WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ЦЫПУЛЕВ ДЕНИС ЮРЬЕВИЧ

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЭЦ СО СЛОЖНЫМ СОСТАВОМ ОБОРУДОВАНИЯ

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 Рубашкин Александр Самуилович

Кандидат технических наук, доцент Ильин Евгений Трофимович

Ведущая организация: ОАО “Мосэнерго”

Защита диссертации состоится “15” января 2009 г. в 14 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. Необходимость оптимального управления режимами работы электростанции и энергосистем всегда остается важным вопросом в энергетике.

В настоящее время, в связи с вводом новых правил функционирования рынка электроэнергии, особенно важной стала задача управления ТЭЦ со сложным составом оборудования (при наличии на ТЭЦ блочных, неблочных агрегатов и пиковых водогрейных котлов) в условиях НОРЭМ.

На данный момент разработано большое количество методик решения задачи оптимального управления режимами работы оборудования ТЭЦ, однако большинство работ не учитывают особенности функционирования НОРЭМ при большом количестве внешних связей ТЭЦ по отпуску тепловой и электрической энергии и др., поэтому использование данных методик затруднительно в современных условиях функционирования существующих ТЭЦ.

В данных условиях, при оптимальном управлении режимами работы ТЭЦ, одной из главных задач является получение максимальной суммарной прибыли станции (ТГК) от ее участия в продаже электроэнергии по регулируемым договорах (РД), на рынке “на сутки вперед” (РСВ), и на балансирующем рынке (БР), а также от продажи тепловой энергии. Для обеспечения данного условия основное внимание необходимо уделять минимизации топливных затрат, как главного показателя экономичности работы ТЭЦ.

Целью работы является разработка методических положений и алгоритма по совместному оптимальному распределению тепловой и электрической нагрузки на ТЭЦ со сложным составом оборудования при оптимальном управлении режимами работы ТЭЦ с учетом условий и особенностей НОРЭМ.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- разработка общих подходов по планированию, оптимизации режимов работы ТЭЦ при выходе на НОРЭМ;

- разработка методики построения эквивалентных характеристик групп оборудования ТЭЦ со смешанным составом оборудования при работе ТЭЦ с несколькими группами точек поставки (ГТП) и тепловыми ветвями;

- разработка методики совместного оптимального распределения тепловой и электрической энергии на ТЭЦ со сложным составом оборудования при заданном составе генерирующего оборудования, графиков тепловой и электрической нагрузок в рамках работы ТЭЦ на РСВ;

- разработка методики учета реального состояния оборудования ТЭЦ при построении энергетических характеристик энергоблоков;

- разработка предложений по интеграции разработанных алгоритмов оптимизации в АСУ ТЭЦ.

Научная новизна работы заключается в:

- постановке задачи оптимального управления режимами работы ТЭЦ с учетом требований НОРЭМ;

- разработке методики использования эквивалентных характеристик групп оборудования ТЭЦ для решения задачи оптимального управления;

- разработке методики совместного оптимального распределения тепловой и электрической энергии на ТЭЦ со сложным составом оборудования при заданных составе генерирующего оборудования, графиков тепловой и электрической нагрузок в рамках работы ТЭЦ на рынке “на сутки вперед”;

- усовершенствование методики учета реального состояния оборудования ТЭЦ при построении энергетических характеристик энергоблоков и эквивалентных характеристик групп оборудования.

Практическая значимость работы в том, что:

  • разработан алгоритм оптимизации совместного распределения тепловой и электрической нагрузок ТЭЦ между агрегатами станции с блочным и неблочным оборудованием как на этапе предварительной оптимизации ТЭЦ, так и в оперативном аспектах времени;
  • результаты, полученные с использованием характеристик оборудования ТЭЦ-23, ТЭЦ-25 ОАО “Мосэнерго”, могут быть использованы для оценки экономического эффекта внедрения разработанных алгоритмов на реальных объектах;
  • предложена схема интеграции разработанных алгоритмов оптимизации в АСУ ТЭЦ.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается:

  • использованием в расчетах реальных характеристик оборудования существующих ТЭЦ (ТЭЦ-23 и ТЭЦ-25 ОАО “Мосэнерго”);
  • сравнением полученных вариантов с фактическим распределением нагрузок на примере реальных суточных графиков ТЭЦ-25;
  • идентичностью результатов оптимизационных расчетов с результатами, полученными с использованием аналогичных программных комплексов других авторов;
  • применением современных методов анализа исходных данных и методов оптимизации распределения нагрузок.

