦ с ПГУ путем составления матрицы режимов и состава агрегатов.

4. Для оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПТУ как на этапах с проведением предварительной оптимизации, так и в оперативном плане, разработан алгоритм оптимизации совместного распределения электрической и тепловой нагрузок ТЭЦ. Ввиду сложного вида минимизируемой целевой функции, обусловленный разрывами расходных характеристик ПГУ, использование традиционно применяемых методов затруднено, поэтому алгоритм основан на применении комбинации генетического алгоритма и метода деформируемого многогранника.

5. На базе разработанной методики оптимизации распределения нагрузок проведены расчеты по оптимизации распределения относительной электрической нагрузки между газовыми турбинами ГЕГУ-450Т. Полученные результаты показали, что эффект от оптимизации в сравнении с равномерным распределением достигает величины 0,2-0,4% по расходу топлива.

6. Проведены расчеты для этапа подготовки заявки ТЭЦ на РСВ по оптимизации распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ, в состав которой входят: блок ПГУ-450Т, два паротурбинных блока ПТ-80, а также 5 ПВК. Расчеты выполнены для различного сочетания работающих агрегатов, а также различных режимов работы энергогенерирующего оборудования. Сравнение результатов оптимизации с распределениями при максимальной загрузке наиболее экономичных агрегатов показало, что разработанная методика на основе генетического алгоритма достаточно эффективна (до 1,2% экономии топлива при полном составе работающего оборудования в теплофикационном режиме). Также проведены расчеты при наличии на вышеуказанной ТЭЦ двух ПГУ-450Т, а также двух блоков ПТ-80 для двух вариантов состава (2ПГУ, 2ПГУ+2ПТ). При этом экономический эффект оптимизации достиг величины 2% для состава 2ПГУ+2ПТ.

7. Рассмотрены возможности интеграции разработанных методических положений в АСУ существующих ТЭЦ, основанных на современных ПТК (Квинт, ТЕЕЕРЕ1Ш, БРРА-ТЗООО). Разработана модульная структура программного продукта, а также приведены основные положения взаимодействия пользователей с программным продуктом. На базе данных положений в настоящее время обсуждается применение разработанных алгоритмов для ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго".

Таким образом, в рамках диссертационной работы поставлена и решена задача оптимального управления режимами работы оборудования ТЭЦ с ПТУ, как подзадача АСУ ТЭЦ на базе современных ПТК.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Болонов В.О., Аракелян Э.К. Учет особенностей характеристик энергоблоков ПГУ при выборе режимов // Вестник МЭИ. - М.: Изд-во МЭИ.- 2007.- №2.- С. 42-47.

2. Болонов В.О., Аракелян Э.К. Оптимальное управление режимами работы оборудования ТЭЦ с ПГУ // Теплоэнергетика: Ежемесячный теоретический и научно-практический журнал. - М.: Наука. - 2007.-№11.- С. 69-77.

3. Болонов В.О., Аракелян Э.К. Постановка задачи оптимального управления для ТЭЦ, в составе которых присутствуют ПГУ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Двенадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и спирантов: Тез. докл. в 3-х т. -М.: МЭИ, 2006. Т. 3. - С. 205-207.

4. Болонов В.О. Учет особенностей режимов работы энергоблоков ПГУ при решении задачи оптимизации работы ТЭЦ // Ресурсо-эиергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: Материалы конф. Всеросийская науч.-практ. конф. Волжский, 2006, - С. 34-38.

5. Болонов В.О., Аракелян Э.К. Оптимизация режимов работы ТЭЦ с парогазовыми энергоблоками П Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тринадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и спирантов: Тез. докл. в 3-х т. -М.: Издательский дом МЭИ, 2007. Т. 3. - С. 185-186.

Подписано в печать Полиграфический центр МЭИ(ТУ) Красноказарменная ул.,д. 13

Список терминов, условных обозначений и сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор методов и работ по решению задачи оптимального управления режимами работы ТЭЦ с ПГУ.

I 1 'I

1.1. Практическая значимость оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ.

1.2. Постановка задачи оптимизации работы ТЭЦ с ПГУ в общем виде.

1.3. Математические методы решения оптимизационной задачи распределения нагрузок на ТЭЦ с ПГУ.

1.3.1. Виды характеристик энергооборудования ТЭЦ.

1.3.2. Обзор методов статической оптимизации.

