基于布谷鸟搜索算法的火力发电厂机组调峰运行优化方法.pdf

基于布谷鸟搜索算法的火力发电厂机组调峰运行优化方法曲昕(中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司,辽宁 沈阳 )摘要:常规的火力发电厂机组调峰运行方法主要使用自动/非自动调峰控制机组调整调度时间级,容易受调节容量影响,导致最终的深度调峰负荷过高,因此基于布谷鸟搜索算法设计一种全新的火力发电厂机组调峰运行优化方法.以火力发电厂的热系统为基础,设置测定功率点,分析机组的运行能耗特性,再使用布谷鸟搜索算法生成优化调峰模型,得出有效的调峰负荷,从而完成机组调峰运行.实例分析结果表明,设计的火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法在不同采样点下的深度调峰负荷均较低,具有节能性,有一定的应用价值,为提高火力发电厂机组经济性做出了一定的贡献.关键词:布谷鸟搜索;火力;发电厂;机组;调峰运行;优化中图分类号:TM D O I:/j c n k i d g j s O p t i m i z a t i o nM e t h o do fT h e r m a lP o w e rP l a n tU n i tP e a kS h a v i n gO p e r a t i o nB a s e do nC u c k o oS e a r c hA l g o r i t h mQUX i n(L i a o n i n gE l e c t r i cP o w e rS u r v e y&D e s i g nI n s t i t u t eC o,L t d,C h i n aE n e r g yE n g i n e e r i n gG r o u p,S h e n y a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ec o n v e n t i o n a l p e a ks h a v i n go p e r a t i o nm e t h o do f t h e r m a l p o w e rp l a n tu n i t sm a i n l yu s e s a u t o m a t i c/n o na u t o m a t i cp e a ks h a v i n gc o n t r o l u n i t s t oa d j u s t t h e s c h e d u l i n g t i m e l e v e l,w h i c h i s e a s i l ya f f e c t e db y t h e r e g u l a t i o nc a p a c i t y,r e s u l t i n g i nt h e f i n a l d e e pp e a ks h a v i n g l o a d i s t o oh i g h T h e r e f o r e,an o v e l o p t i m i z a t i o nm e t h o d f o rp e a ks h a v i n go p e r a t i o no f t h e r m a l p o w e r p l a n t u n i t sw a sd e s i g n e db a s e do n t h e c u c k o o s e a r c ha l g o r i t h m B a s e do n t h e t h e r m a l s y s t e mo f t h e t h e r m a l p o w e rp l a n t,t h em e a s u r i n gp o w e rp o i n tw a s s e tu p,a n d t h eo p e r a t i n ge n e r g yc o n s u m p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h eu n i tw e r ea n a l y z e d T h e n,t h ec u c k o os e a r c ha l g o r i t h mw a su s e d t og e n e r a t ea no p t