动态规划在国产300MW机组负荷*分配中的应用

　　鉴于电厂的大型化、现代化和电网调峰问题的日益突出，机组不可能全部在设计经济工况下运行，存在一个电厂内各机组间进行负荷合理分配的问题，即所谓经济调度，以取得全厂和整个电力系统的zui大经济效益。随着大机组的逐步投运，电厂内多台大型机组并列运行的情况普遍存在。在现有的条件下，实行机组负荷的*分配，即一定负荷在电厂多台机组间的优化分配问题受到关注。如有报道，某厂2台600MW的超临界机组，按等微增煤耗的原则进行优化调度，每天比平均分配负荷可节约（4～5）t标准煤[5]。实践表明，火力发电厂内实现单元机组的负荷经济调度可节约1％左右的煤，节能效果相当可观[6]。
　　
　　1动态规划原理
　　
　　（1）基于贝尔曼（Bellman）*化原理的动态规划是运筹学的一个重要分支。贝尔曼*化原理指出：一个过程的*策略具有不论zui初的状态和决策是什么，其以后的决策对于由zui初的决策所产生的状态而言，总是一个*的策略。其实质是将n个多变量函数的*分配问题转化为n步递推函数的优化问题。应用于机组负荷*分配的递推关系式为：　　（2）从i＝1开始，直至第j步，完成j台机组*分配负荷L的步骤。其中的每一步运算均为某项能耗特性的数学比较（zui小运算）。机组负荷分配采用动态规划的原理进行，实际上是一种算法的简化，由于利用了上一级负荷优化调度的结果，每次运算都是一台真实机组与另一台虚拟联合机组之间在约束下的寻优。对于并列运行机组台数j越多，则效果越明显。即使如此，采用人工手算亦显繁琐，一般利用计算机实现。
　　
　　2300MW机组*负荷分配
　　
　　（1）湛江电厂4X300MW机组型号为N30016．7／535／535-3，均为东方汽轮机厂制造。2000年1月4日至2月3日，对已投入商业运行的（1～3）号机组进行了能量平衡试验。在锅炉zui低不投油稳燃负荷（设计约50％一60％）至额定负荷之间，不同负荷下机组的能耗（煤耗）特性数据见表1，相应的发电煤耗特性曲线见图1。
　　（2）从表1和图1可见，从能耗（发电煤耗）特性看，近期投产的机组优于前期投产的机组，3号机优于2号机，而2号机又优于1号机。每台机组的能耗随着接近额定负荷而逐渐下降，在部分负荷与额定负荷之间存在比较大的煤耗差，如1号机差值为11．84g／（kW．h），这决定了在并列运行机组间可采用负荷*分配策略，预期可取得较大的节能效益。
　　
　　（3）以表1的能耗特性为调度基础，按编制的计算机分析程序进行计算，输出为负荷L分配给1台机组（U3号机），2台机组（U2+U3联合机组）和3台机组（U1+U2+U3联合机组）的结果，即得到本问题的解（部分结果见表2），优化调度负荷曲线见图3。
　　
　　（4）从表2及图3可见，全厂负荷在495MW至585MW之间时，负荷的增加以2号机为主，之后将3号机负荷加至270MW，维持1、3号机负荷，负荷的增加由2号机承担，之后加负荷以1号机为主。由此可见，负荷增加时基本遵循优先升煤耗较小的3号机，然后是2号机，zui后才是煤耗zui大的1号机，降负荷时情况相反。在保证各台机组均运行在zui小稳燃负荷至额定负荷之间的各典型负荷点厶，采用*负荷分配的策略均比平均分配负荷煤耗低，降低值约在0～12．97g／（kW·h）之间，平均5．87g／（kW·h）。按1999年的统计数据，我国发电设备中火电机组的平均年利用率
　　
　　4811h计，并设负荷率为80％左右，每年可节约标煤1976．84t，节能效果明显。
　　
