CN105098843A - 用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，根据厂内机组的特性预先划分若干机组子群，按照煤耗最优的目标进行各机组子群的负荷优化分配；获取各机组子群在允许负荷区间内各台机组的最佳负荷状态空间，存储于系统数据库中；在电厂接收到调度总负荷指令后，按调节速率优先法或煤耗最优法进行机组子群的负荷分配，进而查询各机组子群的最佳负荷状态空间，得到全厂各台机组的最佳负荷，最后通过厂级AGC系统的测控装置下发到机组自动控制系统中。另外本发明还提供了相应的系统。本发明在电厂机组数量多，类型差异大的情况下可有效降低负荷计算分配时间，以满足电网安全控制的要求，以提高优化结果的真实性与准确性。

Description

用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法和系统

技术领域

本发明属于火电厂厂级负荷调度领域，主要涉及一种用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法和系统。

背景技术

为适应电网节发电能调度要求，降低电厂能耗，部分电厂负荷分配模式由机组自动发电控制(单机AGC)转向厂级自动发电控制(厂级AGC)，即在满足电力系统安全运行的前提下，由中调下发全厂有功指令，厂内各台机组依据自身实际情况响应电网负荷指令的变化，以简化电厂运行操作，实现厂内各台机组负荷的最佳分配。

目前相关学者对电厂负荷分配算法进行了大量研究，但大多用于离线分析，主要在于动态规划等经典算法在电厂机组数量较多、差异较大的情况下容易出现“维数灾”现象，优化计算耗时过长，有可能无法满足电网“两个细则”对相关指标的规定，遗传算法、粒子群算法等人工智能算法的稳定性与收敛性难以严格保证，尚无法用于类似厂级AGC这样的实时闭环控制系统，同时现行的电厂负荷分配方法以电厂经济运行为主，有时无法兼顾电网的安全稳定运行。因此需要研究建立一种可用于厂级AGC系统的火电厂厂级负荷优化分配方法，兼顾电厂经济调度与电网安全控制的要求，并做到定期更新机组煤耗特性曲线，使优化结果更加真实准确。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，以解决机组数量多、型号差异较大情况下进行在线负荷优化分配时计算耗时长，实时性差的问题，同时在采用以煤耗最优为目标的负荷优化分配策略时，提供一种煤耗特性的更新方法，使优化结果更加真实准确。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据厂内机组特性，划分n个机组子群，对于任意机组子群表示为G_i，对应包含的机组台数为k_i，其中第j台机组在负荷P_ij(MW)下的煤耗为f_ij(P_ij)(kg标煤/kWh)；

(2)建立各机组子群G_i的负荷优化分配模型，目标函数为:

(3)在机组子群G_i的允许负荷区间内，每隔0.5～10MW选取一个值作为机组子群G_i的总负荷P_i，由步骤2所述模型进行优化，获得机组子群G_i在允许负荷区间内各台机组的最佳负荷状态空间P_{i_opt}＝{P_{i1_opt},P_{i2_opt}......P_{iki_opt}}以及机组子群G_i的等效最佳煤耗F_{i_opt}(P_i)；

(4)电厂在收到调度下发的全厂总负荷指令P后，只需按特定原则进行各机组子群的负荷优化分配，获得各机组子群G_i的最佳负荷P_{i_opt}，然后通过查询对应最佳负荷状态空间P_{i_opt}＝{P_{i1_opt},P_{i2_opt}......P_{iki_opt}}，即得到厂内各台机组的最佳负荷，进而下发到相应机组的DCS系统,n为机组数量，n≥1,i的取值为1～n，ki为第i个子群内机组数量，ki﹥1,j的取值为1～ki。

进一步的，所述步骤(1)中，厂内机组子群的划分按照机组容量或机组制粉系统类型或机组调节速率进行划分。

进一步的，机组制粉系统类型为中间仓储或直吹式。

进一步的，所述步骤(1)中，机组子群G_i内第j台机组在负荷P_ij下的煤耗f_ij(P_ij)可由煤耗特性方程：f_ij(P_ij)＝a_ij*P_ij ²+b_ij*P_ij+c_ij获得。