1.3.3. Метод поиска оптимума путем решения системы нелинейных уравнений.

1.3.4. Метод множителей Лагранжа.

1.3.5. Метод модифицированной функции Лагранжа.

1.3.6. Метод динамического программирования.

1.3.7. Методы направленного поиска.

1.3.8. Метод случайного поиска.

1.3.9. Оврагоперешаговый метод оптимизации.

1.3.10. Генетические алгоритмы.

1.3.11. Оценка эффективности использования методов оптимизации для решения задачи распределения нагрузок ТЭЦ с ПГУ.

1.3.12. Анализ эффективности использования существующих алгоритмов по решению задачи оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ.

1.4. Выводы по главе. Постановка цели диссертационной работы.

Глава 2. Особенности влияния режимов работы ПГУ на вид расходных характеристик, используемых в качестве исходных данных оптимизационной задачи.

2.1. Особенности регулирования электрической нагрузки энергоблоков ПГУ.

2.2. Анализ режимов работы и расходных характеристик ПГУ на примере ПГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга.

2.2.1. Режимы работы и характеристики ПГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга.

2.2.2. Выражение расходной характеристики ПГУ для различных режимов работы.

2.3. Построение расходных характеристик и областей режимов работы ПГУ на примере ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2.

2.3.1. Упрощенная методика построения расходной характеристики ПГУ по характеристикам газовых и паровой турбин на примере ПГУ-45ОТ.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. Методические положения оптимизации распределения электрической и тепловой нагрузок между оборудованием ТЭЦ с выбором состава энергогенерирующего оборудования, а также режимов работы ПГУ.

3.1. Методические положения по оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ.

3.1.1. Этапы решения задачи оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ в рамках НОРЭМ.

3.1.2. Выбор критерия оптимизации при управлении режимами работы ТЭЦ с ПГУ.

3.1.3. Методика выбора состава энергогенерирующего оборудования ТЭЦ.

3.1.4. Использование расходных характеристик при составлении минимизируемой функции.

3.1.5. Применение генетического алгоритма оптимизации для решения поставленной задачи.

3.1.6. Применение метода деформируемого многогранника в рамках разрабатываемой методики оптимизации.

3.1.7. Алгоритм решения задачи оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ.

3.2. Методика учета влияния изменения режимных параметров работы ПГУ при решении задачи распределения нагрузок.

3.3. Выводы по главе.

Глава 4. Оценка эффективности разработанной методики при использовании ее для характеристик оборудования ТЭЦ с ПГУ.

4.1. Сравнительный анализ эффективности использования различных методов статической оптимизации для решения задачи распределения нагрузок па примере двух блоков ПГУ-450Т.

4.1.1. Расчет распределения нагрузок между двумя ПГУ методом случайного поиска (стохастический метод Ноллау-Фюрста).

4.1.2. Расчет распределения нагрузок между двумя ПГУ методом Монте-Карло

4.1.3. Расчет распределения нагрузок между двумя ПГУ методом динамического программирования.

4.1.4. Расчет распределения нагрузок между двумя ПГУ методом деформируемого многогранника.

4.1.5. Расчет распределения нагрузок между двумя ПГУ с помощью генетического алгоритма.

4.1.6. Анализ результатов сравнения алгоритмов оптимизации.

4.2. Анализ влияния температуры наружного воздуха на вид расходной характеристики ПГУ-450Т.

4.3. Влияние погрешности получения расходной характеристики ПГУ на результаты решения задачи оптимизации распределения нагрузок на примере блоков ПГУ-450Т.

4.4. Оценка эффективности разработанной методики оптимизации на примере решения задачи оптимизации распределения нагрузок между газовыми турбинами энергоблока ПГУ-450Т.

4.5. Решение задачи оптимизации работы оборудования ТЭЦ с ПГУ на примере оборудования ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго".

4.5.1. Расходные характеристики оборудования рассматриваемой ТЭЦ.

4.5.2. Результаты оптимизации распределения нагрузок на основе разработанной методики при наличии на ТЭЦ одного энергоблока ПГУ

450Т.

4.5.3. Оптимизации распределения нагрузок на основе разработанной методики при наличии на ТЭЦ 2-х энергоблоков ПГУ-450Т.

4.6. Выводы по главе.

Глава 5. Возможности интеграции разработанной методики в АСУ ТП современных ТЭЦ с ПГУ.

