Оптимизация распределения тепловых и электрических нагрузок между энергоблоками ТЭС с учетом неопределенности исходной информации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Мерзликина, Елена Игоревна

• Мерзликина, Елена Игоревна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мерзликина, Елена Игоревна

Введение.

Глава 1. Аспекты проблемы оптимизации режимов работы энергоблоков ТЭС. Постановка задачи исследования.

1.1. Анализ методов определения математических моделей энергетических характеристик энергоблоков ТЭС.

1.1.1. Энергетические характеристики энергоблоков ТЭС.

1.1.2. Пассивный эксперимент.

1.1.3. Активный эксперимент.

1.1.4. Получение математических моделей по результатам тепловых испытаний.

1.2. Анализ методов оптимизации, используемых для данной задачи.

1.2.1. Постановка задачи оптимизации.

1.2.2. Метод неопределенных множителей Лагранжа.

1.2.3. Метод динамического программирования Беллмана.

1.2.4. Метод покоординатного спуска (метод Гаусса-Зайделя).

1.2.5. Градиентный метод.

1.2.6. Симплекс-метод.

1.2.7. Метод случайного поиска.

1.2.8. Оврагоперешаговый метод.

1.2.9. Метод штрафных функций.

1.2.10. Многокритериальная оптимизация.

1.3. Анализ способов учета неопределенности задания исходных данных при решении задачи оптимизации.

1.3.1. Стохастическое описание.

1.3.2. Статистическое описание.

1.3.3. Интервальное описание.

1.3.4. Нечеткое описание.

1.3.5. Решение задачи статической оптимизации в условиях неопределенности.

1.4. Обзор современных технических и программных средств АСУ ТП.

1.5. Постановка задачи исследования.

1.6. Выводы по главе.

Глава 2. Разработка методики получения математических моделей расходных характеристик энергоблоков ТЭС.

2.1. Получение математических моделей энергетических характеристик энергоблоков ТЭС с помощью пассивного эксперимента.

2.1.1. Описание объекта моделирования и расчет статистических характеристик факторов и отклика.

2.1.2. Получение математической модели объекта по результатам пассивного эксперимента.

2.1.3. Построение доверительных интервалов на функцию отклика.

2.2. Получение математических моделей энергетических характеристик энергоблоков ТЭС с помощью активного эксперимента.

2.2.1. Получение модели объекта с помощью активного эксперимента.

2.2.2. Построение доверительного интервала на функцию отклика по результатам активного эксперимента. Сравнение точности моделей, полученных по результатам пассивного и активного экспериментов.

2.3. Получение математических моделей энергетических характеристик энергоблоков ТЭС на основании исходно-номинальных удельных расходов условного топлива.

2.3.1. Определение математических моделей расходных характеристик конденсационных энергоблоков.

2.3.2. Методика получения математических моделей расходных характеристик теплофикационных энергоблоков.

2.3.3. Получение зависимости расхода топлива на отпущенную электроэнергию от мощности блока.

2.3.4. Получение зависимости расхода топлива на отпущенное тепло от мощности блока.

2.3.5. Построение расширенной модели расходной характеристики энергоблока ТЭЦ.

2.4. Получение моделей расходных характеристик энергоблоков ТЭЦ на основании данных пассивного эксперимента.

2.5. Выводы по главе.

Глава 3. Анализ статистических характеристик влияющих факторов.

3.1. Анализ влияния режимных и эксплуатационных факторов на энергетические характеристики энергоблоков ТЭЦ.

3.2. Анализ статистических характеристик влияющих факторов.

3.2.1. Описание получения статистических характеристик влияющих факторов.

3.2.2. Расчет статистических характеристик влияющих факторов.

3.3. Выводы по главе.

Глава 4. Разработка программного обеспечения, предназначенного для оптимального распределения нагрузки по энергоблокам ТЭС.