进一步的，所述步骤(1)中，每台机组煤耗特性方程定期更新，更新方式可人工触发或周期性触发。

进一步的，每台机组煤耗特性方程的更新方法包括如下步骤：

(1)在各台机组可行负荷区间内选取若干典型工况点，对各典型工况点的煤耗数据进行聚类分析；

(2)获取各典型工况点支持度最高的类中心数据，作为该工况点下的机组基准煤耗；

(3)将聚类分析获得的各机组在各典型工况点下的基准煤耗进行拟合，得到各台机组的煤耗特性方程F_ij＝f_ij(P_ij)＝a_ij*P_ij ²+b_ij*P_ij+c_ij。

进一步的，所述步骤(1)中，各机组子群G_i的负荷优化分配模型具体如下：

$\min \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{f}_{ij}\left(P_{ij}\right)=\min \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{a}_{ij}*{P_{ij}}^2+b_{ij}*P_{ij}+c_{ij}$

$\underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{P}_{ij\_\min }\≤P_i\≤\underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{P}_{ij\_\max }$

其中：P_{ij_min},P_{ij_max}(MW)分别为第i个机组子群中第j台机组负荷的下限与上限。

进一步的，：所述步骤(3)中，机组子群G_i的等效最佳煤耗特性可由方程：F_{i_opt}(P_i)＝a_i*P_i ²+b_i*P_i+c_i表示。

进一步的，：所述步骤(4)中所述全厂机组子群的负荷分配方法按调节速率优先法分配，所述调节速率优先法的分配过程为：让调节速率高的机组子群承担较大的调节负荷，以快速响应电网调频的要求。

进一步的，所述步骤(4)中所述全厂机组子群的负荷分配方法按按煤耗最优进行分配，即目标函数为：

$\min \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{i\_opt}\left(P_i\right)=\min \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i*{P_i}^2+b_i*P_i+c_i$

进一步的，所述步骤(4)中所述全厂机组子群的负荷分配方法中可动态调整机组子群的允许负荷区间，以提高模型求解速率，步骤如下：

(1)根据调度下发的全厂总负荷指令P与电厂目前总负荷指令P₀以及电网要求的该厂全厂负荷调节速率V_req(MW/min)，计算此次调节的最大时间T_max＝|(P-P₀)|/V_rep；

(2)进而计算此次调节机组子群G_i的允许负荷区间：

其中P_ij0(MW)为第i个机组子群第j台机组的当前负荷，V_ij(MW/min)为第i个机组子群第j台机组的负荷变化速率。

为实现上述技术目的，本发明才去的第二种技术方案为：用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配系统，其特征在于：包括主备控制器及相应的输入输出装置；

所述主备控制器用于接收远动装置下发的全厂负荷指令，通过权利要求1-11中任一项所述的所述负荷分配方法，得到各台机组的最佳负荷，下发给输入输出装置，同时接收输入输出装置采集的机组相关信息，上送到远动装置；

所述输入输出装置用于向相应的机组DCS系统下发最佳负荷指令，并采集机组的相关运行信息。

进一步的，主备控制器为双机热备用方式，分别与远动装置双向连接。

本发明的有益效果为：采用上述方案后，在线负荷分配的需考虑的对象为机组子群，成倍缩小了优化模型的变量数，机组子群内各台机组的负荷分配通过查表的方式获得，可大幅提高优化求解的效率，满足电网调频的要求。同时通过定期更新机组的煤耗特性曲线，可反应机组性能随时间的蜕变问题，使优化结果更加真实准确。

附图说明

图1是应用本发明的硬件系统的架构图；图中，EMS-电网调度能量管理系统，RTU-电厂远动装置，DCS-机组控制系统，1-厂级负荷优化分配系统主控制器，2-厂级负荷优化分配系统备控制器，3-厂级负荷优化分配系统输入输出装置。

图2是本发明的算法流程图；图中，4-根据电厂机组特性划分机组子群，5-优化求解各机组子群的最佳负荷分配状态空间，6-存储各机组子群最佳负荷分配状态空间的数据库，7-收到调度负荷调节指令，8-按煤耗最优或速率最优选择机组子群优化算法，得到各机组子群的最佳负荷，9-查询各机组子群的最佳负荷状态空间，下发到各机组控制系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

本用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法可基于如图1所示的厂级负荷优化分配系统来实现，其中主备控制器与电厂远动装置双向连接，采用双机热备用方式运行，接受电网的负荷指令，进行负荷优化计算，然后通过输入输出装置下发负荷指令到各台机组自动控制系统，同时按电网要求返回机组的相关信息到远动装置。