5.1. Интеграция разработанной методики в АСУ ТП современных ТЭЦ с ПГУ.

5.2. Использование разработанного алгоритма оптимизации в рамках АСУ ТЭЦ, построенных на базе современных ПТК.

5.3. Описание программного продукта, основанного на разработанной методике оптимизации, в рамках АСУ ТЭЦ на современных ПТК.

5.3.1. Модуль построения расходных характеристик ПГУ.

5.3.2. Модуль составления матрицы режимов работы агрегатов ТЭЦ.

5.3.3. Модуль оптимизации распределения нагрузок.

5.3.4. Модуль выбора оптимального решения.

5.3.5. Алгоритм применения программы.

5.4. Выводы по главе.

Переход народного хозяйства на рыночные отношения обусловил определенные структурные изменения в электроэнергетике. Так, уменьшение доли промышленных потребителей с 2-3-х сменными режимами работы и значительное увеличение доли коммунально-бытовых потребителей с резкопеременным режимом электропотребления, из-за отсутствия высокоманевренных агрегатов привело к вынужденной глубокой разгрузке или останову оборудования, рассчитанного на базовый режим работы при прохождении провалов графиков электропотребления. Статистика показывает, что даже мощные энергоблоки на сверхкритических параметрах 300, 500 и 800 МВт, при прохождении ночных провалов нагрузки ежесуточно разгружаются до 30 - 50 % от установленной мощности.

Также существует весьма важная проблема теплофикационных электростанций: в отопительный период прохождение ночных провалов по электропотреблению, как правило, совпадает с максимумом графика теплопотребления. Например, на электростанциях ОАО «Мосэнерго» тепловая нагрузка в зимний период ночью составляет 80 - 100 % от установленной тепловой мощности при 30 - 50 % установленной электрической мощности. В этих условиях проблема рационального внутрисистемного и внутристанционного оперативного управления режимами работы энергооборудования становится одной из главных задач АСУ на ТЭС [1,2].

Оптимизация режимов работы электростанций и оборудования традиционно одна из сложных научных и практических задач, обусловленная неопределенностью исходной информации, многовариантностью, трудностью учета реального технического состояния оборудования, а также другими факторами. Тем не менее, в настоящее время разработаны и используются в практике эксплуатации различные модели и программные комплексы на их основе для внутристанционной оптимизации режимов работы оборудования [25].

При этом, как правило, при решении данной задачи, как задачи статической оптимизации, используются нормативные энергетические характеристики отдельных энергоблоков в виде зависимости расхода тепла или топлива от электрической мощности, полученные при номинальных начальных и конечных параметрах. Вместе с тем известно, что реальные энергетические характеристики, особенно при работе оборудования на частичных нагрузках, а также устаревшего оборудования, могут значительно отличаться от нормативных, в основном в сторону ухудшения их отдельных показателей [3,

4]

При решении оптимизационной задачи обязательным условием реализации любых новых решений является сохранение надежности оборудования. Для эксплуатационного персонала, в условиях значительного увеличения числа остановочно-пусковых, переменных и переходных режимов при длительном сроке эксплуатации основного парка оборудования, - это достаточно трудная и сложная задача. Ужесточение экологических показателей электростанций также предъявляет специфические требования к эксплуатации энергетического оборудования - прежде всего городских ТЭЦ, сочетающих как традиционное оборудование, так и внедряемые парогазовые установки.

Необходимо отметить, что используемые в настоящее время методики оптимизации распределения нагрузок разработаны для традиционного состава оборудования ТЭЦ (паротурбинные энергоблоки) и достаточно мало исследован вопрос учета особенностей режимов работы ПГУ при решении данной задачи. Вместе с тем, выбор того или иного режима работы ПГУ (например, с одной или двумя работающими газовыми турбинами, при различных температурах наружного воздуха) значительно влияет на экономические показатели работы блока (данный вопрос подробно рассмотрен во 2-ой главе). Блоки ПГУ также обладают большей маневренностью по сбросу и набору нагрузки, чем традиционно используемое оборудование.

Данные обстоятельства требуют соответствующих методик их учета при решении задачи оптимального управления ТЭЦ, в составе энергогенерирующего оборудования которых присутствуют как традиционные паротурбинные блоки, так и ПГУ, в рамках АСУ.

