基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法，所述步驟包括：步驟1、從廠內(nèi)各臺(tái)機(jī)組的DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里讀取給定時(shí)刻的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括工質(zhì)側(cè)、煙氣側(cè)全流程的溫度、壓力、流量等測(cè)點(diǎn)；步驟2、結(jié)合工質(zhì)物性參數(shù)庫、煙氣物性參數(shù)庫，以及全流程能量衡算模型，在線更新每臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線；步驟3、在當(dāng)前負(fù)荷調(diào)度周期內(nèi)，設(shè)置中調(diào)總負(fù)荷指令及負(fù)荷調(diào)度模式，實(shí)時(shí)優(yōu)化算法根據(jù)各臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷分配。本發(fā)明具有成本低、計(jì)算速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)燃煤電站的優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能減排具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
【專利說明】基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及火力發(fā)電控制領(lǐng)域的調(diào)度方法，具體地，涉及一種基于煤耗特性曲線 在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 自廠網(wǎng)分離政策實(shí)施以來，電網(wǎng)以競(jìng)價(jià)招標(biāo)的方式向電廠購電，這就對(duì)電廠并網(wǎng) 供電提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在電價(jià)、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等方面。為了在滿足電網(wǎng)各項(xiàng) 要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，以提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，電廠對(duì)機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化與控制有 著迫切的需求。廠內(nèi)不同機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)、煤種、運(yùn)行水平等都存在著一定的差異，造成各 臺(tái)機(jī)組在同一負(fù)荷出力下的煤耗量并不相同，這一總體效率通常用負(fù)荷-煤耗特性曲線表 征。顯然，在不同機(jī)組間進(jìn)行合理的負(fù)荷分配，可以使電廠在滿足電網(wǎng)中調(diào)總負(fù)荷指令的同 時(shí)，盡可能地發(fā)揮各臺(tái)機(jī)組的最優(yōu)性能，從而達(dá)到降低總煤耗的目的。
[0003] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01310194342. 7,
【公開日】2013-9-25,記 載了一種基于改進(jìn)多目標(biāo)粒子群算法的環(huán)境經(jīng)濟(jì)發(fā)電調(diào)度方法，以燃料費(fèi)用最低和污染氣 體排放量最少為調(diào)度目標(biāo)，該方法采用了多目標(biāo)粒子群算法實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)調(diào)度， 但它采用了固定的機(jī)組煤耗特性、污染物排放特性，不能動(dòng)態(tài)反映機(jī)組特性的時(shí)變性；同時(shí) 粒子群算法相對(duì)復(fù)雜，工程上不易實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更 新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法。該發(fā)明利用機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到平穩(wěn)負(fù)荷下的平均煤耗 點(diǎn)，進(jìn)而滾動(dòng)更新各機(jī)組的煤耗特性曲線，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多模式下的負(fù)荷調(diào)度，對(duì)我國(guó) 燃煤電站的優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能減排具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述方法具體包括以下步驟：