4.1. Разработка алгоритма оптимального распределения электрической нагрузки КЭС с учетом эксплуатационных ограничений.

4.2. Расчет оптимального распределения нагрузки по энергоблокам

4.2.1. Расчет оптимального распределения нагрузки в разных режимах.

4.2.2. Расчет суточной экономии топлива и средств для данной станции.

4.2.3. Распределение нагрузки с целью минимизации издержек на топливо.

4.2.4. Выводы о распределении нагрузки на КЭС.

4.3. Разработка алгоритма оптимального распределения электрической и тепловой нагрузки ТЭЦ с учетом эксплуатационных ограничений.

4.4. Решение задачи оптимизации для ТЭЦ.

4.4.1. Расчет оптимального распределения нагрузки по энергоблокам ТЭЦ.

4.4.2. Расчет суточной экономии топлива и средств для данной станции.

4.4.3. Выводы о распределении нагрузки по блокам ТЭЦ.

4.4.4. Расчет оптимального распределения нагрузки по энергоблокам ТЭЦ с использованием моделей, построенных по результатам пассивного эксперимента.

4.5. Выводы по главе 4.

Глава 5. Расчет оптимального распределения нагрузки в условиях неопределенности исходных данных.

5.1. Разработка методики учета неопределенности исходных данных при решении задачи оптимизации.

5.2. Описание программы для расчета оптимального распределения нагрузки по энергоблокам КЭС с учетом неопределенности исходных данных.

5.3. Расчет оптимального распределения нагрузки по энергоблокам

КЭС с учетом неопределенности исходных данных.

5.3.1. Определение моделей расходных характеристик энергоблоков

КЭС с учетом неопределенности исходных данных.

5.3.2. Расчет оптимального распределения нагрузки по энергоблокам КЭС при найденной погрешности.

5.3.3. Сравнение рекомендаций по загрузке блоков КЭС при разных погрешностях.

5.4. Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация распределения тепловых и электрических нагрузок между энергоблоками ТЭС с учетом неопределенности исходной информации»

В настоящее время задача оптимизации режимов работы энергоблоков очень актуальна, так как при этом в условиях отработки неравномерного графика нагрузки, по которому работают многие станции МосЭнерго, происходит экономия топлива и/или средств, что очень важно в современных экономических условиях. Кроме того, задача оптимизации также может быть решена с учетом экологических факторов, факторов надежности и т.д.

Целью настоящей работы является разработка методики получения математических моделей энергоблоков ТЭС и методики решения задачи оптимизации режимов работы энергоблоков ТЭС с учетом неопределенности исходных данных. Для достижения намеченной цели проведена теоретическая проработка вопросов, связанных с методами оптимизации и учета неопределенности исходных данных, разработаны рекомендации по получению моделей энергоблоков ТЭЦ на основании результатов тепловых испытаний, разработаны рекомендации по решению задачи оптимизации в условиях неопределенности исходных данных, и разработано соответствующее программное обеспечение.

В первой главе производится обзор методов получения математических моделей РХ энергоблоков, методов решения задачи оптимизации и методов учета неопределенности исходных данных. Данный обзор позволяет выбрать метод решения поставленной задачи.

Во второй главе разрабатывается методика получения математической модели РХ энергоблока. Проводится сравнительный анализ точности активного и пассивного экспериментов, разрабатывается методика получения модели РХ на основании результатов тепловых испытаний. Проводится расчет моделей энергоблоков по результатам тепловых испытаний и по результатам пассивного эксперимента.

В третьей главе производится анализ факторов, влияющих на РХ энергоблока и их статистических характеристик.

В четвертой главе производится разработка методики решения задачи с помощью выбранного метода динамического программирования,' разрабатывается программное обеспечение, и решается задача оптимизации на примере оборудования Шатурской ГРЭС и ТЭЦ-27.