Учитывая, что доля ТЭЦ в ряде энергосистем составляет значительную величину, а также возрастающие темпы внедрения парогазовых технологий на ТЭЦ, комплексное решение проблемы выбора работающего оборудования с учетом особенностей режимов работы энергоблоков ПГУ, оптимального распределения тепловой и электрической нагрузок является в настоящий момент одной из главных задач АСУ ТЭЦ.

Таким образом, целью настоящей диссертационной работы является разработка методики выбора состава и режимов работы оборудования ТЭЦ с ПГУ и оптимизации распределения нагрузок между агрегатами станции с учетом особенностей режимов работы ПГУ.

Диссертационная работа состоит из пяти глав.

В первой главе показана актуальность исследуемой задачи. Приведена общая постановка задачи оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ, а также проведен детальный анализ методов статической оптимизации, используемых для решения поставленной задачи. Также приведен обобщающий обзор работ по исследуемой . задаче, основанных на рассмотренных в главе алгоритмах оптимизации. В главе также приведена постановка цели диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию особенностей режимов работы ПГУ, а также влиянию режимов на расходные характеристики. Приведены диаграммы режимов работы ПГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга, рассмотрено влияние параметров ПГУ на диапазоны изменения электрической и тепловой нагрузок. Для ПГУ, в состав которой входят две газовые турбины, разработан упрощенный алгоритм построения расходной характеристики ПГУ по характеристикам газовых и паровой турбин с целью построения характеристик для промежуточных теплофикационных нагрузок. Проведены расчеты по построению расходных характеристик ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2 с использованием данного алгоритма. Также получены выражения ограничений по тепловой и электрической нагрузкам в виде функциональных зависимостей.

В третьей главе приведены методические положения по выбору состава и режимов работы оборудования ТЭЦ с ПТУ путем составления матрицы режимов и состава агрегатов на этапе подготовки предварительного состава агрегатов ТЭЦ до подачи заявки на РСВ.

Изложена методика построения расходных характеристик ПГУ с учетом влияния режимных параметров ПГУ на вид ее расходных характеристик, путем ввода поправок на изменение наиболее значимых параметров.

Разработан алгоритм оптимизации распределения электрической и тепловой нагрузок ТЭЦ с совместным использованием генетического алгоритма и метода деформируемого многогранника как для этапов с предварительной оптимизацией, так и в оперативном плане в условиях НОРЭМ.

В четвертой главе рассмотрено практическое применение разработанной методики оптимизации. Проведено сравнение эффективности наиболее распространенных методов статической оптимизации на примере решения задачи распределения электрической и тепловой нагрузок между двумя блоками ПГУ-450Т.

С помощью разработанной методики учета влияния параметров ПГУ на вид расходной характеристики, были получены выражения поправок для учета влияния изменения температуры наружного воздуха на расход топлива ПГУ-450Т с целью учета текущего состояния блока на этапе оперативного управления ТЭЦ.

Также проанализировано влияние погрешности получения расходных характеристик ПГУ на результаты оптимизации распределения нагрузок на примере задачи оптимизации распределения электрической и тепловой нагрузок между двумя ПГУ-450Т.

Проведены расчеты по оптимизации распределения относительной электрической нагрузки между газовыми турбинами ПГУ-450Т на базе разработанной методики оптимизации распределения нагрузок.

Также проведены расчеты для этапа подготовки заявки ТЭЦ на РСВ по оптимизации распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ, в состав которой входят: 2 блока ПГУ-450Т, два паротурбинных блока ПТ-80, а также 5 ПВК с использованием данных ОАО "Фирма ОРГРЭС" для ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго". Расчеты выполнены для различного сочетания работающих агрегатов, ,а также различных режимов работы энергогенерирующего оборудования.

В пятой главе рассмотрены возможности интеграции разработанной методики в АСУ существующих ТЭЦ с описанием особенностей включения в состав наиболее распространенных ПТК разработанного алгоритма оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ.

Материалы, основные разделы и положения диссертации докладывались и обсуждались на XII и XIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" в марте 2006 и 2007 года, на конференции "Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов" в 2006 году.

5.4. Выводы по главе

В главе рассмотрены возможности интеграции разработанных методических положений 3-й главы в АСУ существующих ТЭЦ. Приведены основные характеристики широко используемых в настоящее время ПТК (Квинт, ТЕЬЕРЕ11М, БРРА-ТЗООО) с описанием особенностей включения в их состав разработанного алгоритма оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ.

