Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский энергетический институт (технический университет)

Алгоритм распределения нагрузок ТЭЦ со сложными составом, схемами отпуска тепла и электроэнергии

А.В. Андрюишн,

В.А. Макарчъян,

А.Н. Черняев

Аннотация

В статье излагается подход и алгоритм решения задачи оптимизация распределения тепловой и электрической нагрузок ТЭЦ с разнотипным оборудованием, работающим на несколько выводов по теплу и электроэнергии.

Наиболее просто задача распределения нагрузок решается применительно к конденсационным станциям и значительно усложняется применительно к ТЭЦ, имеющей в своем составе разнотипное оборудование (блочное и не блочное), работающее на несколько выводов по электрической и тепловой нагрузкам.

В качестве целевой функцией оптимизации выбран минимум расхода топлива на ТЭЦ. Состав оборудования электростанции задан исходя из технического состояния оборудования и планового задания вышестоящей организации. Определен также и режим работы оборудования: число турбоагрегатов, несущих тепловую нагрузку, число ступеней подогрева сетевой воды для каждого турбоагрегата, технологические ограничения по диапазонам изменения нагрузок, вид сжигаемого топлива.

Для станции с разнотипным составом оборудования, со сложными, перекрестными выводами тепловой и электрической нагрузок предлагаемый подход основывается на предварительных взаимосвязанных процессах дефрагментации и эквивалентировании оборудования станции.

Процедура дефрагментации заключается в разбиении генерирующего оборудования станции (для оборудования с общим паропроводом рассматриваются только турбоагрегаты) на группы, подключенные к одному из выводов по электрической и по тепловой нагрузкам.

Необходимость дефрагментации обусловлена тем, что в случае прямого решения поставленной задачи требуется решить сложную систему уравнений, включающую энергетические характеристики всех элементов схемы станции, уравнения зависимостей и ограничений электрической мощности каждого агрегата от тепловой нагрузки, связи между оборудованием по теплу и электроэнергии и т.п. Решение такой системы уравнений довольно трудоемкий процесс, занимающий большой объем времени. При сложной схеме ТЭЦ возможны случаи, при которых система уравнений может и не иметь решения. тепловой электрический станция

При дефрагментации станция представляется в виде отдельных групп оборудования, каждая из которых работает на один из выводов по теплу и на один из выводов по электроэнергии, связанных между собой требованием обеспечения заданных для ТЭЦ электрической и тепловой нагрузок.

На следующем шаге решения оптимизационной задачи строятся энергетические характеристики каждой выделенной группы оборудования. Данные характеристики находятся при условии оптимального распределения нагрузки между оборудованием группы. Для каждой выделенной группы необходимо провести оптимизационные расчеты по распределению нагрузок, при этом характеристика должна охватывать весь диапазон как по электрической, так и по тепловой нагрузкам группы, учитывать весь спектр имеющихся ограничений. Расчеты расхода топлива на группу оборудования при оптимальной его загрузке выполняются для разных значений как электрических, так и тепловых нагрузок с шагом, равным 1-5 % диапазона каждого вида, что позволяет с достаточной степенью достоверности описать объект исследования.

В общем случае возможно четыре варианта разбиения оборудования по группам и соответственно несколько вариантов алгоритма получения их энергетических характеристик.

Вариант 1. Рассматриваемая выделенная группа включает только блочное оборудование. Построение энергетической характеристики такой группы производится на основании хорошо известных методов и алгоритмов расчетов по распределению нагрузок непосредственно между энергоблоками на базе индивидуальных характеристик каждого энергоблока.

Вариант 2. Рассматриваемая выделенная группа включает только оборудование с общим паропроводом, в состав группы входит все оборудование ТЭЦ с поперечными связями. В этом случае оптимизационные расчеты по распределению тепловой и электрической нагрузок выполняются на первом этапе применительно к турбоагрегатам. В качестве целевой функции на данном этапе является минимизация суммарного расхода теплоты на турбоагрегаты:

где n - число турбоагрегатов части ТЭЦ с общим паропроводом.

На втором этапе требуемое тепло распределяется между котлами с нахождением расхода топлива для заданных уровней тепловой и электрической нагрузок.

Вариант 3. Если в состав группы входит часть находящихся в работе турбоагрегатов с поперечными связями, то прежде всего необходимо выполнить расчеты по оптимальному распределению нагрузок между котлами для всего диапазона суммарной нагрузки котельного цеха с целью получения характеристики Вопткц =f (g0). Таким образом, котельный цех части станции с общим паропроводом эквивалентируется котлом с характеристикой, минимизированной по расходу топлива. Далее, по результатам оптимизационных расчетов турбоагрегатов с поперечными связями с учетом полученной энергетической характеристики котельного цеха при условии оптимального распределения нагрузки между котлами и с учетом числа входящих в рассматриваемую группу турбоагрегатов получаем требуемую энергетическую характеристику

Вариант 4. При сложном составе выделенной группы оборудования, когда ее состав представлен как блочным оборудованием, так и оборудованием с общим паропроводом предусмотрен следующий алгоритм решения поставленной задачи. Для упрощения процесса решения задачи предлагается на первом этапе представить часть станции с общим паропроводом эквивалентным энергоблоком с характеристикой, идентичной энергоблокам:

Для получения данной характеристики, как указывалось выше для варианта 3, находится характеристика турбинной части с общим паропроводом

при соблюдении условий оптимального распределения тепловой и электрической нагрузок между турбоагрегатами во всем регулировочном диапазоне как по теплу, так и по электроэнергии. Кроме того, используя эквивалентную характеристику котельного цеха, находим требуемую энергетическую характеристику эквивалентного энергоблока.