В пятой главе производится разработка методики учета неопределенности исходных данных при решении задач оптимизации, производится разработка программного обеспечения, и решается задача оптимизации в условиях неопределенности исходных данных на примере оборудования Шатурской ГРЭС. Также выдаются рекомендации по точности исходных данных.

В приложениях приводятся тексты и блок-схемы программ, реализации факторов, влияющих на РХ, диаграммы нагружения блоков.

Экспериментальная часть работы выполнена на тепловых электрических станциях МосЭнерго.

Основные результаты работы доложены на конференции «Радиотехника, электротехника и электроника» в феврале 2001 года и в марте 2003 года.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Мерзликина, Елена Игоревна

Основные результаты, полученные в работе, и выводы могут быть сформулированы следующим образом.

1. На основании активного и пассивного эксперимента, проведенных на модели котла ТП-230Б, получены модели объекта и проведен сравнительный анализ их точности. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что для получения равной точности требуется больший объем выборки в пассивном эксперименте.

2. На основании результатов тепловых испытаний получены модели РХ для энергоблоков ряда станций МосЭнерго (Шатурской ГРЭС, ТЭЦ-27).

3. На основании результатов пассивного эксперимента были получены модели РХ для энергоблоков ТЭЦ-27.

4. Разработана методика получения модели РХ теплофикационного энергоблока в широком диапазоне нагрузок.

5. Получены статистические характеристики факторов, влияющих на РХ. Даны рекомендации по шагу.

6. В среде Visual Basic 6.3 разработана программа для решения задачи оптимизации методом динамического программирования.

7. Решена задача оптимизации распределения электрической нагрузки с целью минимизации суммарного расхода топлива на станцию и суммарных издержек на станцию на примере Шатурской ГРЭС.

8. Решена задача оптимизации распределения тепловой и электрической нагрузки по энергоблокам ТЭЦ с целью минимизации суммарного расхода топлива на станцию на примере ТЭЦ-27.

Решена задача оптимизации с учетом неопределенности исходных данных на примере Шатурской ГРЭС. Даны рекомендации по увеличению точности исходных данных.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мерзликина, Елена Игоревна, 2004 год

1. Акматбеков Р., Вощинин А. П., Кузнецов С. Г. ШШ оптимального планирования эксперимента в регрессионных задачах прогноза и оптимизации с заданной точностью. // Труды МЭИ, выпуск 548. М.: МЭИ, 1982.- 108 стр.

2. Аминов Р. 3. Векторная оптимизация режимов работы электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1994. 304 с.

3. Аминов Р.З., Аминов В.З. Градиентный метод распределения нагрузок на ТЭЦ с использованием множителей Лагранжа. //Известия ВУЗов. Энергетика, 1979. №2.

4. Аракелян Э. К., Кормилицын В. И., Самаренко В. Н. Оптимизация режимов оборудования ТЭЦ с учетом экологических ограничений. // Теплоэнергетика, 1992. №2. С. 29-33.

5. Аракелян Э.К., Нгуен Дык Тхао. Об учете фактора надежности при определении оптимального состава генерирующего оборудования на ТЭС. //Известия ВУЗов. Энергетика, 1991. №8.

6. Аракелян Э. К., Пикина Г. А. Оптимизация и оптимальное управление. М.: МЭИ, 2003. 356 с.

7. Аракелян Э. К., Старшинов В. А. Повышение экономичности и маневренности оборудования тепловых электростанций. М.: МЭИ, 1993. 328 с.

8. Аракелян Э. К., Тарабановский А. А. Метод и критерии распределения затрат на тепловую энергию. //Вестник МЭИ, 2002. №2. С. 9-14.

9. Аракелян Э. К., Хоа Л. К., Мань Н. В. Оптимизация режима работы тепловых электростанций по экономическому и экологическому критериям. //Вестник МЭИ, 2002. №4. С. 25-30.