Разработана модульная структура программного продукта, а также приведены основные положения взаимодействия пользователей с программным продуктом. Рассмотрен вопрос использования исходной информации по оборудованию станции и ТЭЦ в целом в рамках модулей программы. Приведена последовательность действий пользователей при решении поставленной задачи оптимизации в рамках этапов оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ в условиях НОРЭМ.

Заключение

1. Для построения характеристик при частичных теплофикационных нагрузках, ввиду отсутствия достаточного набора нормативных и эксплуатационных данных для бинарных ПГУ, разработан упрощенный алгоритм построения расходных характеристик для ПГУ с двумя газовыми турбинами по характеристикам газовых и паровой турбин. На основе данной методики проведены расчеты по построению расходных характеристик ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2. В результате были получены выражения расходных характеристик для режимов работы ПГУ-450Т с 1-ой и 2-мя ГТ в виде полиномов второй степени для фиксированной температуры наружного воздуха (-2°С) при номинальных параметрах теплофикационной установки блока, максимальное отклонение характеристик от исходных данных не превышает 1%. Также получены выражения ограничений по тепловой и электрической нагрузкам в виде функциональных зависимостей.

2. Для сокращения объема вычислений оптимизационных расчетов при выборе количества работающих ГТ ПГУ, разработана методика учета ограничений, накладываемых на оптимизируемые параметры ПГУ (при работе с 1-й и 2-мя ГТ) в виде функциональных зависимостей с применением штрафных функций для формирования характеристики, совмещающей в себе вышеуказанные режимы работы.

3. Для целей учета текущего состояния блока ПГУ на этапе оперативного управления ТЭЦ разработан алгоритм учета влияния режимных параметров ПГУ на вид расходных характеристик, путем ввода поправок на изменение наиболее значимых параметров. С помощью разработанной методики были получены выражения поправок для учета влияния изменения температуры наружного воздуха в диапазоне (от -19 °С до +15 °С) на расход топлива ПГУ-450Т. Расчеты показали, что изменение температуры в данном диапазоне вызывает изменение расхода топлива ПГУ-450Т более чем на 8%.

4. Для выбора предпочтительного состава агрегатов на этапе оптимизации управления ТЭЦ предшествующем подачи заявки на PCB разработаны методические положения по выбору состава и режимов работы оборудования ТЭЦ с ПГУ путем составления матрицы режимов и состава агрегатов.

5. Для оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПГУ как на этапах с проведением предварительной оптимизации, так и в оперативном плане, разработан алгоритм оптимизации совместного распределения электрической и тепловой нагрузок ТЭЦ. Ввиду того, минимизируемая целевая функция имеет многоэкстремальный вид, обусловленный разрывами расходных характеристик ПГУ, использование традиционно применяемых методов затруднено. Поэтому используется метод, достаточно эффективный при нахождении области глобального минимума - генетический алгоритм. Для сокращения объема вычислений и повышения точности расчетов при уточняющем поиске минимума внутри данной области используется метод деформируемого многогранника (метод поиска локального минимума).

6. Для целей подтверждения эффективности применения используемых методов проведено сравнение эффективности наиболее распространенных методов статической оптимизации на примере решения задачи распределения электрической и тепловой нагрузок между двумя блоками ПГУ-450Т. Расчеты проведены на базе характеристик, полученных аппроксимацией данных ОАО "Фирма ОРГРЭС" для Калининградской ТЭЦ-2.

7. На базе разработанной методики оптимизации распределения нагрузок проведены расчеты по оптимизации распределения относительной электрической нагрузки между газовыми турбинами ПГУ-450Т. Полученные результаты показали, что эффект от оптимизации в сравнении с равномерным распределением достигает величины 0,2-0,4% по расходу топлива. Проведенные на тренажере энергоблока ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2 исследования (с использованием полученных значений нагрузок газовых турбин) подтвердили эффективность оптимизационных расчетов.