[0006] 步驟1、從廠內(nèi)各臺(tái)機(jī)組的分布式控制系統(tǒng)（DCS)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里讀取給定時(shí)刻 的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括工質(zhì)側(cè)、煙氣側(cè)全流程的溫度、壓力、流量以及機(jī)組功率測(cè)點(diǎn)。
[0007] 步驟2、結(jié)合工質(zhì)物性參數(shù)庫、煙氣物性參數(shù)庫，以及全流程能量衡算模型，在線更 新每臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線；
[0008] 所述的全流程能量衡算模型包括計(jì)算工質(zhì)在水冷壁、各級(jí)過熱器/再熱器、省煤 器中的吸熱量，金屬壁蓄放熱量，以及鍋爐熱損失；
[0009] 所述的煤耗特性曲線表征機(jī)組負(fù)荷與標(biāo)準(zhǔn)煤耗量的關(guān)系，采用多項(xiàng)式回歸；
[0010] 優(yōu)選地，煤耗特性曲線采用最小二乘方法對(duì)負(fù)荷與煤耗量的關(guān)系進(jìn)行二次多項(xiàng)式 回歸。
[0011] 所述的在線更新機(jī)組的煤耗特性曲線的方法，具體為：
[0012] 建立平均煤耗矩陣4，…，A1(l，每個(gè)矩陣維數(shù)均為20行2列。將負(fù)荷區(qū)間[Pmin，P max] 分成等長(zhǎng)的10段，第i段對(duì)應(yīng)矩陣Ai。矩陣Ai存放對(duì)應(yīng)負(fù)荷范圍內(nèi)的20組平均煤耗點(diǎn) (P，C)。Ai矩陣依次疊放組合構(gòu)成200行2列的矩陣A。其中Pmin，Pmax為機(jī)組允許的最小和 最大負(fù)荷。
[0013] 建立瞬時(shí)煤耗矩陣B，行數(shù)可變，列數(shù)為2。用于記錄在線運(yùn)行時(shí)某一穩(wěn)定負(fù)荷下 的瞬時(shí)煤耗點(diǎn)（P，c)。瞬時(shí)煤耗點(diǎn)的均值即為平均煤耗點(diǎn)。
[0014] 在每一個(gè)時(shí)刻，首先判斷當(dāng)前時(shí)刻負(fù)荷P是否平穩(wěn)：
[0015] 若負(fù)荷平穩(wěn)，則根據(jù)全流程能量衡算模型，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的入爐煤總能量輸出Q， 進(jìn)而得到標(biāo)煤耗量C (標(biāo)煤低位發(fā)熱量29. 3MJ/kg)，并存入矩陣B。
[0016] 否則，若上一時(shí)刻負(fù)荷平穩(wěn)，則說明負(fù)荷剛由平穩(wěn)負(fù)荷狀態(tài)切換至變負(fù)荷狀態(tài)，對(duì) 矩陣B中的瞬時(shí)煤耗點(diǎn)中的元素P、C分別求均值得到平均煤耗點(diǎn)，并將該新的平均煤耗點(diǎn) 根據(jù)P的范圍滾動(dòng)存入對(duì)應(yīng)的矩陣&，然后清空矩陣B，對(duì)A矩陣進(jìn)行回歸得到新的煤耗特 性曲線。
[0017] 若上一時(shí)刻負(fù)荷不平穩(wěn)，說明當(dāng)前時(shí)刻仍處于變負(fù)荷狀態(tài)，則不作任何修改。
[0018] 所述的判斷負(fù)荷平穩(wěn)的方法，具體為：
[0019] 用flag標(biāo)記負(fù)荷狀態(tài)，flag = 0表示平穩(wěn)負(fù)荷，flag = 1表示變負(fù)荷；同時(shí)定義 平穩(wěn)負(fù)荷計(jì)數(shù)器和變負(fù)荷計(jì)數(shù)器；在當(dāng)前時(shí)刻，滾動(dòng)更新由前N個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷數(shù)據(jù)組成的 負(fù)荷時(shí)間序列Ρ(1)，Ρ(2)，Ρ(3)，"·，Ρ(Ν)。然后分別計(jì)算該向量的以下指標(biāo)：平均斜率、極 差、方差。其中，平均斜率是指（Ν-1)個(gè)斜率的算術(shù)平均。（Ν-1)個(gè)斜率按如下方法計(jì)算： [P(N)-P(N-1)]/At, [P (N)-P (N-2) ]/ (2 Δ t), [P (N)-P (N-3) ]/ (3 Δ t), -, [P(N)-P(1)]/ [(Ν-1) Δ t]。
[0020] 判斷負(fù)荷狀態(tài)的條件：