10. Афремов Д. А., Журавлева Ю. В., Миронов Ю. В., Радкевич В. Е. Методика статистического анализа неопределенностейфтеплогидравлических расчетов. // Атомная энергия, Т. 93, вып. 2, август 2002. С. 101-109.

11. И. Байрамов А. И., Пискарев И. В. Новый алгоритм регуляризации в построении расходной характеристики энергоблоков в рамках АСУ. Управление режимами работы энергосистемы и ее основного оборудования. Баку: АзНИИЭ им. И. Г. Есьмана, 1990. - 157 с.

12. Бакластов А. А. Алгоритм оптимального распределения нагрузок между параллельно работающими агрегатами. // Труды МЭИ, 1987. №142. С. 61-69.

13. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1971.-408 с.

14. Берсенев А. П. Оптимизация пуско-остановочных и переменных режимов мощных энергоблоков ТЭС, обеспечивающих их надежность и эффективность. Автореферат к канд. диссертации. М.: 1995.-20 с.

15. Борисов Г. М., Гиршфельд В. Я. Получение тепловых экспериментальных характеристик турбоагрегатов с использованием метода планирования эксперимента. // Теплоэнергетика, 1977. №5. С. 47-49.

16. Бородюк В. П., Лецкий Э. К. Статистическое описание промышленных объектов. М.: Энергия, 1971. 111 с.

17. Васин В.П., Старшинов В.А. Распределение нагрузок между агрегатами электростанции при невыпуклых расходных характеристиках. // Труды МЭИ, выпуск 346. М.: МЭИ, 1978. 124 с.

18. Веников В. А., Журавлева В. Г., Филиппова Т. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. М.: Энергоатомиздат, 1990. 352 стр.

19. Вентцель Е. С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1988 год. 206 с.

20. Волгин В. В., Каримов Р. Н. Оценка корреляционных функций в промышленных системах управления. М.: Энергия, 1979. 80 с.

21. Волгин В. В., Щедеркина Т. Е. Определение вероятностных характеристик случайных процессов. М.: МЭИ, 2004. - 27 с.

22. Вощинин А. П. Выделение множества предпочтительных решений в задачах оптимизации в условиях неопределенности. // Труды МЭИ, выпуск 594. М.: МЭИ, 1983. 142 с.

23. Вощинин А. П. Разработка и внедрение методов оптимизации объектов управления по экспериментально-статистическим моделям. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МЭИ, 1984.-411 с.

24. Вощинин А. П. Метод оптимизации объектов по интервальным моделям целевой функции. М.: МЭИ, 1987. 48 с.

25. Вощинин А. П., Сотиров Г. Р. Оптимизация в условиях неопределенности. М.: МЭИ, 1989. 216 с.

26. Галашов Н. Н. Анализ и прогнозирование технико-экономических показателей ТЭС и энергосистем с использованием статистических методов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1980. 183 с.

27. Гиршфельд В. Я., Акименкова В. М., Куликов В. Е., Борисов Г. М., Удыма С. П. Испытания теплоэнергетического оборудования и обработка результатов с использованием метода планирования эксперимента. //Теплоэнергетика, 1976. №2. С. 38-41.

28. Гирфшельд В. Я., Князев А. М., Куликов В. Е. Режимы работы и эксплуатация ТЭС. М.: Энергия, 1980. 288 с.

29. Гмурман Е. В. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1998. 479 с.

30. Горев Е. Н. Эколого-экономическая оптимизация природоохранной деятельности в энергетике. // Электрические станции, 1996, №8. С. 28-32.

31. Горнштейн В. М. и др. Методы оптимизации режимов энергосистем. М.: Энергия, 19^1.-336 с.

32. Гремяков А. А., Рокотян И. С., Строев В. А. Модели оптимизационных расчетов при краткосрочном планировании режимов ЭЭС. М.: Изд-во МЭИ, 1994.- 108 с.

33. Дементьев В. А. Работы ОАО «ЦНИИКА» по созданию интеллектуальных функций АСУТП объектов энергетики. Труды международной конференции Control-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 24-27.

