在网运行机组负荷优化分配
2017-08-07杨倩玉
姜 阳，杨倩玉，王 雷
(沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)
在网运行机组负荷优化分配
姜 阳，杨倩玉，王 雷
(沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)
针对国内区域电网并列机组负荷优化分配问题，分析了各机组的煤耗特性，利用“等能耗微增率”数学模型，得出了不同电厂间不同容量机组负荷优化分配方案，为区域电网负荷优化分配提供了理论依据。
并列运行机组；负荷优化分配；等能耗微增率
1 概 述
鉴于越来越多大容量机组投入运行及电网的峰谷差日益增大，优化协调各电厂机组参与调峰的问题日益突出，电厂大部分时间不在满负荷或接近满负荷状态下运行，在电网实际总负荷低于全网额定总负荷时，需要在网内各机组间进行合理的负荷分配才能保证全网的总能耗。
在指导电力系统运行和符合经济分配的问题上，主要采用等微增率法。假定在网台机组能耗曲线和能耗微增率曲线是连续的，其中优化目标函数是参与负荷分配的机组的总燃料消耗量最小值对总负荷的函数，约束条件是参与调度的各机组负荷之和等于全网总负荷，研究煤耗微增率随负荷的变化关系，画出单元机组煤耗微增率—负荷曲线，运用微增原理实现不同级别机组负荷优化分配，得出各个负荷点最优负荷分配，从而使综合煤耗率最低，即总耗煤量达到最低。
2 负荷分配模型
2.1 等效微增法
假设台机组参与运行，采用二次曲线拟合各机组的煤耗特性曲线，煤耗特性曲线为
(1)
式中，Bi为第i台机组的煤耗，Ai为系数，Pi为第i台机组的发电负荷。
则煤耗微增率曲线的函数表达式为
(2)
式中，Ri为第i台机组煤耗微增率。
采用“等微增率法”时，其优化目标函数是参与负荷分配的机组的总燃料消耗量最小值对总负荷的函数：
BR=B1+B2+…+Bn=f(P1，P2，…，Pn)
约束条件是参与调度的各机组负荷之和等于全厂总负荷：
PR=P1+P2+…+Pn
由(2)式得：
(3)
则约束条件PR得：
(4)
2.2 并列机组采用等微增率法的负荷分配原则
根据前面分析可知，并列运行单元机组负荷分配的目的是在一定的电负荷下，总的燃料消耗量为最小。因为单元机组煤耗微增率是随负荷的增加而增加的，因此可以应用等煤耗微增率的原则进行负荷分配，即：
(5)
式中，R表示微增煤耗率，Pn表示n号机组电功率，Bn表示n号机组的煤耗量。
但是，实际运行中机组出力是有约束条件的，即出力不能大于最大出力且不能小于最小出力：
Pi,min≤Pi≤Pi,max
(6)
3 多机组负荷分配优化
3.1 并列机组采用等微增率法的负荷分配原则
以目前在东北电网在网运行的5台汽轮发电机组为对象，列举不同的组合运行方式，基于等微增率的机组负荷组合优化分配法，经统计、分析、计算，得出机组负荷优化分配结果，制定出并列运行机组优化的负荷分配方案，并与平均分配负荷的方案进行比较。表1为5台机组的基本情况。
表1 机组数据汇总
3.2 煤耗特性方程拟定
根据机组的发电煤耗与机组负荷关系曲线，绘制煤耗量与机组负荷关系曲线，如图1～图3所示，并通过该图拟合5台机组的煤耗特性方程。
图1 (1#、2#)机组燃煤量与发电机功率关系曲线
图2 (3#、4#)机组燃煤量与发电机功率关系曲线
图3 (5#)机组燃煤量与发电机功率关系曲线
根据公式(1)采用二次曲线拟合各机组的煤耗特性曲线，煤量对应为B，负荷对应为P，则有：
由公式(2)得煤耗微增率曲线的函数表达式为
机组1#：R1=0.0001067212P1+0.24385
机组2#：R2=0.000036091P2+0.270134
机组3#：R3=0.0000996536P3+0.25838
机组4#：R4=0.000061948P4+0.27765
机组5#：R5=0.000341072P5+0.22608
3.3 负荷分配的实例计算
以1#、2#、3#、4#号4台机组并列运行为例，其中1#机组为空冷600 MW，2#机组为湿冷600 MW，3#机组为空冷300 MW，4#机组为湿冷300 MW。运用基于等微增率的机组负荷组合优化分配法，经统计、分析、计算，得出机组负荷优化分配结果，制定出4台机组优化的负荷分配方案，并与平均分配法进行比较。
令R1=R2=R3=R4=R，加入边界条件：P1+P2+P3+P4=P，通过求解方程，可得出4台机组负荷具体分配值P1、P2、P3、P4，然后求解B1、B2、B3、B4及总煤量B。
计算结果如表2和表3所示。
由表2可知，在75%～90%总负荷范围内，在最优分配情况下，同样为600 MW的机组，2#机组分配的负荷较多；同样为300MW的机组，3#机组分配的负荷较多。
由表3可见，在75%～90%总负荷范围内，在最优分配情况下煤耗率与燃料消耗量都较小，并且总负荷越低越明显。
表2 4台并列运行机组等微增法负荷分配方案
表3 4台并列运行机组不同分配方式煤量比较(煤价：400元/t)
3.4 关于机组负荷超限说明
按等微增率法分配机组负荷时，有时会出现机组分配到的负荷Pi超越了该机组出力的上、下限的情况，这是绝对不允许的。此时，可将此Pi固定为相应的上、下限值，即：当Pi
4 结 语
综上所述，根据不同级别机组的煤耗特性，运用微增原理实现机组间的负荷优化分配，得出在全网各个负荷点最优负荷分配，从而使全网综合煤耗率最低，即全网总耗煤量达到最低，数据显示采用微增调度能有效节约能耗。
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(责任编辑张凯校对魏静敏)
OptimalLoadDistributionofParallelUnitsintheRegionalGrid
JIANG Yang,YANG Qian-yu,WANG Lei
(School of Energy and Power Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)
Aiming at the problem of optimal load distribution of parallel units in the regional grid,the paper analyzed the characteristics of coal consumption of each unit and established the mathematical modal called “Equal incremental energy consumption”.It was obtained that the optimal solution of load distribution between different power plants.It provided a theoretical basis for the optimal allocation of regional power grid load.
Parallel units on line; Optimal load distribution; Equal incremental energy consumption
2017-03-19
姜 阳(1991-)，男，黑龙江绥化人，助理工程师，硕士研究生。
王 雷(1978-)，男(满族)，辽宁锦州人，副教授，硕士生导师，博士，主要从事电站热力设备运行优化与故障分析方面的研究。
10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.03.007
TM715
： A
： 1673-1603(2017)03-0229-05