8. Проведены расчеты для этапа подготовки заявки ТЭЦ на РСВ по оптимизации распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ, в состав которой входят: блок ПТУ-45ОТ, два паротурбинных блока ПТ-80, а также 5 ПВК с использованием данных ОАО "Фирма ОРГРЭС" для ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго". Ввиду отсутствия, на момент написания работы, подробных характеристик парогазового энергоблока станции ТЭЦ-27 при его работе с частичными электрическими и тепловыми нагрузками, в расчетах используются данные по блоку ПГУ-450Т i

Калининградской ТЭЦ-2. Расчеты выполнены для различного сочетания работающих агрегатов, а также различных режимов работы энергогенерирующего оборудования. Сравнение результатов оптимизации с распределениями при максимальной загрузке наиболее экономичных агрегатов показало, что разработанная методика на основе генетического алгоритма достаточно эффективна (до 1,2% экономии топлива при полном составе работающего оборудования в теплофикационном режиме). Данный эффект обусловлен оптимизацией распределения нагрузок между однотипными агрегатами, а также совместностью оптимизации распределения тепловой и электрической нагрузок между агрегатами ТЭЦ. Также проведены расчеты при наличии на вышеуказанной ТЭЦ двух ПГУ-450Т, а также двух блоков ПТ-80 для двух вариантов состава (2ПГУ, 2ПГУ+2ПТ). При этом экономический эффект оптимизации достиг величины 2% для состава 2ПГУ+2ПТ.

9. Рассмотрены возможности интеграции разработанных методических положений в АСУ существующих ТЭЦ, основанных на современных ПТК (Квинт, TELEPERM, SPPA-T3000). Разработана модульная структура программного продукта, а также приведены основные положения взаимодействия пользователей с программным продуктом. Приведена последовательность действий пользователей при решении поставленной задачи оптимизации в рамках этапов оптимизации режимов работы ТЭЦ с ПТУ в условиях НОРЭМ. На базе данных положений в настоящее время обсуждается применение разработанных алгоритмов для ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго".

Таким образом, в рамках диссертационной работы поставлена и решена задача оптимального управления режимами работы оборудования ТЭЦ с ПГУ, как подзадача АСУ ТЭЦ на базе современных ПТК.

1. Аракелян Э.К, Старшинов В.А. Повышение экономичности и маневренности оборудования тепловых электростанций. М.: Изд. МЭИ, 1995.

2. Веников В. А., Журавлев В. Г., Филиппова Г. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. М.: энергоатомиздат, 1990.

3. Аракелян Э.К., Бурначян Г.А., Минасян С.А. Влияние режимных факторов и технического состояния на реальные энергетические характеристики энергоблока К-200-130// Изв. Вузов. Энергетика, 1983. №1, С.57-62.

4. Кудрявый В.В. Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ с учетом экологических ограничений. Вестник МЭИ — 1996. №1. С.37-40.

5. Аракелян Э.К., Нгуен Ван Мань, Нгуен Чонг Хунг. Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими энергетическими блоками с учетом фактора надежности// Вестник МЭИ, 1997, №3, с.15-20.

6. Гуторов В.Ф., Эфрос Е.И., Симою JI.JI. Повышение эффективности комбинированного производства тепла и электроэнергии. Энергосбережение 2004, №6. С. 64-72.

7. Короткое В.А., Кондратьев В.Н., Ермолаев П.А., Николаев А.И. Возможные перспективы использования газовых турбин при техническом перевооружении и реконструкции тепловых электростанций. Новое в российской энергетике 2002, №3. С. 24-32.

8. Ольховский. Г. Применение ГТУ и ПТУ на электростанциях, Энергорынок 2004, №5.

9. Дикий H.A. Парогазовая технология производства электрической и тепловой энергии. Экологические системы 2003. №4.

10. Ю.Концепция Стратегии ОАО РАО "ЕЭС России" на 2003-2008 гг.

11. И.Цанев C.B. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций : учеб. пособие / C.B. Цанев, В.Д. Буров и др., М. : Изд-во МЭИ, 2002.-580 с.

12. Плетнев Г. П. Автоматизированные ситемы управления объектами тепловых электростанций. М.: МЭИ, 1995.

13. Гирфшельд В. Я., Князев А. М., Куликов В. Е. Режимы работы и эксплуатация ТЭС. М.: Энергия, 1980. 288 с.

14. Нгуен Дык Тхао. Учет фактора надежности при выборе оптимального состава генерирующего оборудования ТЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1991. 198 с.

15. Самаренко В. Н. -Оптимизация режимов работы ТЭЦ с учетом экологических факторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1993. 176 с.

16. Аминов Р.З. Векторная оптимизация режимов работы электростанций. -М.: энергоатомиздат, 1994.

17. Андрющенко А.И., Аминов Р.З. Оптимизация режимов работы и параметров тепловых электростанций. М.: Высш. школа, 1983.