34. Долинин И. В., Тарасов Д. В. Интегрированная АСУ ТЭЦ-27. Труды международной конференции Control-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 48-51.

35. Долинин И. В., Горожанкин П. А. Разработка и внедрение АСУ электротехнического оборудования ТЭЦ-27. Труды международной конференции Control-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 167-170.

36. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Т. 1,2. М: «Финансы и статистика», 1986. 366 е., 351 с.

37. Елизаров Д. П., Аракелян Э. К. Маневренные характеристики оборудования ТЭС. М.: МЭИ, 1989. 128 с.

38. Зорин В. М., Копченова Н. В. Некоторые методы решения оптимизационных задач. Атомные электрические станции. М.: МЭИ, 1993.-71 с.

39. Иевлев А. В. Некоторые особенности формирования структуры регрессионных моделей в условиях промышленного производства. // Труды МЭИ, выпуск 594. М.:МЭИ, 1983. 142 с.

40. Кудрявый В. В. Комплексная оптимизация режимов работы электростанций с учетом факторов экономичности, экологии иг~>надежности. Автореферат к диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: 1998. 40 с.

41. Кузин Л. Т. Основы кибернетики. М.: Энергия. 1973. 504 стр.

42. Курносов Н. М., Певзнер В. В., Яхин Е. Я., Долинин И. В. Этапы создания и перспективы развития ПТК «КВИНТ». Труды международной конференции Соп1:го1-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 18-23.

43. Летун В. М., Сызганов Н. А., Мартюшев С. Н., Соколов А. Г. Оптимальное управление ТЭС со сложной тепловой схемой. Электрические станции, 1997, №1. С. 23-28.

44. Мань Н. В., Аракелян Э. К., Хунг Н. Ч. Оптимизация фактического режима эксплуатации теплоэнергетических установок. //Вестник МЭИ, 1997. №6. С. 56-61.

45. Мань Н. В., Аракелян Э. К., Хунг Н. Ч. Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими энергетическими блоками с учетом фактора надежности. //Вестник МЭИ, 1997. №3. С. 15-20.

46. Мань Н. В., Хунг Н. Ч. Оптимизация режима работы энергетических объектов. Труды международной конференции Соп1го1-2000. М.: МЭИ, 2000. С. 32-36.

47. Мань Н. В. Поисковые методы оптимизации систем управления недетерминированными объектами (на примере теплоэнергетики). Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МЭИ, 1999.

48. Мань Н. В. Применение «оврагоперешагового» метода оптимизации для идентификации передаточной функции объектов управления. // Теплоэнергетика, 1995. №6, С. 71-77.

49. Методы математического моделирования и комплексной оптимизации энергетических установок в условиях неопределенности исходной информации. Иркутск: СЭИ, 1977. -191 с.

50. Методы математического моделирования и комплексной оптимизации энергетических установок в условиях неопределенности исходной информации. М.: Наука, 1972. 243 с.

51. Наумова Е. А. Методы динамического программирования в задачах управления производством. Санкт-Петербург.: Издательский центр СПб МТУ, 1996.

52. Научно-технический отчет. Анализ точности вычисления ТЭП энергоблока 300 МВт Ставропольской ГРЭС. 1974 год.

53. Нгуен Ань Чинь. Разработка методов решения задач векторной оптимизации по неточным моделям. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1984. 167 с.

54. Нгуен Вьет Зунг. Разработка и исследование методов идентификации нелинейных динамических объектов в условиях интервальной неопределенности. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1993. 150 с.

55. Нгуен Дык Тхао. Учет фактора надежности при выборе оптимального состава генерирующего оборудования ТЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1991. 198 с.

56. Нгуен Чонг Хунт. Многоцелевая оптимизация режимов работы теплоэнергетических установок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1998. 160 с.

57. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. 304 с.