本用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，实施流程如图2所示，具体内容如下：

(1)首先根据厂内机组的特性，划分若干机组子群，任意机组子群表示为G_i，包含的机组台数为k_i，划分的原则可以是机组容量的差异、制粉系统的差异或是调节速率的差异。如某厂有10台机组，分别为4台350MW、6台360MW，若根据机组容量的差异则可划分为2个机组子群。

(2)然后建立各机组子群G_i的负荷优化分配模型，目标函数为：

$\begin{array}{c}\min \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{f}_{ij}\left(P_{ij}\right)=\min \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{a}_{ij}*{P_{ij}}^2+b_{ij}*P_{ij}+c_{ij}\\ \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{P}_{ij\_\min }\≤P_i\≤\underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{P}_{ij\_\max }\end{array};$

其中：P_i(MW)为机组子群G_i的总负荷，P_{ij_min},P_{ij_max}(MW)分别为第i个机组子群中第j台机组负荷的下限与上限，f_ij(P_ij)(kg标煤/kWh)为第i个机组子群中第j台机组在负荷P_ij(MW)下的煤耗，由该机组的煤耗特性方程：f_ij(P_ij)＝a_ij*P_ij ²+b_ij*P_ij+c_ij获得。

(3)在机组子群G_i的允许负荷区间内，每隔1MW选取一个值作为机组子群G_i的总负荷，由步骤(2)所述模型进行优化，获得机组子群G_i在允许负荷区间内各台机组的最佳负荷状态空间P_{i_opt}＝{P_{i1_opt},P_{i2_opt}......P_{iki_opt}}以及等效最佳煤耗特性方程：F_{i_opt}(P_i)＝a_i*P_i ²+b_i*P_i+c_i；

机组煤耗特性方程首次建立的数据来源于机组设计数据或是机组性能试验数据，后期可定时触发或是由人工触发更新，采用数据挖掘的方式获取，以更准确反应机组性能的蜕变，具体步骤如下：

a、在各台机组可行负荷区间内选取若干典型工况点，对各典型工况点下的煤耗数据进行聚类分析，煤耗数据可来源于电厂生产信息系统或煤耗监测系统；

b、获取各典型工况点支持度最高的类中心数据，作为该工况点下的机组基准煤耗；

c、将聚类分析获得的各机组在典型工况点下的基准煤耗进行拟合，得到各台机组的煤耗特性方程F_ij＝f_ij(P_ij)＝a_ij*P_ij ²+b_ij*P_ij+c_ij。

当某个机组子群内有机组进行煤耗特性更新时，需重复步骤(2)～(3)，以更新该机组子群的最佳负荷状态空间与最佳煤耗特性方程。

在电厂收到调度的总负荷指令时，可按指定的原则进行机组子群的负荷优化分配，如在调峰时间段可按速率优先法进行分配，其他阶段可按煤耗最优法进行分配。分配时可动态调整机组子群的允许负荷区间，首先根据调度下发的全厂总负荷指令P与电厂目前总负荷指令P₀以及电网要求的该厂全厂负荷调节速率V_req(MW/min)，计算此次调节的最大时间T_max＝|(P-P₀)|/V_rep，以及此次调节机组子群G_i的允许负荷区间：以提高模型的求解速率。其中P_ij0(MW)为第i个机组子群第j台机组的当前负荷，V_ij(MW/min)为第i个机组子群第j台机组的负荷变化速率。

在获得各机组子群最佳负荷后，查询各机组子群的最佳负荷状态空间，即可得到全厂各台机组的最佳负荷，进而下发到相应机组的DCS系统。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

实施例2

本用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配系统，包括主备控制器及相应的输入输出装置；所述主备控制器用于接收远动装置下发的全厂负荷指令，通过实施例1所述的所述负荷分配方法，得到各台机组的最佳负荷，下发给输入输出装置，同时接收输入输出装置采集的机组相关信息，上送到远动装置；所述输入输出装置用于向相应的机组DCS系统下发最佳负荷指令，并采集机组的相关运行信息。所述主备控制器为双机热备用方式，分别与远动装置双向连接。

本实施例2的工作原理和工作过程同实施例1，不再详述。

Claims (13)

1.一种用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据厂内机组特性，划分n个机组子群，对于任意机组子群表示为G_i，对应包含的机组台数为k_i，其中第j台机组在负荷P_ij(MW)下的煤耗为f_ij(P_ij)(kg标煤/kWh)；

(2)建立各机组子群G_i的负荷优化分配模型，目标函数为:

(3)在机组子群G_i的允许负荷区间内，每隔0.5～10MW选取一个值作为机组子群G_i的总负荷P_i，由步骤2所述模型进行优化，获得机组子群G_i在允许负荷区间内各台机组的最佳负荷状态空间P_{i_opt}＝{P_{i1_opt},P_{i2_opt}......P_{iki_opt}}以及机组子群G_i的等效最佳煤耗F_{i_opt}(P_i)；

(4)电厂在收到调度下发的全厂总负荷指令P后，只需按特定原则进行各机组子群的负荷优化分配，获得各机组子群G_i的最佳负荷P_{i_opt}，然后通过查询对应最佳负荷状态空间P_{i_opt}＝{P_{i1_opt},P_{i2_opt}......P_{iki_opt}}，即得到厂内各台机组的最佳负荷，进而下发到相应机组的DCS系统,n为机组数量，n≥1,i的取值为1～n，ki为第i个子群内机组数量，ki﹥1,j的取值为1～ki。

2.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中，厂内机组子群的划分按照机组容量或机组制粉系统类型或机组调节速率进行划分。

3.如权利要求2所述的一种用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：机组制粉系统类型为中间仓储或直吹式。

4.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中，机组子群G_i内第j台机组在负荷P_ij下的煤耗f_ij(P_ij)可由煤耗特性方程：f_ij(P_ij)＝a_ij*P_ij ²+b_ij*P_ij+c_ij获得。

5.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中，每台机组煤耗特性方程定期更新，更新方式可人工触发或周期性触发。

6.如权利要求5所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于每台机组煤耗特性方程的更新方法包括如下步骤：

(1)在各台机组可行负荷区间内选取若干典型工况点，对各典型工况点的煤耗数据进行聚类分析；

(2)获取各典型工况点支持度最高的类中心数据，作为该工况点下的机组基准煤耗；

(3)将聚类分析获得的各机组在各典型工况点下的基准煤耗进行拟合，得到各台机组的煤耗特性方程F_ij＝f_ij(P_ij)＝a_ij*P_ij ²+b_ij*P_ij+c_ij。

7.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中，各机组子群G_i的负荷优化分配模型具体如下：

$\min \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{f}_{ij}\left(P_{ij}\right)=\min \underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{a}_{ij}*{P_{ij}}^2+b_{ij}*P_{ij}+c_{ij}$

$\underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{P}_{ij\_\min }\≤P_i\≤\underset{j=1}{\overset{k_i}{\Σ}}{P}_{ij\_\max }$

其中：P_{ij_min},P_{ij_max}(MW)分别为第i个机组子群中第j台机组负荷的下限与上限。

8.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(3)中，机组子群G_i的等效最佳煤耗特性可由方程：F_{i_opt}(P_i)＝a_i*P_i ²+b_i*P_i+c_i表示。

9.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述全厂机组子群的负荷分配方法按调节速率优先法分配，所述调节速率优先法的分配过程为：让调节速率高的机组子群承担较大的调节负荷，以快速响应电网调频的要求。

10.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述全厂机组子群的负荷分配方法按按煤耗最优进行分配，即目标函数为：

$\min \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{i\_opt}\left(P_i\right)=\min \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i*{P_i}^2+b_i*P_i+c_i$

11.如权利要求1所述的用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述全厂机组子群的负荷分配方法中可动态调整机组子群的允许负荷区间，以提高模型求解速率，步骤如下：

(1)根据调度下发的全厂总负荷指令P与电厂目前总负荷指令P₀以及电网要求的该厂全厂负荷调节速率V_req(MW/min)，计算此次调节的最大时间T_max＝|(P-P₀)|/V_rep；

(2)进而计算此次调节机组子群G_i的允许负荷区间：

其中P_ij0(MW)为第i个机组子群第j台机组的当前负荷，V_ij(MW/min)为第i个机组子群第j台机组的负荷变化速率。

12.一种用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配系统，其特征在于：包括主备控制器及相应的输入输出装置；

所述主备控制器用于接收远动装置下发的全厂负荷指令，通过权利要求1-11中任一项所述的所述负荷分配方法，得到各台机组的最佳负荷，下发给输入输出装置，同时接收输入输出装置采集的机组相关信息，上送到远动装置；

所述输入输出装置用于向相应的机组DCS系统下发最佳负荷指令，并采集机组的相关运行信息。

13.如权利12所述用于火电厂厂级自动发电控制系统的负荷优化分配系统，其特征在于：主备控制器为双机热备用方式，分别与远动装置双向连接。