动态寻优法在供热机组热电负荷优化分配中的应用

谢毅霏，卫鹏杰，张建伟

（1.华北电力大学，北京102206；2.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西太原030001）

动态寻优法在供热机组热电负荷优化分配中的应用

谢毅霏1，卫鹏杰2，张建伟2

（1.华北电力大学，北京102206；2.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西太原030001）

简要概述了热电机组负荷最优分配在工程应用中存在的问题，采用全厂和机组运行工况表描述供电、供热能耗特性曲线，通过最优工况动态寻优方法求解负荷优化分配问题，提高了方法的工程适用性。以某2×200M W+2×300M W热电厂的全厂热电负荷分配问题为实例，取得日标煤消耗量下降36.91 t的节能效益。

供热机组；负荷分配；动态寻优

0 引言

热电联产机组同时向用户提供电能和热能两种产品，可以显著提高一次能源利用效率，实现节能减排。目前，我国已经颁布了一系列鼓励热电联产发展的政策，极大地促进了热电联产机组的发展，多个热电厂或一个热电厂多台供热机组并列运行的情况成为常态。如何根据供热机组运行特性制定热、电负荷分配方案，充分发挥热电联产节能减排优势，切实降低全社会总体能耗水平，是电网调度和电厂运行必须加以妥善解决的问题。与常规纯凝机组相比，供热机组负荷优化分配问题的复杂性在于机组的能耗特性同时受电负荷和热负荷的影响。为此，国内外研究者从不同角度对供热机组的能耗特性及其优化模型和求解算法开展了较为深入的研究[1-3]，但这些方法在实际工程应用中仍然存在较多问题，主要表现在两方面：一是在一定试验煤质和环境温度等边界条件下，根据典型工况试验数据拟合获得的能耗特性曲线，或者采用经验公式或经验系数通过变工况计算获得的能耗特性曲线，都与现实运行情况存在较大偏差，且偏差的不确定性较大，这就必然会导致负荷优化分配结果与实际发生较大偏离；二是求解以全厂耗气量[1，2]、热耗量[3]、煤耗量[4，5]等优化目标函数时，一般采用混合整数非线性规划等经典优化算法和遗传算法[6]等智能优化算法，在面向实际工程应用时，往往存在计算量大、较难适应机组煤质和环境温度等外部因素变化以及求解过程因特性曲线光滑性差而不稳定或不收敛等问题，较难工程化和实用化。针对上述问题，本文利用运行工况表描述机组的实际能耗特性，并采用动态寻优方法实现了供热机组的最优负荷分配。

1 供热机组负荷优化问题描述

以多数研究中采用的全厂煤耗量为优化问题的目标函数，供热机组热电负荷优化问题可以描述如下。

目标函数为

约束条件为

2 供热机组热电负荷优化方法

供热机组热电负荷优化的方法和步骤如下所示。

a）根据负荷需求，即全厂电、热负荷计划，在全厂运行工况数据表中查询最优历史工况。全厂运行工况数据表以全厂电负荷、全厂热负荷、环境温度、入炉煤低位发热量四个参数为索引项，查询相同条件下全厂能耗最低的运行方式。实际应用中，根据电网和热网对全厂提出的电负荷和热负荷需求，查找相同热负荷、电负荷以及当前环境温度和煤质等条件下的全厂最优历史运行方式。在全厂负荷优化工作初期，可以根据历史运行数据初步构造全厂运行工况数据表，并随运行时间的积累而不断加以完善。

b）根据全厂电负荷、热负荷计划，编制机组负荷预分配方案。为简单起见，第一次搜索寻优时可将热电负荷按照机组负荷率相同的原则进行预分配，也可以利用机组设计能耗特性曲线，求解式（1）和（2）获得机组负荷预分配方案。之后的搜索寻优时，可以全厂微增率的某个实现设定的百分数为增量，调整各台机组的电热负荷，再按照c）—f）的步骤寻优。

c）根据机组负荷预分配方案，在机组运行工况数据表中查询机组最优历史运行工况。

机组最优历史运行工况的获取步骤具体如下：根据电负荷、热负荷、环境温度、入炉煤低位发热量等边界条件的运行变化范围，建立机组运行工况数据表，记录历史工况的经济指标、运行参数、设备状态等信息，同时计算对应的供电煤耗和供热煤耗等经济指标。按照运行边界条件相同的原则，根据实际运行工况动态更新最优历史运行工况记录及全厂最优历史运行工况记录。这样，就能够跟踪机组运行条件变化，并按照煤种、负荷、环境温度等条件自动完成全工况范围内的历史寻优，并始终以最新的动态寻优结果作为诊断机组优化运行的基准工况。