58. Плетнев Г. П. Автоматизированные системы управления объектами тепловых электростанций. М.: МЭИ, 1995. 352 с.

59. Плетнев Г.П., Долинин И.В. Основы построения и функционирования АСУ тепловых электростанций. М.: Изд-во МЭИ, 2001.- 156 с.щ

60. Плетнев Г.П., Щедеркина Т.Е. Управление электрической нагрузкой энергоблоков ТЭС с учетом эксплуатационных ограничений. // Известия ВУЗов, 1983. №5.

61. Плетнев Г.П., Щедеркина Т.Е., Виноградник М.В. Автоматизированное управление распределением суммарной нагрузки КЭС. // Теплоэнергетика, 1990. №10. С. 61-64.

62. Плетнев Г.П., Щедеркина Т.Е., Горбачев А. С. Автоматизированное управление вредными выбросами в переменных режимах ТЭС. // Теплоэнергетика, 1995. №4. С. 54-56.

63. Реклейтис Г. и др. Оптимизация в технике. В 2-х кн. М.: Мир, 1986. -350 е., 320 с.

64. Самаренко В. Н. Оптимизация режимов работы ТЭЦ с учетом экологических факторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1993. 176 с.

65. Сидулов М. В. Разработка и исследование алгоритмов оптимизации в условиях неразличимости (на примере распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ). Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МЭИ, 1986. 128 с.

66. Скибицкий Н. В. Некоторые подходы к решению задачи оптимального управления динамическими объектами в условиях неполной информации. // Труды МЭИ, выпуск 548. М.: МЭИ, 1982. -108 с.

67. Статистические методы в инженерных исследованиях. М.: «Высшая школа», 1983. 216 с.

68. Стерман JI. С., Лавыгин В. М., Тишин С. Г. Тепловые и атомные электрические станции. М.: Энергоатоиздат, 1995. 416 с.

69. Трембовля В. И., Фингер Е. Д., Авдеева А. А. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергия, 1997. 297 с.

70. Филиппова Т. А. и др. Управление режимами электрических станций. Новосибирск, 1995.

71. Ханс К., Асосков О. Проблемы оптимизации управления производством. Труды международной конференции Control-2000. M.: МЭИ, 2000. С. 11-17.

72. Шахвердян С. В., Бабаян Д. М. Приложение трехмерного динамического программирования к оптимизации режима ТЭЦ с применением ЦВМ. // Теплоэнергетика, 1969, №2. С. 63-66.

73. Щедеркина Т. Е. Разработка методического и алгоритмического обеспечения системы автоматизированного распределения нагрузок КЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 1985. 200 с.

74. T. Sutoh, H. Suzuki, M. Ichinohe. Simulation method of annual management for electric utility. IF AC Energy Systems Management and Economics, 1989. p. 163-168.

75. Geoffrey Ives. Digital systems. Review of safety critical applications. Nuclear Engineering International (NEI), 1994 April, p. 37-37-40.

76. H. D. Fischer, A. Graf, U. Mertens. Siemens-KWU works towards digital I&C for safety systems. NEI, 1991, February. p. 35-36.

77. L. Reynes. France's approach to I&C. NEI, 1994, July. p. 32-34.

78. D. Boettcher. Developing I&C standards more efficiently. NEI, 1994, April, p. 42-43.

79. Yang Zijue. Building a PC-based protection system in China. NEI, 1994, April. p. 43-44.

80. T. Albrigo. Warning: digital systems ahead. NEI, 1994, July. p. 35-3540.

81. A. J. Machiels, R. C. Toroc, J. A. Naser, C. D. Wilkinson. The digital challenge. An update on EPRI's I&C Upgrade Initiative. NEI, 1995, April. p. 44-46.

82. V. K. Chexal, J. U. Marston, K., E. Stahlkopf. An industry vision for the 1990s and beyond. NEI, 1991, September. p. 22-24.