[0021] (a)平均斜率絕對(duì)值大于閾值ΤΑ ; (b)極差大于閾值TB ; (c)方差大于閾值TC。
[0022] 負(fù)荷狀態(tài)判斷步驟：
[0023] 根據(jù)上一個(gè)采樣時(shí)刻的負(fù)荷狀態(tài)和當(dāng)前時(shí)刻的判斷負(fù)荷狀態(tài)條件，判斷當(dāng)前時(shí)刻 的負(fù)荷狀態(tài)：
[0024] 若上一時(shí)刻為穩(wěn)定負(fù)荷狀態(tài)（flag = 0)，則只要（a)、（b)、（c)三個(gè)條件中至少一 個(gè)得到滿足，變負(fù)荷計(jì)數(shù)器記數(shù)增加1，否則變負(fù)荷計(jì)數(shù)器清零且flag置0 ;如果變負(fù)荷計(jì) 數(shù)器中的數(shù)值超過一定的閾值MB，則判斷負(fù)荷已處于變負(fù)荷狀態(tài)，將flag置1并將穩(wěn)定負(fù) 荷計(jì)數(shù)器清零；
[0025] 若上一時(shí)刻為變負(fù)荷狀態(tài)（flag = 1)，則當(dāng)（a)、（b)、（c)三個(gè)條件均不滿足時(shí)， 穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)數(shù)器記數(shù)增加1，否則穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)數(shù)器清零且flag置1 ;如果穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)數(shù)器中 的數(shù)值超過一定的閾值MW，則判斷負(fù)荷已處于穩(wěn)定負(fù)荷狀態(tài)，將flag置0并將變負(fù)荷計(jì)數(shù) 器清零。
[0026] 閾值TA，TB，TC分別根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中的穩(wěn)定負(fù)荷與變負(fù)荷狀態(tài)下的平均斜率 絕對(duì)值、極差、方差的統(tǒng)計(jì)值確定，MB、MW根據(jù)變負(fù)荷切換時(shí)間的歷史統(tǒng)計(jì)特征加以確定。
[0027] 步驟3、在當(dāng)前的負(fù)荷調(diào)度周期內(nèi)，設(shè)置中調(diào)總負(fù)荷指令及負(fù)荷調(diào)度模式，實(shí)時(shí)優(yōu) 化算法根據(jù)各臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷分配。
[0028] 所述的多模式廠級(jí)負(fù)荷調(diào)度方法，包括簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度、允許啟停經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào) 度、最速響應(yīng)負(fù)荷調(diào)度、經(jīng)濟(jì)與快速多目標(biāo)負(fù)荷調(diào)度4種模式；
[0029] 所述4種負(fù)荷調(diào)度模式根據(jù)運(yùn)行需要選擇其中之一；
[0030] 所述實(shí)時(shí)優(yōu)化算法可以采用非線性優(yōu)化方法，如單純形算法，或啟發(fā)式算法，如模 擬退火算法；
[0031] 所述4種負(fù)荷調(diào)度模式下的最優(yōu)化問題為：
[0032] (1)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度

【權(quán)利要求】
1. 一種基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法，其特征在于，該方法 具體包括以下步驟： 步驟1、從廠內(nèi)各臺(tái)機(jī)組的分布式控制系統(tǒng)DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里讀取給定時(shí)刻的實(shí)時(shí) 運(yùn)行數(shù)據(jù)，的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里讀取給定時(shí)刻的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括工質(zhì)側(cè)、煙氣側(cè)全流程的溫 度、壓力、流量以及機(jī)組功率測(cè)點(diǎn)； 步驟2、結(jié)合工質(zhì)物性參數(shù)庫、煙氣物性參數(shù)庫，以及全流程能量衡算模型，在線更新每 臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線； 步驟3、在當(dāng)前負(fù)荷調(diào)度周期內(nèi)，設(shè)置中調(diào)總負(fù)荷指令及負(fù)荷調(diào)度模式，實(shí)時(shí)優(yōu)化算法 