d）以负荷分配预案给定的电负荷、热负荷以及当前的环境温度和煤质为边界条件，查询各机组历史最优工况对应的供电、供热煤耗，计算全厂能耗指标，与全厂最优历史运行工况对应的能耗进行比较。

e）如果负荷分配方案给定的能耗水平高于全厂最优历史运行工况的能耗，则将此次分配预案返送回负荷预分配单元，作为下一轮动态寻优的初始值，重新编制负荷分配方案，再按步骤b）—d）执行。

f）如果负荷分配方案给定的能耗水平低于或接近历史最优能耗，则执行负荷分配方案，完成热、电负荷最优分配。

3 工程应用情况

某热电厂1号、2号机组为CZK200/160-12.7/0.294/535/535型机组，供热抽汽温度240℃，供热抽汽压力0.294MPa，额定抽汽流量390 t/h；3号、4号机组为CZK300/258-16.7/0.4/537/537型机组，供热抽汽温度253.1℃，供热抽汽压力0.4 MPa，额定抽汽流量500 t/h。2012年11月2日，该厂机组运行情况如表1所示。当日平均气温2.07℃，全厂电负荷816.71 MW，全厂热负荷716.74MW，全厂日消耗原煤7 284.71 t。

2012年11月9日，该厂在同一电负荷和热负荷日调度曲线下采用本文方法确定的负荷分配方案重新调整机组负荷，运行结果如表2所示。当日平均气温1.34℃，全厂电负荷816.75MW，全厂热负荷718.06MW，全厂日消耗原煤7 247.80 t。

表1 2012年11月2日运行数据表

表2 2012年11月9日运行数据表

由表1和表2可见，在相近的热、电负荷及外部边界条件下，应用本文负荷优化方案重新分配各机组运行负荷，该厂节煤36.91 t，实现了0.51%的节能效益。

4 结论

以运行工况数据表表达全厂和机组的供热、供电煤耗特性函数，通过查询最优历史工况的动态寻优方法求解负荷分配问题，提高了热电负荷优化分配的工程适用性。该方法具有运行调整目标可实现、最优历史工况自动更新等优点，有利于供热电厂的全厂优化运行。

［1］李俊涛，冯霄.供热机组的热电负荷分配［J］.西安交通大学学报，2006，40（3）：312-314.

［2］黄廷辉，柴胜凯，庞顺，等.热电联产机组热、电负荷优化分配［J］.热力发电，2010，39（12）：2-3.

［3］金建国，国文学，姜铁骝，等.供热机组间热电负荷最佳分配的研究［J］.汽轮机技术，2007，49（2）：1-2.

［4］盛德仁，陈坚红，李蔚,等.供热机组间热电负荷优化分配的研究［J］.动力工程，2001，21（6）：2-3.

［5］王源.供热机组负荷优化分配的研究［D］.东南大学，2005.

［6］武瀚，吕鹏飞，刘观起，等.基于改进遗传算法的经济负荷分配［J］.黑龙江电力，2003，25（1）：4-7.

App lication of Dynam ic Optim ization M ethod in the Optim ization of Heat and Power Load Distribution of Heating Unit

XIE Yi-fei1，WEIPeng-jie2，ZHANG Jian-wei2
（1.North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.Electric Power Dispatch&Control Center，State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The problemsencounted in the application ofheating unit load distribution optimization is simply generalized.The curves of energy consumption on heat supply and power supply were adopted to reach optimal load distribution by using dynamic optimizing method.Practically，the program of load distribution for heat supply and power supply was optimized in a 2×200 MW+2×300 MW thermalpowerplant，which obtained favorable energy-saving benefitswith decreaseofcoalconsumption by 36.91 tonsperday.

heatsupply unit；load distribution；dynamic optimization

TM621.4

B

1671-0320（2014）01-0042-03

2013-09-05，

2013-12-10

谢毅霏（1985-），男，河北深县人，2007年毕业于山西农业大学环境科学专业，从事热能动力系统优化运行研究工作；

卫鹏杰（1985-），男，陕西韩城人，2011年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，助理工程师，从事电网负荷预测及经济运行管理工作；

张建伟（1973-），男，山西原平人，2005年毕业于北京理工大学控制理论与控制工程专业，博士，高级工程师，从事电网调度计划及经济运行管理工作。