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
Москва – 2008
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: 11250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).
Автореферат разослан “…..” …………………..2008 года.
Ученый секретарь диссертационного совета 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, трудностью 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 ПГУ.
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” (РСВ);
- 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 MathCAD 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 ПГУ 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 ПГУ.
Во второй главе показаны особенности различных вариантов регулирования нагрузки газовых турбин, входящих в состав ПГУ, их влияние на параметры работы котлов утилизаторов и паровой турбины, а также на характеристики ПГУ в целом.
На примере ПГУ-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 ПГУ, а также проведен анализ влияния параметров ПГУ на ее регулировочный диапазон по тепловой и электрической нагрузкам, отражены особенности работы ПГУ 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 ПГУ, является температура наружного воздуха, которая определяет как вид расходных характеристик ПГУ, так и границы регулировочного диапазона нагрузок установки.
В настоящее время характеристики ПГУ, 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 ПГУ с двумя газовыми турбинами по характеристикам газовых и паровой турбин. Предлагаемый алгоритм заключается в следующих шагах:
1. Задаем величины относительных нагрузок газовых турбин 
, 
и теплофикационную нагрузку паровой турбины 
;
2. По заданным величинам 
, 
, 
, получаем значение электрической мощности паровой турбины 
, используя следующее соотношение:
, (1)
где 
, 
- паропроизводительность котлов утилизаторов 1 и 2 газовых турбин, 
- зависимость расхода пара на паровую турбину от ее электрической 
и тепловой 
нагрузок;
3. Далее рассчитываем величину электрической 
и тепловой нагрузки ПГУ 
по выражениям:
, (2)
, (3)
где 
- зависимость электрической нагрузки ГТ от ее относительной нагрузки
4. Вычисляем расход топлива ПГУ 
по характеристикам ГТ:
, (4)
- зависимость расхода топлива ГТ от ее относительной нагрузки.
5. Таким образом, с помощью выражений (1-4), задавая величины 
, 
, 
, получаем 
, 
, 
, т.е. значения электрической и тепловой нагрузок, а также расхода топлива ПГУ.
6. Имея набор данных 
, 
, 
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 
, - 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 (-2oC) при номинальных параметрах теплофикационной установки блока:
, (5)
, (6)
где 
- расход условного топлива ПГУ в т.у.т./ч, 
- электрическая нагрузка ПГУ в МВт, 
- тепловая нагрузка ПГУ в МВт.
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).
Рис. 1. Графики 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 ПГУ и ПВК при минимизации топливных затрат, как основного показателя эффективности работы ТЭЦ в условиях функционирования НОРЭМ:
(7)
где 
- расход топлива i-го блока ПГУ в зависимости от его электрической и тепловой нагрузки, а также режима работы; 
- стоимость топлива i-го агрегата ТЭЦ; 
- расход топлива i-го паротурбинного блока (ПТ), 
- расход топлива i-го ПВК; 
, 
, 
- количество ПГУ, ПТ, ПВК на ТЭЦ соответственно.
При этом действуют балансовые уравнения и ограничения, накладываемые на 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 РСВ, разработаны методические положения по выбору состава и режимов работы оборудования ТЭЦ с ПГУ.
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.
На первом этапе матрица содержит варианты работы оборудования, удовлетворяющие диапазоны нагрузок агрегатов (в пределах каждой ГТП 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 ПГУ 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 силу 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.
Рис. 2. Блок-схема алгоритма оптимизации работы ТЭЦ с ПГУ
Для 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:
, (8)
где 
- значение поправки к расходной характеристике для j-го значения расходной характеристики, определяемого текущим значением параметра 
, 
; 
- номинальные значение всех учитываемых параметров, влияющих на вид расходной характеристики; n - количество учитываемых параметров.
Рис. 3. Блок-схема методики построения расходных характеристик ПГУ
Таким образом, расходная характеристика ПГУ примет вид:
, (9)
Для выбора параметров, которые в наибольшей степени влияют на расходные характеристики ПГУ, используется критерий значимости, основанный на величине относительного изменения расходной характеристики при максимальном допустимом отклонении параметра от номинального значения:
, (10)
Условие значимости параметра 
является 
, где 
- пороговая величина значимости параметра, обычно принимается равной погрешности вычисления расходной характеристики ПГУ.