Личный вклад автора заключается в разработке вышеуказанных методических положений, а также в проведение расчетов для ТЭЦ на базе программного обеспечения кафедры АСУ ТП и предложенного автором аналитического метода 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, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 69 наименований, содержит 222 страницы печатного текста, 45 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

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

В первой главе приведен анализ проблем российской энергетики и ее реструктуризации, современного состояния оптового рынка электроэнергии и мощности, правил и условий его функционирования. Дана краткая характеристика математических методов решения оптимизационных задач с точки зрения их применимости для задачи оптимального распределения тепловых и электрических нагрузок на ТЭЦ. Приведен краткий анализ работ, посвященных этой проблеме и учитывающих особенности решения поставленной задачи в современных условиях рынка.

На основе проведенного анализа выявлены следующие общие проблемы и недостатки известных методов:

  • независимо от сложности состава оборудования ТЭЦ оптимальное распределение тепловой и электрической энергии производится раздельно (например, оптимальное распределение электрической нагрузки при заданном распределении тепловой нагрузки);
  • как правило, рассматриваются ТЭЦ либо блочного типа, либо не блочного с поперечными связями;
  • недостаточное внимание уделяется формированию расходных характеристик энергоблоков и агрегатов ТЭЦ с учетом их реального состояния и их анализу с точки зрения применимости различных методов оптимизации;
  • отсутствуют методические положения по учету требований и условий рынка “на сутки вперед” (РСВ) при решении поставленной сложной задачи на ТЭЦ со сложным составом оборудования и при большом количестве внешних связей ТЭЦ по отпуску тепловой и электрической энергии;
  • и ряд других ограничений.

С целью учета недостатков существующих методик оптимизаций, сформулированы цель и задачи работы для ТЭЦ со сложным составом оборудования.

Во второй главе приведен анализ принципов функционирования оптового рынка “на сутки вперед” с целью выявления требований и этапов решения общей задачи оптимального управления режимами работы оборудования ТЭЦ в составе ТГК (РГК) и в частности, задачи оптимального распределения тепловой и электрической нагрузки ТЭЦ с несколькими выходами на оптовый рынок электроэнергии при условии обеспечения отпуска тепла по всем ветвям ТЭЦ.

Анализ условий и принципов работы НОРЭМ выявил следующие проблемы, возникающие при решении данной задачи:

  • в условиях работы оптового рынка электроэнергии и мощности по группам точек поставки (ГТП) и при наличии на ТЭЦ нескольких ветвей по отпуску тепла необходимо обеспечить одновременно большое количество балансовых уравнений и ограничений, что приводит к значительному увеличению размерности оптимизационной задачи (из-за большого количества оптимизируемых параметров);
  • из-за наличия сложных (перекрещивающихся) связей по отпуску электроэнергии на несколько ГТП и тепла на ряд ветвей, наличие большого количества балансовых уравнений и ограничений исключает (затрудняет) применение ранее использовавшихся методов (в том числе экспертные методы) распределения тепловой нагрузки между энергогенерирующими агрегатами ТЭЦ, особенно при наличии на ТЭЦ блочного, неблочного оборудования и ПВК, что приводит к необходимости постановки и решении одновременного (совместного) распределения тепловой и электрической нагрузки ТЭЦ.