　　（5）从节约煤耗来看，当总分配负荷L在（555—825）MW之间时，优化调度的节约效果较为明显（见图2）。从动态规划的计算过程来看，在此范围内，满足总负荷等于给定值，而每台机组的负荷范围在要求之内的组合较多，可能选择的*组合加权能耗（煤耗）比平均分配负荷小得更多。它表明，实际运行中的调度在该范围之内更应尽量按优化调度策略进行。
　　
　　3机组负荷*分配若干问题的探讨
　　
　　3．1各种负荷*调度方法分析比较
　　
　　机组负荷*分配常用的方法有等微增法、线性规划法、动态规划法、随机模式寻优法以及zui近提出的神经网络计算法等，它们各有优缺点。等微增法建立在古典变分学原理的基础上，要求总的煤耗目标函数为凸函数，对机、炉及其不同组合的微增率曲线有严格的精度要求；线性规划法要求机组的能耗特性为线性或接近线性；随机模式寻优法必须在计算机的支持下进行；而神经网络优化计算方法，是将优化计算过程转换为神经网络的动态演化过程，概念比较清晰”’；动态规划方法则避开了机组的等微增率，对机组的特性无特殊要求，且适且于不同机型机组的优化。本文对3台300MW并列运行机组的优化分配结果表明，直接利用试验数据进行计算机分析，比较方便。
　　
　　3．2机组微增特性获取
　　
　　对于利用到机组微增特性的分配方法，微增出力的获取方式值得探讨。机组的试验结果一般为一组不同负荷Ni下稳定状态时的煤耗Bi（或热耗），在认为微增特性为线性关系的条件下，将月＝f（N）拟合成平方关系，利用拟合公式求导数，得到机组微增出力特性线（直线），然后按该特性线让微增相等进行负荷分配c5，。在此，数据的拟合一般是按zui小二乘的原理进行，其仅表明在所有试验点上误差的平方和zui小。按该原则拟合的公式再求导数，该导数值精度并不能得到保证，而据此进行的负荷分配是否*也值得探讨。
　　
　　3．3能耗特性分析
　　
　　在进行机组煤耗获取试验时，按机组负荷调度的宗旨，运行状态应尽量接近正常，但如果按正常运行状态进行试验，某些中间量则无法确定，结果不确定度较大；若按热力试验的条件，如国家标准或ASME标准中系统补水量、热力系统的隔离、机组运行方式（定、滑压）等，均与正常运行的条件相差较远，其结果用于正常运行机组的负荷优化调度亦不恰当。正确的试验应充分考虑整个电厂，并计及公用系统，在机组正常运行的条件下进行。
　　
　　3．4运行能耗与启停能耗
　　
　　本文的优化调度仅考虑了机组的运行能耗，综合考虑运行能耗、启停能耗和启停时间的优化调度方法即机组的*组合问题，实用的算法主要有优先次序法和动态规划法[17]。由于在启停机时，涉及机组运行的寿命管理、电网调度要求、运行人员操作复杂性增加等，单从经济上来考虑是没有可比性的，目标函数的建立很难一概而论，难免牵强。因而，在启停机时考虑更多的不是经济性，而是机动性和安全性。
　　
　　3．5经济性和可靠性的统一
　　
　　电力企业必须坚持“安全*，预防为主”的基本生产方针，在机组优化调度时必须考虑安全性，即机组的*负荷分配应基于经济性和可靠性的统一，在保障机组安全运行的前提下，进行经济调度。
　　
　　4结语
　　
　　随着电力事业的不断发展，目前300MW机组已成为我国电网的主力机组，多台300MW机组并列的大型电厂已成为电网的主力电厂。推行并列运行机组间的负荷优化调度策略，不仅投资省，而且节能*。优化调度的工作重点在于机组能耗特性的获取和实施简便。在当前燃料价格和电网新形式下，负荷*分配更具有现实意义，它综合反映了电厂运行管理水平。应尽快建立机组负荷优化调度方面的方针政策，包括技术和管理方面，使之成为电厂正常运行的基本内容之一。