專利名稱:設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算方法以及最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及自家用發(fā)電設(shè)備的最優(yōu)化運行系統(tǒng),以及用于該系統(tǒng)中的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算方法和最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算程序。
背景技術(shù):
一般來講,工廠內(nèi)為了使供給電和蒸氣的自家用發(fā)電設(shè)備在最優(yōu)運轉(zhuǎn)點運轉(zhuǎn)而進(jìn) 行運轉(zhuǎn)控制,在進(jìn)行該運轉(zhuǎn)控制的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中,為了使從鍋爐燃料或電力系統(tǒng) 接受的電量的運轉(zhuǎn)成本最小化,確定鍋爐輸出功率、渦輪主蒸氣量、抽氣量、發(fā)電機輸出功 率,進(jìn)行以這些值為目標(biāo)值的控制。這樣的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)具有自動控制裝置,對設(shè)備的蒸氣壓力、流量和發(fā)電 機輸出進(jìn)行控制;最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算裝置,利用經(jīng)由該自動控制裝置而輸入的設(shè)備的狀態(tài)量、 設(shè)備的最優(yōu)化模型及其參數(shù),通過規(guī)定的計算式來進(jìn)行計算,從而計算出使設(shè)備的運轉(zhuǎn)成 本最小化的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,并作為上述的自動控制裝置的設(shè)定值而輸出該最優(yōu)運轉(zhuǎn)點(例如 參照專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。而且,這樣的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點是通過解析下式的最優(yōu)化模型 來計算出的。式1目標(biāo)函數(shù)Σ Cj^FFj (燃料成本)…(1)約束條件Σ Ei = EL (電力供求平衡)…(2)Σ Sr Σ SHi = SHL (高壓蒸氣供求平衡)…(3)Σ SMi = SML (中壓蒸氣供求平衡)…(4)Σ SLi = SLL (低壓蒸氣供求平衡)…(5)Sj = fj (FFj),j = 1,…,η (鍋爐的輸入輸出特性)…(6)SHi = gi(E” SMi, SLi), i = 1,...,m(渦輪和發(fā)電機的輸入輸出特性)…(7)(各變量的上下閾值以及等式約束)…(8)在此,以下是最優(yōu)化變量。式2FFj:鍋爐j的燃料流量Sj 鍋爐j的蒸氣輸出功率SHi 渦輪發(fā)電機i的主蒸氣流量SMi 渦輪發(fā)電機i的中壓蒸氣的抽氣流量SLi 渦輪發(fā)電機i的低壓蒸氣的抽氣流量
Ei 渦輪發(fā)電機i的發(fā)電機輸出功率以下是參數(shù)。式3Cj 鍋爐j的燃料成本fj 鍋爐j的輸入輸出特性函數(shù)gi 渦輪發(fā)電機i的輸入輸出特性函數(shù)EL, SHL, SML, SLL 電力,高壓蒸氣,中壓蒸氣,低壓蒸氣的各負(fù)荷在這樣的以往的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中,作為在工廠內(nèi)的生產(chǎn)中所使用的蒸氣的約束條件,如(3) (5)式所示,僅考慮了蒸氣的供求平衡。然而,在實際的設(shè)備中,由于存 在用于向工廠內(nèi)供給生產(chǎn)用蒸氣的配管網(wǎng),因此,在設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中計算出的各發(fā) 電機的主蒸氣量和抽氣量實際上是否能夠輸出以及實際上是否能夠供給蒸氣負(fù)荷都是未 知的。專利文獻(xiàn)1 日本特開2000-78749號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-190620號公報
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的以往技術(shù)中的問題而作出的,目的在于提供一種能夠考慮在 蒸氣配管網(wǎng)處的蒸氣流(蒸気潮流)使運轉(zhuǎn)成本最小化的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)以及用于該 系統(tǒng)中的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算方法、程序。本發(fā)明的一個技術(shù)特征在于,提供一種設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),其特征在于,具備 最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算單元,用于計算自家用發(fā)電設(shè)備的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點;以及自動控制單元,根據(jù)最 優(yōu)運轉(zhuǎn)點對設(shè)備進(jìn)行自動控制,上述最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算單元將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函 數(shù),將電力供求平衡、蒸氣流方程式、蒸氣供求平衡、鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電機的輸 入輸出特性、變量的上下閾值作為約束條件,通過內(nèi)部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,找 出最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,并將該最優(yōu)運轉(zhuǎn)點作為目標(biāo)值輸出至上述自動控制單元。本發(fā)明的其他的特征在于,提供一種最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算方法,用于計算自家用發(fā)電 設(shè)備的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,其特征在于,將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函數(shù),將電力供求平衡、蒸 氣流方程式、蒸氣供求平衡、鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電機的輸入輸出特性、變量的上 下閾值作為約束條件,通過內(nèi)部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,找出最優(yōu)運轉(zhuǎn)點。