Таким образом, группа со сложным составом оборудования эквивалентируется группой с оборудованием блочного типа аналогично варианту 1, для которой процесс расчета оптимального распределения заданных (тепловой и электрической) нагрузок значительно упрощается.

Одновременно с расчетом и построением энергетической характеристики каждой группы оборудования рассчитываются и строятся зависимости максимальной и минимальной электрической мощности группы в зависимости от ее тепловой мощности:

Таким образом, станция со сложными составом, схемами отпуска тепла и электроэнергии представляется в виде ряда групп оборудования с характеристиками, эквивалентными энергоблокам, то есть эквивалентируется станцией блочного типа с работой на разные выводы тепла и электроэнергии.

Нахождение решения по оптимальному распределению заданных по разным выводам тепловой и электрической нагрузок ТЭЦ между сформированными группами оборудования осуществляется решением системы уравнений

После нахождения оптимального с точки зрения минимизации расхода топлива на ТЭЦ распределения тепловой и электрической нагрузок между группами оборудования определяется распределение нагрузок между оборудованием внутри каждой группы, заданием для которых является найденное решение. Для решения данной задачи используются ранее выполненные расчеты по оптимизации каждой группы оборудования.

Одним из основополагающих моментов в задаче оптимального распределения нагрузки между параллельно работающими агрегатами является используемые энергетические характеристики оборудования, на базе которых выполняются оптимизационные расчеты. В зависимости от вида характеристик выбирается тот или иной метод оптимизации. Точность описания объекта оптимизации определяет достоверность выходных данных по рекомендуемой оптимальной загрузки агрегатов.

Существует несколько подходов в получении энергетических характеристик оборудования.

1. Использование нормативных характеристик оборудования.

2. Использование нормативных характеристик с коррекцией на фактическое состояние конкретного оборудования и фактические условия его эксплуатации.

3. Расчетный метод получения характеристик.

4. Использование данных натурных испытаний. Наиболее рациональным методом построения

энергетических характеристик объекта является суперпозиция последних трех из перечисленных выше подходов. За основу берутся характеристики, полученные на основании нормативных характеристик с коррекцией на фактическое состояние конкретного оборудования и реальные условия его эксплуатации с уточнением их по данным отдельных расчетов и результатам небольшого объема натурных испытаний.

Изменение характеристик, обусловленное временным фактором (изменение характеристик оборудования в межремонтный период), может быть учтено вводом соответствующего коэффициента Кф = /(ф), полученного по результатам статистической обработкой ретроспективных данных технико-экономических показателей работы оборудования.

Необходимо отметить, что данные характеристики соответствуют нормативному режиму эксплуатации при соответствии технологических параметров номинальным значениям во всех режимах. Однако в процессе эксплуатации возможно отклонение технологических параметров от номинальных значений, что приводит и изменению энергетических характеристик и вносит соответственно коррективы в оптимальное распределение нагрузки между работающим оборудованием.

Отклонение технологических параметров от номинальных значений можно разделить на два вида:

- обусловленные техническим состоянием и условиями эксплуатации оборудования: сжигание нерасчетного вида топлива, неисправности или дефекты отдельных узлов, элементов оборудования, занос поверхностей нагрева котла, нерасчетные присосы в котле, занос проточной части турбины, занос, нерасчетные и нерасчетные присосы в конденсаторе, нерасчетные недогревы в системе регенерации системе теплофикации и т.п.;

- обусловленные квалификацией оперативного персонала, работоспособностью, уставками и настройками тепловой автоматики и т.п.

Первый вид причин отклонения технологических параметров от номинальных значений можно отнести к объективным, требующим выполнения или ремонтных работ, или соответствующих технологических операций и имеющий, как правило, относительно долговременный постоянный характер. При этом отклонение параметров имеет односторонний вид.

Второй вид причин отклонение технологических параметров от номинальных значений, как правило, не имеет явно выраженный постоянный характер, и отклонение технологических параметров может

происходить на относительно небольшом временном интервале как в одну, так и в другую сторону от номинала.

Для повышения достоверности расчетов оптимального распределения нагрузки необходимо учитывать текущее состояние оборудования. Этого можно достичь путем ввода поправок на отклонение технологических параметров от номинальных значений, обусловленных причинами первого вида:

где Kni - коэффициент относительного изменения характеристики от i-го параметра. Поправочные коэффициенты при постоянном отклонении технологического параметра могут иметь как постоянное значение, так и зависеть от уровня нагрузки агрегата

Из полного перечня технологических параметров, характеризующих работу оборудования для учета в случае их отклонения от номинальных значений, выбираются только те, которые вносят значимый вклад в формирование энергетических характеристик оборудования.

Таким образом, используя выше описанный метод получения энергетических характеристик и учитывая текущее отклонение технологических параметров вводом соответствующих поправок можно утверждать, что характеристики будут отражать реальное текущее состояние оборудования, и результаты оптимизационных расчетов по распределению нагрузок будут получены с большой достоверностью.

Вышеописанный алгоритм был программно реализован применительно к одной из ТЭЦ ОА "Мосэнерго" - ТЭЦ-23.

Программный комплекс по расчету оптимального распределения электрической и тепловой нагрузок ТЭЦ между параллельно работающими агрегатами предназначен для поиска при заданных суммарных нагрузках ТЭЦ оптимальных электрических и тепловых нагрузок котлов, турбин, энергоблоков в суточном разрезе времени с дискретностью полчаса. Критерием оптимизации является минимальный суммарный расход условного топлива на ТЭЦ для заданных диспетчерских графиков.

Труды конференции "Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем", 2010 г., МЭИ, http://www.energy2010.mpei.ru

Размещено на Allbest.ru