i m i z e dp e a ks h a v i n gm o d e l t oo b t a i na ne f f e c t i v ep e a ks h a v i n g l o a d,s o a s t o c o m p l e t e t h ep e a ks h a v i n go p e r a t i o no f t h eu n i t T h e c a s e a n a l y s i s r e s u l t s s h o wt h a t t h ed e s i g n e do p t i m i z a t i o nm e t h o do fc u c k o os e a r c hp e a ks h a v i n go p e r a t i o no ft h e r m a lp o w e rp l a n tu n i t sh a sl o wd e e pp e a ks h a v i n gl o a da td i f f e r e n t s a m p l i n gp o i n t s,w h i c hh a s e n e r g ys a v i n ga n dc e r t a i na p p l i c a t i o nv a l u e,a n dm a k e s ac e r t a i nc o n t r i b u t i o nt o i m p r o v i n gt h ee c o n o m yo f t h e r m a l p o w e rp l a n tu n i t s K e yw o r d s:c u c k o os e a r c h;f i r e p o w e r;p o w e rp l a n t;c r e w;p e a ks h a v i n go p e r a t i o n;o p t i m i z a t i o n收稿日期:作者简介:曲昕(),工程硕士,高级工程师,研究方向为火力发电厂继电保护及控制系统、新能源电站电气系统、电力系统辅助调峰服务系统、工程项目管理等.引言火力发电厂是一种将燃料转化为电能的发电厂,是我国的主要发电厂形式之一.随着我国各行各业对电力需求的增加,我国各个区域的电力负荷比越来越高,整体用电、装机速度较快,仅在 年,电网总装机容量就突破了 万k W.随着新能源技术的发展,清洁能源在我国电网中的发电比重越来越高,电网峰谷差越来越高,而参与调峰的火电机组数量逐年下降.在此背景下,我国电网出现了严重的调峰矛盾,难以有效地进行电网调度.针对该问题,需要研究一种有效的火力发电厂机组调峰运行优化方法.事实上,受电能的储能特点影响,其使用与产生具有较强的同步性,即发出的电量必须与需求的电量一致,才能保证电力系统内部平衡.但在常规的火力发电厂发电过程中,经常受用电负荷限制,发电机组发送的电压与实际用电电压相差过大.相关研究人员针对该问题提出了种常规的火力发电厂机组调峰方法:第一种是储能协同机组调峰控制方法,其主要引入储能协调策略生成转移功率模型,计算机组调节余量完成调峰运行;第二种是运行最大化调峰运行方法,其主要结合调峰补偿特点构建混沌粒子群调峰模型,从而实现调峰运行.但上述种调峰电工技术人工智能与传感技术 运行方法均需要使用不同种类的调峰控制机组调整时间级,导致深度调峰负荷过高,不符合目前火力发电厂的运行需求,因此本文基于布谷鸟搜索算法设计了一种全新的火力发电厂机组调峰运行优化方法.火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法 分析火力发电厂机组运行能耗特性为了降低自动/非自动调峰控制机组调整调度时间级时产生的过高的深度调峰负荷,本文设计的调峰运行优化方法以火力发电厂的热系统为基础,设置了多个测定功率点,有效地分析了机组的运行能耗特性.结合机组各个运行部分可知,生成的运行能耗特性曲线为递增曲线,因此其受经济性因素的影响较高,包括季节变化、机组运行状态、负荷分配效果等.为了提高机组运行能耗特性的分析效果,有效地划分调度时间集,本文分析了单元机组的热力特性变化状态.此时生成的能耗曲线方程b为:bHRQbg(S)()式中,HR为火电发电厂用电函数;Q为低位发热量;b为锅炉效率;g为管道效率;S为用电率.随着排烟温度的增加,其内部的锅炉效率也逐渐下降.