根據(jù)各臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法，其 特征在于，步驟2所述的全流程能量衡算模型包括計(jì)算工質(zhì)在水冷壁、各級(jí)過熱器/再熱 器、省煤器中的吸熱量，金屬壁蓄放熱量，以及鍋爐熱損失；所述的煤耗特性曲線表征機(jī)組 負(fù)荷與標(biāo)準(zhǔn)煤耗量的關(guān)系，采用多項(xiàng)式回歸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方 法，其特征在于，步驟2所述的在線更新機(jī)組的煤耗特性曲線，具體為： 建立平均煤耗矩陣4，…，A1(l，每個(gè)矩陣維數(shù)均為20行2列，將負(fù)荷區(qū)間[Pmin，P max]分成 等長(zhǎng)的10段，第i段對(duì)應(yīng)矩陣Αρ矩陣Ai存放對(duì)應(yīng)負(fù)荷范圍內(nèi)的20組平均煤耗點(diǎn)（P，C)，Ai 矩陣依次疊放組合構(gòu)成200行2列的矩陣A，其中P min，Pmax為機(jī)組允許的最小和最大負(fù)荷； 建立瞬時(shí)煤耗矩陣B，行數(shù)可變，列數(shù)為2,用于記錄在線運(yùn)行時(shí)某一穩(wěn)定負(fù)荷下的瞬 時(shí)煤耗點(diǎn)（P，C)，瞬時(shí)煤耗點(diǎn)的均值即為平均煤耗點(diǎn)； 在每一時(shí)刻，首先判斷當(dāng)前時(shí)刻負(fù)荷P是否平穩(wěn)，負(fù)荷狀態(tài)分為平穩(wěn)負(fù)荷和變負(fù)荷： 若負(fù)荷平穩(wěn)，則根據(jù)全流程能量衡算模型，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的入爐煤總能量輸出Q，進(jìn)而 得到標(biāo)煤耗量C，并存入矩陣B; 否則，若上一時(shí)刻負(fù)荷平穩(wěn)，說明負(fù)荷剛由平穩(wěn)負(fù)荷狀態(tài)切換至變負(fù)荷狀態(tài)，則對(duì)矩陣 B中的瞬時(shí)煤耗點(diǎn)中的元素P、C分別求均值得到平均煤耗點(diǎn)，并將該新的平均煤耗點(diǎn)根據(jù) P的范圍滾動(dòng)存入對(duì)應(yīng)的矩陣化，然后清空矩陣B，對(duì)A矩陣進(jìn)行回歸得到新的煤耗特性曲 線. 若上一時(shí)刻負(fù)荷不平穩(wěn)，說明當(dāng)前時(shí)刻仍處于變負(fù)荷狀態(tài)，則不作任何修改。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線更新每臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線的方法，其特征在于，所 述的負(fù)荷平穩(wěn)，判斷方法具體為： 用flag標(biāo)記負(fù)荷狀態(tài)，flag = 0表示平穩(wěn)負(fù)荷，flag = 1表示變負(fù)荷；同時(shí)定義平 穩(wěn)負(fù)荷計(jì)數(shù)器和變負(fù)荷計(jì)數(shù)器；在當(dāng)前時(shí)刻，滾動(dòng)更新由前N個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷數(shù)據(jù)組成的負(fù) 荷時(shí)間序列P(l)，P(2)，P(3)，…，P(N)，然后分別計(jì)算該向量的以下指標(biāo)：平均斜率、極 差、方差，其中，平均斜率是指（N-1)個(gè)斜率的算術(shù)平均，（N-1)個(gè)斜率按如下方法計(jì)算： [P(N)-P(N-1)]/At, [P (N)-P (N-2) ]/ (2 Δ t), [P (N)-P (N-3) ]/ (3 Δ t), -, [P(N)-P(1)]/ [(N-1) At]； 判斷負(fù)荷狀態(tài)的條件： (a)平均斜率絕對(duì)值大于閾值ΤΑ ; (b)極差大于閾值TB ; (c)方差大于閾值TC ; 所述負(fù)荷狀態(tài)判斷步驟： 根據(jù)上一個(gè)采樣時(shí)刻的負(fù)荷狀態(tài)和當(dāng)前時(shí)刻的判斷負(fù)荷狀態(tài)條件，判斷當(dāng)前時(shí)刻的負(fù) 荷狀態(tài)： 若上一時(shí)刻為平穩(wěn)負(fù)荷狀態(tài)（flag = 0)，則只要（a)、(b)、（c)三個(gè)條件中至少一個(gè)得 到滿足，變負(fù)荷計(jì)數(shù)器記數(shù)增加1，否則變負(fù)荷計(jì)數(shù)器清零且flag置0 ;如果變負(fù)荷計(jì)數(shù)器 中的數(shù)值超過一定的閾值MB，則判斷負(fù)荷已處于變負(fù)荷狀態(tài)，將flag置1并將平穩(wěn)負(fù)荷計(jì) 