承担采暖负荷的背压机组电力调峰优化运行

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1、承担采暖负荷的背压机组电力调峰优化运行摘要：本文将采暖建筑物、热网、热电厂及电网作为一个整体系统，利用供热系统热惯性大的特点，建立背压机组组成的热电厂参与电力调峰的优化运行模型。最后，举例给出一个采暖季背压机组供热和发电量的优化分配方案。关键词：背压机组热惯性优化运行符号说明B----煤耗量吨/小时Z----目标函数值C----电能价值当量元/kax----最大DT----时段长度小时min----最小q----供热流量吉焦/小时其它V----燃料的价格元/吨(k)---第k时段一．前言　　热电厂在电力系统中占有举足轻重的地位。到1997年底，我国单机600

2、0千瓦以上的供热机组总容量已达2197.1万千瓦，占同容量火电装机容量的12.12%[1],而北方热电联产的热负荷大部分用于冬季采暖。这种热电厂的运行方式主要是以热定电，其发电在电网中主要承担基荷，其不同时间发电量的多少受供热量的影响。在传统的热网供热运行中，供热量在一天内一般不做大的调整，因而造成供热机组不能实现最优的电力调峰运行。　　如果在不影响供热采暖效果的同时，改变一天之中不同时段的热网供热量，会使热电厂参与电力调峰的优化运行成为可能，从而会减少电网中其他调峰电站的高额投资，提高电力负荷低谷期电网系统的发电效率，进而产生巨大的经济效益和社会效益。　　

3、2．建立数学模型　　本文对由背压机组组成的热电联产系统加以研究。汽轮机背压排汽通过汽-水换热器与热网水换热，并由热网向采暖建筑物供热。热网采取质调节方式运行。热电厂发电直接输送至电网。　　热电厂运行目标应是在保证热用户采暖要求和电厂安全运行的前提下，尽量增大总发电量的价值，即电能价值当量与发电量之积，同时尽量减小燃料消耗量。将一天分为I个时段，每个时段为DT小时，考虑J天的热电厂运行，于是目标函数选为：k时段机组燃料消耗量B(k)是该时段供热流量q(k)的函数，采用下式表达：背压机组的供热流量q和发电功率p的关系可简单地认为是成正比关系:热电厂抽汽供热流量与

4、热网供回水之间的关系用下式表示：对于供热系统，热力工况参数之间的关系除了要满足式（2a）、式（2b）外，同时要满足以下条件：在第四部分的实例中，最大允许供水温度取为120°C，最大室温取为19°C，最小室温取为17°C。系统的决策变量为：　　由式（2）、式（1a）、式（1b）及式（3a）~（3e）共同组成热电厂优化运行的数学模型。该数学模型属于给定初始条件的最优控制问题。其中控制变量为第k时段的供热机组供热量q(k)。由目标函数式（2）可以看出，为了尽量增大总发电量的价值，电能价值当量高的时段尽可能多发电，这时就会减小热电厂的供热流量，而电能价值当量低的时段

5、尽可能少发电，并增加供热量，以弥补高电能价值当量时段供热量的不足。由于电能价值当量的高低反映出电力负荷的变化，因此由本数学模型所确定的热电厂优化运行方式又同时起到了电力调峰的作用。3．模型的求解算法　　热电厂电力调峰优化运行数学模型是给定初始条件的最优控制问题。该模型包含离散时间差分方程（式（1a）、（1b）），每一时段供热系统输出参数不仅取决于该时段系统的输入参数，而且是前若干时段输入输出参数的函数。当采暖期内所研究的天数I较大时，决策变量数目较多，本文采用动态规划法进行求解。　　将时间序列方程，即式（1a）、式（1b）用状态空间方程表达，决策变量为而室外

6、温度为非控量，可由已有的预测模型给出。　　动态规划法将N个时段的总体最优控制转化为以单个时段为单位的多阶段决策过程。目标函数式（2）的每一时段分量是该时段状态量和决策量的函数，对于第k时段，根据约束条件确定的范围将状态变量Ｘ（Ｋ）离散成L个确定量。对于每一离散的状态量，将决策变量离散成M个确定量。根据最优性原理，从N时段起逐时段向前进行优化计算。完成逐时段向前直至零时段的递推计算后，再根据初始条件，向后递推确定各时段的最优决策序列：k=0,1,...N。本文数学模型算法的流程如图1所示。四．应用举例　　在本例中,选取的热电厂由三台型号为B6-50/5的背压机

7、组组成，各机组以单元制方式运行。并做以下设定:　　1热电厂单元制机组锅炉出力范围在50~100%之间。单台汽轮机最大排汽供热量为56吨/小时。当采暖负荷超过三台汽轮机最大供汽量，由尖峰锅炉参与供热。　　2将采暖期中的每天等分为6时段，对整个采暖期（当年11月16日至第二年3月31日）的热电厂运行进行优化计算，于是目标函数式（2）中J=136,I=6。在初寒期的开始5天和末寒期的最后20天一台汽轮机停运。　　3热网及采暖用户的选取沈阳某热网为例，热网流量为1800t/h。于是，反映供热系统输入输出参数关系的式（1a）、式（1b）各项系数仍为表1的值。　　由于一

8、天内不同时间发电的单位电量价值有很大差别，热电厂发电