Исходя из принятого по условиям работы рынка РСВ, задачу оптимального распределения тепловой и электрической нагрузок ТЭЦ необходимо решить несколько раз (в различных постановках):

  • при подготовке предложений ТЭЦ (совместно с ТГК) на выход в оптовый рынок электроэнергии РСВ (подача предложений – сутки Х-2);
  • при оперативном управлении текущими режимами оборудования ТЭЦ;
  • при участии ТЭЦ на текущем балансирующем рынке (в последующем – на рынке системных услуг).

Предлагаются следующие общие методические подходы к решению поставленной задачи:

  1. Оборудование ТЭЦ группируется в эквивалентные группы таким образом, чтобы каждая эквивалентная группа имела по одному выходу на ГТП и на тепловую ветвь (для ПВК только тепловую ветвь).
  2. Задачи совместного оптимального распределения тепловой и электрической нагрузок ТЭЦ декомпозируются на два шага (этапа). На первом этапе тепловая и электрическая нагрузки ТЭЦ распределяются между эквивалентными группами, на втором этапе тепловая и электрическая нагрузки каждой эквивалентной группы, полученные на 1-ом этапе, распределяются между генерирующим оборудованием внутри каждой группы. Как правило, число эквивалентных групп не превышает 5-6, а внутри каждой группы число агрегатов - не более 4-х, соответственно при использовании данного подхода уменьшается размерность оптимизационной задачи для каждого этапа. Корректность полученных результатов обеспечивается соблюдением всех балансовых уравнений и ограничений.
  3. Энергетические характеристики отдельных энергоблоков и других агрегатов ТЭЦ, а также эквивалентных групп представляются в форме полинома второй степени. Эквивалентные характеристики группы оборудования формируются или уточняются перед проведением оптимизационных расчетов на базе оптимального распределения тепловой и электрической нагрузок внутри эквивалентной группы при варьировании Q и N в допустимых (заданных СО) пределах.
  4. Формирование эквивалентных характеристик проводиться для выбранного (известного) режима работы теплофикационной установки и сетевых подогревателей. Их выбор осуществляется известными методами, исходя из требуемой тепловой нагрузки и температуры прямой сетевой воды.
  5. Принимается, что в первую очередь загружаются теплофикационные отборы турбин, а ПВК – по остаточному принципу в случае, если при отпуске требуемого объема тепловой энергии не хватает мощности тепловых отборов.
  6. В диссертационной работе в качестве математических методов оптимизации используются метод множителей Лагранжа и метод динамического программирования. Выбор метода производится на основе анализа характеристики относительного прироста расхода топлива как для отдельных агрегатов, так и для эквивалентных групп оборудования.

Приведена общая постановка задачи оптимального распределения тепловой и электрической энергии при заданных составе генерирующего оборудования, объема отпуска тепловой и электрической энергии по тепловым ветвям и ГТП соответственно. С учетом особенностей решения поставленной задачи на разных временных разрезах выбраны критерии оптимизации.

При выполнении оптимизационных расчетов на первом этапе в качестве критерия оптимизации служит максимальная выработка электрической мощности на тепловом потреблении по каждой ГТП при заданном составе генерирующего оборудования, прогнозируемом объеме отпуска тепла по ветвям ТЭЦ (почасовые) и при заданных СО граничных условиях по мощности по каждому ГТП, т.е. необходимо найти максимум функции:

, (1)

где - электрическая мощность на тепловом потреблении i-го агрегата
j-ой эквивалентной группы оборудования.

При этом действуют следующие балансовые уравнения:

; (2)

, (3)

где k=1,2,…,p – количество ГТП; l=1,2,…,r – количество тепловых ветвей; z=1,2,…, – количество ПВК в j-ой эквивалентной группе оборудования на базе ПВК.

Также имеются следующие ограничения:

, (4)

, (5)

где - тепловая нагрузка i-го агрегата при заданном режиме работы теплофикационной установки;, - минимальная и максимальная электрические нагрузки i-го агрегата при заданной тепловой нагрузке ; - суммарный отпуск тепла по l-ой ветви; - суммарный отпуск тепла по j-ой эквивалентной группе оборудования; - суммарная электрическая нагрузка на тепловом потреблении j-ой эквивалентной группы.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»