數(shù)器清零； 若上一時(shí)刻為變負(fù)荷狀態(tài)（flag = 1)，則當(dāng)（a)、（b)、（c)三個(gè)條件均不滿足時(shí)，平穩(wěn) 負(fù)荷計(jì)數(shù)器記數(shù)增加1，否則平穩(wěn)負(fù)荷計(jì)數(shù)器清零且flag置1 ;如果平穩(wěn)負(fù)荷計(jì)數(shù)器中的數(shù) 值超過一定的閾值MW，則判斷負(fù)荷已處于平穩(wěn)負(fù)荷狀態(tài)，將flag置0并將變負(fù)荷計(jì)數(shù)器清 零； 閾值TA，TB，TC分別根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中的平穩(wěn)負(fù)荷與變負(fù)荷狀態(tài)下的平均斜率絕對(duì) 值、極差、方差的統(tǒng)計(jì)值確定，MB、MW根據(jù)變負(fù)荷切換時(shí)間的歷史統(tǒng)計(jì)特征加以確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào) 度方法，其特征在于，所述的負(fù)荷調(diào)度模式，包括簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度、允許啟停經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào) 度、最速響應(yīng)負(fù)荷調(diào)度、經(jīng)濟(jì)與快速多目標(biāo)負(fù)荷調(diào)度4種模式，所述4種負(fù)荷調(diào)度模式根據(jù) 運(yùn)行需要選擇其中之一；所述實(shí)時(shí)優(yōu)化算法采用非線性優(yōu)化方法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于煤耗特性曲線在線滾動(dòng)更新的多模式負(fù)荷調(diào)度方法，其 特征在于，4種負(fù)荷調(diào)度模式下的最優(yōu)化問題為： (1) 簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度
上式中，匕為第i臺(tái)機(jī)組的煤耗量；F為各臺(tái)機(jī)組總煤耗量A為分配到第i臺(tái)機(jī)組的 負(fù)荷指令；η為廠內(nèi)參與調(diào)度的機(jī)組總數(shù)A為第i臺(tái)機(jī)組的煤耗特性曲線；P為中調(diào)總負(fù) 荷指令；Pimin、P imax為第i臺(tái)機(jī)組允許的最小和最大負(fù)荷； (2) 允許啟停經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度
上式中，A為第i臺(tái)機(jī)組的啟（以1表示）停（以0表示）狀態(tài)；UiQ為上一個(gè)調(diào)度周 期第i臺(tái)機(jī)組的啟停狀態(tài)；Si為機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)耗費(fèi)折算標(biāo)準(zhǔn)煤耗;Ai為機(jī)組停機(jī)折算耗 煤；Β,為機(jī)組啟動(dòng)折算耗煤；Λ T為調(diào)度周期；Tiqt為第i臺(tái)機(jī)組的啟停時(shí)間； (3) 最速響應(yīng)負(fù)荷調(diào)度 minT = min {max (Tj (Pj))}
上式中，T為機(jī)組總負(fù)荷達(dá)到中調(diào)負(fù)荷指令的過渡用時(shí)；?\為第i臺(tái)機(jī)組達(dá)到負(fù)荷指令 Pi的過渡用時(shí)；vi up、Vi d_為第i臺(tái)機(jī)組升、降負(fù)荷速率；Vimax up、Vimax d_為第i臺(tái)機(jī)組升、 降負(fù)荷速率的最大值； (4) 經(jīng)濟(jì)與快速多目標(biāo)負(fù)荷調(diào)度
上式中，G為經(jīng)濟(jì)與快速綜合指標(biāo)；Fmin為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度的煤耗量；Tmin為最速響應(yīng) 調(diào)度的煤耗量；α為經(jīng)濟(jì)與快速多目標(biāo)權(quán)重系數(shù);W為歸一化因子，通過離線實(shí)驗(yàn)確定。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104123593SQ201410339431
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】徐亮, 袁景淇, 于彤, 胡斌, 張翔, 曾豪駿 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)