18. Стерман J1.C. и др. Тепловые и атомные электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1995.

19. Ротач В.Я. Метод многомерного сканирования в расчетах автоматических систем управления/ЛГеплоэнергетика. №10. 2001. С. 33-38.

20. Евтушенко Ю.Г. Методы решения экстремальных задач и их применение в системах оптимизации. М.:Наука, 1982.

21. Гилл Ф., Мюррей Ц., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир, 1985.

22. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию. М.: Наука, 1983.

23. Пикина Г.А. Математические методы оптимизации и оптимального управления: Учебное пособие.- М.: Изд. МЭИ, 2000.-168 с.

24. Аракелян Э.К., Пикина Г.А. Оптимизация и оптимальное управление: Учебное пособие.- М.: Изд. МЭИ, 2003.-356 с.

25. Банди Б. Методы оптимизации. Перевод с англ. М.: «Радио и связь», 1988.26.3айтендейк Г. Методы возможных направлений. Изд. Иностранной литературы,1963.

26. Аминов Р.З., Аминов В.З. Градиентный метод распределения нагрузок на ТЭЦ с использованием множителей Лагранжа. //Известия ВУЗов. Энергетика, 1979. №2.

27. Дилигенский Н.В., Дымова Л.Г., Севастьянов П.В. Нечеткое моделирование и многокритериальная оптимизация производственных систем в условиях неопределенности: технология, экономика, экология. -М.: Изд. Машиностроение 1,2004.

28. Минаков И.А. Сравнительный анализ некоторых методов случайного поиска и оптимизации. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, №2, 1999. С. 286-283.

29. Мань Н.В. Оврагоперешаговый метод нелинейной оптимизации по перпендикулярным направлениям // Тез. Док. 16-й Науч. Конф. Секция прикладной математики. Ханой: ХПИ, 1989.

30. Мань Н.В. Поисковые методы оптимизации систем управления недетерминированными объектами (на примере теплоэнергетики). Авт. Реферат д.т.н. Дис. -М.: МЭИ, 1999.

31. Мань Н.В. Применение оврагоперешагового метода оптимизации для идентификации передаточной функции объекта управления // Теплоэнергетика, 1995, № 6, с. 71-77.

32. Любченко В.Я., Павлюченко Д.А. Генетические алгоритмы оптимизации режимов электроэнергетических систем. Системы и технологии искусственного интеллекта, 2003, № 1, с. 71-77.

33. Емельянов В.В., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Теория и практика эволюционного моделирования. М.: Физматлит, 2003.

34. Модифицированный генетический алгоритм для задач оптимизации и управления.//Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И. //Exponenta Pro. Математика в приложениях. 2004. ЖЗ-4.С.78-85.

35. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности / Г.К.Вороновский, К.В. Махотило, С.Н. Петрашев, С.А. Сергеев. Харьков, Основа, 1997.

36. Гринченко С.Н. Метод «проб и ошибок» и поисковая оптимизация: анализ, классификация, трактовка понятия «естественный отбор». Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» , №10, 2003 С. 1228-1271.

37. Паклин Н.Б., Сенилов М.А., Тененев В.А. Интеллектуальные модели на основе гибридного генетического алгоритма с градиентным обучением лидера. Искусственный интеллект. 2004. № 4.

38. Хунг Н.Ч. Многоцелевая оптимизация режимов работы теплоэнергетических установок. Авт. Реферат. Канд. Дис. -М.:, 1997.

39. Нгуен Чонг Хунг. Многоцелевая оптимизация * режимов работы теплоэнергетических установок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1998. — 160 с.

40. Плетнев Г.П., Щедеркина Т.Е., Виноградник М.В. Автоматизированное управление распределением суммарной нагрузки КЭС. // Теплоэнергетика, 1990. №10. С. 61-64.

41. Шахвердян С. В., Бабаян Д. М. Приложение трехмерного динамического программирования к оптимизации режима ТЭЦ с применением ЦВМ. // Теплоэнергетика, 1969, №2. С. 63-66.

42. Щедеркина Т. Е. Разработка методического и алгоритмического обеспечения системы автоматизированного распределения нагрузок КЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 1985.-200 с.

43. Мерзликина Е. И. Оптимизация распределения тепловых и электрических нагрузок между энергоблоками ТЭС с учетом неопределенности исходной информации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 2004. 170 с.