本發(fā)明的另一個其他的特征在于,提供一種最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算程序,利用計算機來 計算自家用發(fā)電設(shè)備的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,其特征在于,將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函數(shù),將電 力供求平衡、蒸氣流方程式、蒸氣供求平衡、鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電健的輸入輸出 特性、變量的上下閾值作為約束條件,通過內(nèi)部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,找出最優(yōu) 運轉(zhuǎn)點。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明,提供一種能夠考慮在蒸氣配管網(wǎng)處的蒸氣流以實現(xiàn)運轉(zhuǎn)成本最小化 的設(shè)備運轉(zhuǎn)的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)以及用于該系統(tǒng)中的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算方法、程序。
圖1是本發(fā)明的一個實施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)的框圖。圖2是表示通過上述實施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)來進(jìn)行運轉(zhuǎn)控制的自家用發(fā)電設(shè)備的高壓蒸氣配管網(wǎng)的圖。圖3是說明上述實施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中的設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的 最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部所使用的水頭損失式的圖。圖4是說明上述實施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中的設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的 最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部所使用的節(jié)點方程式的圖。圖5是表示上述實施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)中的設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的 處理的流程圖。
具體實施例方式以下,參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明的一個實 施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)包括設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng) 1以及基于最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)1來進(jìn)行運轉(zhuǎn)控制的自家用發(fā)電設(shè)備10。而且設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn) 控制系統(tǒng)1具備數(shù)據(jù)輸入部2、最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3、設(shè)備模型存儲部4、數(shù)據(jù)輸出部5、自動 控制裝置9。數(shù)據(jù)輸入部2用于通過自動控制裝置9輸入自家用發(fā)電設(shè)備10的電力負(fù)荷和/ 或蒸氣負(fù)荷等的狀態(tài)量,所輸入的狀態(tài)量被發(fā)送至最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3。設(shè)備模型存儲部4 用于存儲包含作為規(guī)定的計算式的蒸氣流方程式的設(shè)備的最優(yōu)化模型及其參數(shù),這些模型 被發(fā)送至最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3。最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3根據(jù)從數(shù)據(jù)輸入部2發(fā)送過來的設(shè)備的狀態(tài)量和從設(shè)備模型 存儲部4發(fā)送過來的最優(yōu)化模型,利用后述的數(shù)理規(guī)劃法等的最優(yōu)化手法,計算使設(shè)備的 運轉(zhuǎn)成本變?yōu)樽钚〉倪\轉(zhuǎn)點,以此作為最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,并將計算出的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點向自動控制 裝置9發(fā)送,并且通過數(shù)據(jù)輸出部5將該最優(yōu)運轉(zhuǎn)點顯示在顯示器(未圖示)的畫面上,或 者通過打印機(未圖示)打印出來。自動控制裝置9進(jìn)行如下控制讀入自家用發(fā)電設(shè)備10的狀態(tài)量并發(fā)送至數(shù)據(jù)輸 入部2,此外,接收在最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3中計算出的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,根據(jù)該最優(yōu)運轉(zhuǎn)點來跟 蹤自家用發(fā)電設(shè)備10的該機器的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點的目標(biāo)值。自家用發(fā)電設(shè)備10包括鍋爐11、12,渦輪(1\、T2) 13、14,發(fā)電機(G” G2) 15、16以