部分火力发电厂热系统示意图如图所示,可以看出火力发电厂内部的运行能耗符合焓升关系,可以结合该运行能耗特性构建后续的调峰模型.图火力发电厂热系统示意图 基于布谷鸟搜索算法构建火力发电厂机组调峰模型结合上述分析的火力发电厂机组运行能耗特性,可以针对各个时间级状态生成机组优化模型.为了解决模型早熟收敛问题,提高其寻优速度,本文应用了布谷鸟搜索算法.首先根据火电机组正常运行状态下的相关条件生成布谷鸟搜索函数F:Fm i n NiFi(Pi)()式中,Fi为发电费用;Pi为发电功率.在不同状态下,火电机组的发电功率存在较大差异.为了解决该问题,需要设计各个调峰点的耗能特性式EI:EI|es i nfi(Pm i nPi)|()式中,e为阀点效应系数;fi为运行参数;Pm i n为最小发电机出力值.根据火电机组的综合耗能状况,可以计算电力平衡约束PE:PEPiP()式中,P为发电热系统网损.为了避免随机选择作用对最终调峰模型造成的影响,结合布谷鸟的飞行特性,设置理想状态下的布谷鸟寻巢路径x:xxil e v y()()式中,xi为鸟巢位置;为路径调节因子;l e v y()为随机搜索路径.此时得到的寻巢路径与实际调峰路径相拟合,基于该原则,生成的布谷鸟发电厂机组调峰模型l为:ltu()式中,t为幂次系数;u为随机调峰关系.利用上述模型可以快速设置调峰运行路线,降低调峰运行总负荷.优化火力发电厂机组调峰负荷在实际调峰运行时,经常难以寻求最优调峰解,因此会生成较高的调峰负荷.为了解决该问题,设计的调峰运行优化方法使用优先顺序法绘制了火力发电厂机组的煤耗示意图,进 一 步 优 化 发 电 厂 机 组 的 调 峰 负 荷,如 图所示.图火力发电厂机组煤耗示意图图中,a曲线为结合经济性因素得到的煤耗曲线,b曲线为机组负荷与调峰时间的直接关系曲线,c曲线为发电功率与负荷间的关系曲线,因此每条曲线都有其特定的影响因素,无法实现共同分配.针对该问题,本文对火电机组调峰运行进行了动态规划,即将机组调峰划分为几个不同的时间段,针对每段的特定状态寻找最优解,实现各个目标的有机结合.若最终得到的负荷增长率过高,难以进行等耗预测,则需要结合等微增原理设置等耗量微增准则,使其在调峰时满足几个必要条件,即可完成最终的调峰负荷优化,最大程度上降低火力发电厂机组的深度调峰负荷,实现有效调峰.实例分析为了验证设计的火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法的实际调峰运行效果,选取了A火力发电厂进行实例分析,将其与文献、文献 方法进行对比.概况及准备A火力发电厂主要使用 MW机组进行发电,配备了HG /MH 锅炉,主要使用冲旋流燃烧法进行固人工智能与传感技术电工技术态排渣.为了提高实例分析的有效性,预先研究了常规情况下A火力发电厂的调峰能力.当机组容量为 MW时,其机组的 最 小 出 力 为 MW;当 机 组 容 量 为 MW时,其机组的最小出力为 MW;当机组容量为 MW时,其机组的最小出力为 MW;当机组容量为 MW时,其机组的最小出力为 MW;当机组容量为 MW时,其机组的最小出力为 MW;当机组容量为 MW时,其机组的最小出力为 MW;当机组容量为 MW时,其机组的最小出力为 MW;当机组容量为 MW时,其机组的最小出力为 MW.由A火力发电厂的实际数据可知,其整体调峰能力较差.针对实验需求,在火力发电厂机组运行的不同位置布设采样点,因此需要了解其主要锅炉布置.由图可知,该火力发电厂主要锅炉使用双流程生成汽水,启动分离器不断进行蒸汽分离循环,因此该锅炉内部的过热器主要由喷水减温控制.图 A火力发电厂主要锅炉布置该锅炉的主要参数如下:过热器出口流量为 t/h;再热器出口流量为 t/h,过热器一级喷水量为 t/h,二级喷水量为 t/h,过热器出口压力为 MP a,再热器出口压力为 MP a,过热器出口蒸汽温度为 ,再热器出口蒸汽温度为 ,给水温度为 ,燃料消耗量为 t/h,干烟气热损失为 ,热损失为 ,水分热损失为.结合锅炉的主要参数,可以设计火力发电厂深度调峰负荷W:WSSRQ()式中,S为负荷峰值;SR为负荷低谷值;Q为调峰系数.在进行实验前,需要对火力发电厂的发电机组及各个辅助机组进行燃烧调整,确定符合实例分析需求的煤粉细度,即进行氧量标定,此时可以选取 个采样点,这 个采样点的编号为C R D C R D .为了降低实验误差,上述采样点均使用同一风速v进行实验,其计算式为:vkp()式中,k为测风管系数;p为风道截面面积;为气流密度.设置好同一实验风速后即可放置风管,进行后续的调峰运行实验.