44. Ромашева О.Ю. Распределение нагрузок на ТЭЦ с поперечными связями с учетом потокораспределения воды. Авт. Реферат. Канд. Дис. -М.:, 2007.

45. Аль-Сбейх Аль-Махамид Маджед. Анализ маневренных характеристик энергоблоков и выбор схемы ПГУ при расширении КЭС. Авт. Реферат. Канд. Дис. -Минск.:, 1994.

46. Васин В.П., Старшинов В.А. Распределение нагрузок между агрегатами электростанции при невыпуклых расходных характеристиках. // Труды МЭИ, выпуск 346. М.: МЭИ, 1978. 124 с.

47. Торжков В.Е. Исследование и оптимизация характеристик парогазовой КЭС малой и средней мощности с одноконтурными котлами-утилизаторами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 2003. 163 с.

48. Цанев C.B., Буров В.Д., Зауэр А. Анализ режимов работы парогазовых теплоэлектроцентралей. — Изв. РАН. Энергетика. 2001. № 4. С. 132-138.

49. Дьяков. А.Ф., Березинец П.А., Грибов В.Б., Теплофикационная парогазовая установка Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга. Статические характеристики. Электрические станции 1996, №12, С. 9-16.

50. Эскандары Манджили Фазлолах. Исследование переменных режимов парогазовых установок утилизационного типа. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М.: МЭИ, 1997, 166 с.

51. Дудко А.П. Разработка методических основ определения энергетических показателей парогазовых ТЭЦ с котлами-утилизаторами и исследование режимов их работы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М.: МЭИ, 1997,182 с.

52. Режимы работ мощных утилизационных парогазовых установок в регулируемом диапазоне нагрузок. 4.1. Заключительный отчет: НИР /

53. Рук. Темы А. Д. Трухний, Московский энергетический институт (ТУ), Кафедра паровых и газовых турбин (ПГТ). М., 1999. - 44 с.

54. Березинец П.А., Васильев М.К., Костюк Р.И, Анализ схем бинарных ПГУ на базе перспективной ГТУ. Теплоэнергетика 2001, №5, С. 7-12.

55. Березинец П.А., Крашенинников В.Г., Костюк Р.И, Писковацков И.Н. Динамические характеристики парогазовой установки ПГУ-450Т СевероЗападной ТЭЦ Санкт-Петербурга. Электрические станции 2001, №7, С. 511.

56. Пусковая схема блока ПГУ-450Т Калининградской ТЭЦ-2 и технология эксплуатации. Том 1. Отчет ВТИ-ТЭП-ОРГРЭС, 2003 г.бО.Отчет по разработке документации по пусковой схеме блока №1 ПГУ-450 МВт для Калининградской ТЭЦ-2. ВТИ-ТЭП-ОРГРЭС, 2003 г.

57. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки. М.: Наука, 1973. 246 с.

58. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. 263 с.

59. Плетнев Г.П., Долинин И.В. Основы построения и функционирования АСУ тепловых электростанций. М.: Изд-во МЭИ, 2001. 156 с.

60. Долинин И. В., Тарасов Д. В. Интегрированная АСУ ТЭЦ-27. Труды международной конференции Control-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 48-51.

61. Долинин И. В., Горожанкин П. А. Разработка и внедрение АСУ электротехнического оборудования ТЭЦ-27. Труды международной конференции Control-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 167-170.

62. Комплекс программно-технический Квинт-5. Руководство применению и эксплуатации / ФГУП Ниитеплоприбор, 2003, 146 с.67.0писание программно-технического комплекса TELEPERM XP-R / ЗАО "ИНТЕРАВТОМАТИКА", 2005 29 с.

63. Nelder J.A.,Mead R., A Simplex Method For Function Minimization, Computer J., No 7,1964 P. 308-313.

64. Goldberg D.E. Genetic Algorithms in Search Optimizations and Machine Learning.-Addison.Wesly, 1989.

65. Болонов B.O., Аракелян Э.К. Учет особенностей характеристик энергоблоков ПТУ при выборе режимов // Вестник МЭИ. М.: Изд-во МЭИ, 2007, №2, - С.42-47.

66. Болонов В.О., Аракелян Э.К. Оптимальное управление режимами работы оборудования ТЭЦ с ПТУ // Теплоэнергетика: Ежемесячный теоретический и научно-практический журнал. М.: Наука, 2007, №11, -С.69-77.