及連接它們的蒸氣配管和電流母線等,向工廠內(nèi)供給電力負(fù)荷17、高壓蒸氣負(fù)荷18、中壓 蒸氣負(fù)荷19、低壓蒸氣負(fù)荷20。圖2示出了工廠內(nèi)的高壓蒸氣配管網(wǎng)30。鍋爐11、12所供給的高壓蒸氣除了被渦 輪13、14消耗外,工廠內(nèi)的高壓蒸氣負(fù)荷18在實際的工廠內(nèi)還通過配管網(wǎng)而作為高壓蒸氣 負(fù)荷(1)21、高壓蒸氣負(fù)荷(2) 22被消耗。接著,對在最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3中被計算的最優(yōu)化模型進(jìn)行說明。自家用發(fā)電設(shè) 備10的結(jié)構(gòu)如上所述。如圖2所述,將來自鍋爐11、12的供給點、向渦輪13、14的供給點、 分支點和負(fù)荷供給點分別作為節(jié)點表示為〇1 〇7,將節(jié)點之間作為管路表示為Δ 1 Δ 6。高壓蒸氣配管網(wǎng)30作為7節(jié)點6管路的模型而被示出。圖3是說明水頭損失式的圖,圖4是說明節(jié)點方程式的圖。以下,使用圖2 圖4來說明蒸氣流方程式。在圖3中,假設(shè)節(jié)點〇i以及〇j的 蒸氣壓力分別是Pi、Pp管路Δ k的蒸氣流量是Fk,則管路的水頭損失式可以表示如下。式4Pi-Pj = Rk*Fk2... (9)在此,Rk是表示管摩擦的系數(shù)。此外,在圖4中,從與節(jié)點〇k連接的管路流出的蒸氣流量Fi的和與向節(jié)點〇k供 給的蒸氣供給量Qk相等,因此節(jié)點方程式可以表示如下。式5Σ Fi = Qk... (10)因此,圖2的高壓蒸氣配管網(wǎng)30的蒸氣流方程式可以表示如下。式6
<formula>formula see original document page 6</formula>
即,[F2] = YCtP- (11)式7
<formula>formula see original document page 6</formula>
即,CF = Q... (12)在上述的具有蒸氣配管網(wǎng)的自家用發(fā)電設(shè)備中,將鍋爐以及渦輪發(fā)電機的輸入輸 出特性、電力以及蒸氣的供求平衡以及蒸氣的潮流方程式作為約束條件,通過解析下式的最優(yōu)化模型來計算可使鍋爐的燃料成本最小化的鍋爐以及渦輪發(fā)電機的運轉(zhuǎn)點。式8目標(biāo)函數(shù)=CdFFAC^FF2 (燃料成本)…(13)約束條件EfE2 = EL(電力供求平衡)···(14)[F2] = Y*CT*P (高壓蒸氣水頭損失式)…(I5)Q = OF (高壓蒸氣節(jié)點方程式)…(16)SMfSM2 = SML (中壓蒸氣供求平衡)…(17)SLfSL2 = SLL (低壓蒸氣供求平衡)…(I8)S1 = (FF1)(鍋爐11的輸入輸出特性)...(19)S2 = f2 (FF2)(鍋爐12的輸入輸出特性)...(20)SH1 = gl (E1, SM1, SL1)(渦輪13和發(fā)電機15的輸入輸出特性)... (21)SH2 = g2 (E2, SM2, SL2)(渦輪14和發(fā)電機16的輸入輸出特性)... (22)(各變量的上下閾值以及等式約束)…(23)在此,下面是最優(yōu)化變量。式9FF1, FF2 鍋爐11,12的燃料流量S1, S2 鍋爐11,12的蒸氣輸出功率SH1, SH2 渦輪13,14的主蒸氣流量SM1, SM2 渦輪13,14的中壓蒸氣的抽氣流量SL1, SL2 潤輪13,14的低壓蒸氣的抽氣流量E1, E2 發(fā)電機15,16的發(fā)電機輸出功率P = [P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7Jt 高壓蒸氣配管的節(jié)點壓力矢量F = [F1 F2 F3 F4 F5 F6Jt 高壓蒸氣配管的管路流量矢量[F2] = [F12 F22 F32 F42 F52 F62Jt 將F的各要素的平方作為要素的矢量Q= [-SH1 S1 0 S2 -SHL1 -SH2 -SHL2]τ 節(jié)點流入矢量下面是參數(shù)。式10C1, C2 鍋爐11,12的燃料成本f17 f2 鍋爐11,12的輸入輸出特性函數(shù)gl, g2 潤輪13,14和發(fā)電機15,16的輸入輸出特性函數(shù)EL, SML, SLL 電力負(fù)荷17,中壓蒸氣負(fù)荷19,低壓蒸氣負(fù)荷20SHL = SHJSH2 高壓蒸氣負(fù)荷18 =高壓蒸氣負(fù)荷21+高壓蒸氣負(fù)荷22C 高壓蒸氣配管網(wǎng)的節(jié)點及管路連接矩陣Y = diag[l/Rk]將表示管摩擦的系數(shù)的倒數(shù)作為對角要素的矩陣在這些參數(shù)中,電力負(fù)荷EL、高壓蒸氣負(fù)荷SH1、SH2、中壓蒸氣負(fù)荷SML,低壓蒸氣 負(fù)荷SLL是作為狀態(tài)量而從數(shù)據(jù)輸入部2被供給的,其他的參數(shù)是從設(shè)備模型存儲部4被讀入的。從(13)式到(23)式所表示的最優(yōu)化問題是非線性規(guī)劃問題,可以適用非線性規(guī) 劃法作為最優(yōu)化手法。尤其是,可以將各機器的輸入輸出特性(19)式 (22)式近似表示 為二次函數(shù),以此來適用二次約束二次規(guī)劃法。此外,可以通過將(19)式 (22)式逐次進(jìn) 行線性近似(逐次Π形近似),以此來適用逐次線性規(guī)劃法。接著,對基于本實施方式中的設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)1的自家用發(fā)電設(shè)備10的最 優(yōu)運轉(zhuǎn)控制動作、用于該系統(tǒng)的最優(yōu)運轉(zhuǎn)方法以及為了實施該最優(yōu)運轉(zhuǎn)方法而存入該系統(tǒng) 中的最優(yōu)運轉(zhuǎn)程序進(jìn)行說明。圖5是表示本實施方式的設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)1的處理的 流程圖。設(shè)備最優(yōu)運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)1首先由數(shù)據(jù)輸入部2通過自動控制裝置9輸入設(shè)備10 的狀態(tài)量,此外,通過從設(shè)備模型存儲部4讀入數(shù)據(jù),從而準(zhǔn)備在最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3中被 處理的數(shù)據(jù)(S201)。然后,最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3編制(13)式 (23)式的蒸氣流方程式(S202)。然后, 使用該蒸氣流方程式進(jìn)行最優(yōu)化計算,計算最優(yōu)運轉(zhuǎn)點(S203)。