应用效果与讨论结合上述的概况及准备,挑选日常容易发生调峰故障的时间段分别使用本文设计的火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法、文献 的储能协同机组调峰控制方法以及文献 的运行最大化调峰运行方法进行调峰运行优化,使用式()计算不同采样点下种方法的深度调峰负荷.应用效果见表.表应用效果采样点火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法的深度调峰负荷/MW文献方法的深度调峰负荷/MW文献方法的深度调峰负荷/MWC R D C R D C R D C R D C R D C R D C R D C R D C R D C R D 由表可知,本文设计的火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法在不同采样点下计算的深度调峰负荷较低,均低于 MW;文献 的储能协同机组调峰控制方法在不 同 采 样 点 下 计 算 的 深 度 调 峰 负 荷 较 高,均 在 MW之间;文献 的运行最大化调峰运行方法在不同采样点下计算的深度调峰负荷最高,均低于 MW.这证明本文设计的火力发电厂机组布谷鸟搜索调峰运行优化方法的调峰运行效果较好,具有可靠性,能降低机组运行能耗,有一定的应用价值.结语受清洁能源应用的影响,火力发电厂目前出现了严重的调峰运行问题.常规的火力发电厂机组调峰运行优化方法过于依赖自动/非自动调峰控制机组,易产生较高的深度调峰负荷,不符合火力发电厂目前的运行需求,因此本文基于布谷鸟搜索算法设计了一种全新的火力发电厂机组调峰运行优化方法.实例分析结果表明,设计的调峰运行优化方法的调峰效果较好,能有效降低机组运行能耗,有一定的应用价值,为提高火力发电厂综合利润做出了一定的贡献.参考文献 李艳生,蔺红储能系统协同常规机组调峰控制策略研究J可再生能源,():林宏宇,闫庆友,德格吉日夫,等混合市场环境下计及电转(下转第 页)电工技术人工智能与传感技术 图优化前后的系统频率偏差情况从图可以看出,经过优化之后,系统的频率偏差从平均值 H z下降到了 H z,降幅较为明显.图优化前后的系统电压偏差情况从图可以看出,经过优化之后,系统的电压偏差平均值从降低到了,稳定电压的效果较好.图优化前后的系统谐波含有率变化情况从图可以看出,经过优化之后,系统的谐波含有率平均值从 降低到了,去谐波效果较好,从而给电力用户提供更优的电能质量.随着电力用户对电能质量要求的提升,今后在配电台区中将会对电能质量优化技术加以推广应用,以更好地保障配电台区的安全优质运行.结语电能质量是否合格,是评估电力企业服务是否优质的重要指标.随着科技的发展,高新技术企业越来越多,对供电系统的电能质量要求也越来越高.本文所分析的基于改进和声搜索算法的配电台区电能质量优化方法,对于提升配电台区电能质量具有较强的工程实际应用价值,可在实际的配电台区电能质量优化中加以应用.参考文献 安睿,程立光,李文雯,等基于电能质量扰动抑制的配电网低电压治理方法J电子设计工程,():孙朝霞,张明敏,张晖,等配电网储能型D S T A T C OM电能质量综合补偿策略J电力系统及其自动化学报,():管笠,袁静,刘晓君线路负荷自平衡调整装置在低压配网中的应用J电工技术,():刘锋基于改进F CM聚类分析的电能质量综合评估方法J电子测试,():付勉,刘志涵,宋振浩,等配电网络电能质量综合治理设备优化配置策略J电源学报,():(上接第 页)气的园区燃气机组调峰优化 模型 J电 力建 设,():聂鑫,谢海燕,杨冬,等循环流化床机组锅炉深度调峰负荷水循环安全性分析J中南大学学报(自然科学版),():张赢,张国罡,邹健南方地区大型二次循环燃气蒸汽联合循环调峰机组满足用水定额设计思路探讨J南方能源建设,(S):魏文,姜飞,戴双凤,等计及需求侧储能事故备用风险与火电机组深度调峰的经济优化研究J电力系统保护与控制,():李一木,武志威,胡飞飞,等 MW调峰机组锅炉送风机叶片断裂分析原因分析与预防措施J石化技术,():李正文,许静,王智博,等一种电量双轨制下考虑基本调峰分配公平的日前机组组合模型J水利水电技术(中英文),():鲍铁军,刘建平,侯志,等 t/h循环流化床机组深度调峰工况下燃烧优化与机炉协调控制的实现J锅炉制造,():,杨海生,张拓,唐广通,等低压缸零出力技术对供热机组深度调峰性能影响及调峰补偿标准探讨J热能动力工程,():人工智能与传感技术电工技术