На рис. 3 приведена общая блок-схема методики построения расходных характеристик ПГУ 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-450Т. 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 ПГУ, были получены выражения поправок для учета влияния изменения температуры наружного воздуха в диапазоне от -19 oC до +15 oC на расход топлива ПГУ-450Т.
Значимость параметра для середины диапазона нагрузок теплофикационного режима ПГУ с 1 и 2 ГТ составила:
, 
. (11)
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:
. (12)
Путем аппроксимации исходных данных в среде MathCAD было получено выражение для поправки (12) в виде следующего выражения:
, (13)
где 
, 
.
Значения коэффициентов 
, 
приведены в табл. 1.
Таблица 1. Коэффициенты выражения поправки для температуры наружного воздуха.
| К-т | Значение | К-т | Значение | ||
| Для 1 ГТ | Для 2 ГТ | Для 1 ГТ | Для 2 ГТ | ||
 | -7,64710-4 | -4,41210-4 |  | 1,90310-7 | 4,05810-7 |
 | 0,011 | 6,61810-3 |  | -2,85410-6 | -6,08710-6 |
 | 3,53310-6 | -1,24310-6 |  | 2,40310-7 | 0 |
 | -5,29910-5 | -1,86510-5 |  | -3,60410-6 | 0 |
 | -2,35310-4 | -4,41210-4 |  | -0,021 | -0,104 |
 | 3,52910-3 | 6,61810-3 |  | 0,32 | 1,557 |
Также в главе 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. Расчеты показывает важность учета реальных расходных характеристик для текущего состояния оборудования ТЭЦ.
Проведены расчеты по оптимизации распределения относительной электрической нагрузки между газовыми турбинами ПГУ-450Т на базе разработанной методики оптимизации распределения нагрузок при минимизации следующей целевой функции:
, (14)
где 
- штрафная функция, учитывающая следующие ограничения:
, 
, 
. (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 ПГУ-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 ПГУ-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 | ПГУ | ПТ1 | ПТ2 | ||||
 , МВт |  , тут/ч |  , МВт |  , тут/ч |  , МВт |  , тут/ч |  , МВт |  , тут/ч |
| 260 | 82,6 | 170 | 43,5 | 45 | 19,6 | 45 | 19,6 |
| 380 | 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 | --- | --- | --- | --- |
| 450 | 111 | 450 | 111 | --- | --- | --- | --- |
В табл. 2 приведены результаты расчета для конденсационного режима работы агрегатов ТЭЦ при различных вариантах состава.
Расчеты показывают, что наиболее экономичный вариант состава – ПГУ, 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 ПГУ, 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 ПГУ 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: ПГУ (теплофикационный) + 2ПТ (теплофикационный) + 5ПВК
| ТЭЦ | ПГУ | ПТ1 | ПТ2 | ПВК1 | ПВК2 | ПВК3 | ПВК4 | ПВК5 | |||||
 , 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 | 1417,9 | 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+2ПТ). 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, TELEPERM, SPPA-T3000).
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 ПГУ 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 (ПГУ, 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
- 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 (-2oC) при номинальных параметрах теплофикационной установки блока.
- 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 oC до +15 oC) на расход топлива ПГУ-450Т. Расчеты показали, что изменение температуры в данном диапазоне вызывает изменение расхода топлива ПГУ-450Т более чем на 8%.
- Для выбора предпочтительного состава агрегатов на этапе оптимизации управления ТЭЦ предшествующем подачи заявки на РСВ разработаны методические положения по выбору состава и режимов работы оборудования ТЭЦ с ПГУ путем составления матрицы режимов и состава агрегатов.
- 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 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.
- 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.
- 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.
- 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. 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.
Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:
- 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.
- 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.
- 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.
- Болонов В.О. Учет особенностей режимов работы энергоблоков ПГУ при решении задачи оптимизации работы ТЭЦ // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: Материалы конф. Всеросийская науч.-практ. конф. Волжский, 2006, - C. 34-38.
- Болонов В.О., Аракелян Э.К. Оптимизация режимов работы ТЭЦ с парогазовыми энергоблоками // 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.