計算出的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點通過 數(shù)據(jù)輸出部5而顯示在顯示器的畫面等上(S204),此外,將最優(yōu)運轉(zhuǎn)點向自動控制裝置9輸 出(S205)。自動控制裝置9將來自最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部3的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點作為控制量,對燃料流 量進(jìn)行控制,并控制主蒸氣流量、中壓蒸氣的抽氣流量、低壓蒸氣的抽氣流量,此外,通過控 制發(fā)電機輸出功率,持續(xù)進(jìn)行最優(yōu)運轉(zhuǎn)。由此,根據(jù)本實施方式的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),能夠考慮蒸氣配管網(wǎng)處的蒸氣流 使自家用發(fā)電設(shè)備10實現(xiàn)運轉(zhuǎn)成本最小化的運轉(zhuǎn),而且獲得的設(shè)備的運轉(zhuǎn)點能夠可靠地 進(jìn)行運轉(zhuǎn),還能夠可靠地提供蒸氣負(fù)荷。
權(quán)利要求
一種設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),其特征在于,具備最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算單元,用于計算自家用發(fā)電設(shè)備的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點;以及自動控制單元,根據(jù)最優(yōu)運轉(zhuǎn)點對設(shè)備進(jìn)行自動控制,上述最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算單元將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函數(shù),將電力供求平衡、蒸氣流方程式、蒸氣供求平衡、鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電機的輸入輸出特性、變量的上下閾值作為約束條件,通過內(nèi)部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,找出最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,并將該最優(yōu)運轉(zhuǎn)點作為目標(biāo)值輸出至上述自動控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),其特征在于, 上述蒸氣流方程式包含蒸氣的壓力和流量的關(guān)系式。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),其特征在于, 上述最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算單元能夠適用非線性規(guī)劃法。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),其特征在于, 上述非線性規(guī)劃法是二次約束二次規(guī)劃法。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng),其特征在于, 上述非線性規(guī)劃法是逐次線性規(guī)劃法。
6.一種最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算方法,用于計算自家用發(fā)電設(shè)備的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,其特征在于, 將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函數(shù),將電力供求平衡、蒸氣流方程式、蒸氣供求平衡、鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電機的輸入輸出特性、變量的上下閾值作為約束條件,通過內(nèi) 部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,找出最優(yōu)運轉(zhuǎn)點。
7.一種最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算程序,利用計算機來計算自家用發(fā)電設(shè)備的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,其特 征在于,將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函數(shù),將電力供求平衡、蒸氣流方程式、蒸氣供求平衡、 鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電機的輸入輸出特性、變量的上下閾值作為約束條件,通過內(nèi) 部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,找出最優(yōu)運轉(zhuǎn)點。
全文摘要
提供一種能夠考慮自家用發(fā)電設(shè)備的蒸氣配管網(wǎng)處的蒸氣流從而使運轉(zhuǎn)成本最小化的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)。本發(fā)明的設(shè)備最優(yōu)化運行系統(tǒng)具備用于計算自家用發(fā)電設(shè)備(10)的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點的最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部(3)以及根據(jù)最優(yōu)運轉(zhuǎn)點對設(shè)備進(jìn)行自動控制的自動控制裝置(9),最優(yōu)運轉(zhuǎn)點計算部(3)將使燃料成本最小化作為目標(biāo)函數(shù),將電力供求平衡、蒸氣流方程式、蒸氣供求平衡、鍋爐的輸入輸出特性、渦輪發(fā)電機的輸入輸出特性、變量的上下閾值作為約束條件,通過在內(nèi)部存儲的規(guī)定的運算式來進(jìn)行運算,從而找出最優(yōu)運轉(zhuǎn)點,并將該最優(yōu)運轉(zhuǎn)點作為目標(biāo)值輸出至自動控制裝置。
文檔編號G05B13/02GK101825867SQ20091000457
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者巖淵一德, 村井雅彥, 村山大 申請人:株式會社東芝