Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Принципы эффективного управления в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии. Учебное пособие
.pdf
2
Н
р
е
о
к
л
П
и
ю
н
с
р
е
П
ц
п
п
РАЗДЕ
Л
и
п
л
я
м
й
л
и
н
о
р
ля
д
н
ы
а
л
и
к
а
Т
–
р
т
о
а
в
е
м
к
т
у
В
Л
п
г
с
х
е
с
о
л
и
о
н
б
я
с
С
Г
г
и
р
,
а
и
и
н
е
х
ь
и
а
щ
2
М
Е
и
о
л
н
2
е
у
ж
э
с
е
р
т
р
В
у
и
м
т
ю
н
н
)
ц
т
м
ь
Я
м
и
о
р
Э
е
б
и
(
л
у
2. МОД
ЕЛИРО
В ТЕП
АНИЕ
ОЭНЕР
ИСТЕ
ЕТИК
УПРА
ЛЕНИ
преоб
сланц
ТЭЦ
техни
техно
.1 Теор
а те
азование
в, в теп
тражаетс
о-эконо
огическо
я управ
лофикац
химичес
овую и э
в матем
ических
схемы
ения те
онной
ой энер
ектриче
тически
показат
ЭЦ пред
лоэнер
электр
ии угля,
кую эне
моделях
лей и
тавлен н
етическ
ческой
природн
гию. Раз
которые
управле
рисунке
м обор
станци
го газа,
ичие в
использу
ия ста
.1.
дование
про
азута, г
епловых
тся для
цией.
сходит
рючих
схемах
асчета
лемент
получ
следу
компо
проце
пароп
питат
функ
редстав
ть, изуч
щие ос
овкой
сом в п
овод д
льной во
риведе
иональн
ароводя
роточн
Рис. 2.1
ГРУ – ген
ВН,
ение о
в её п
овные
сновног
еделах к
котло
ы и конд
ную схе
е участ
ной трак
я часть т
Элемент
ераторное
СН – высо
преобраз
инципиа
ипы пр
оборуд
ждого э
и тур
нсата дл
у на ри
и:
котла;
рбины;
технолог
распредел
кое и сред
вании т
ьную с
нципиал
ования
ергоблок
ин; об
турбин).
унке 2.
ческой сх
тельное
ее напря
пловой
ему (ри
ных сх
незави
; с попе
ие пита
можно
мы ТЭЦ:
стройство;
ение
нергии
унок 2.2
м стан
имым
ечными
ельные
азделит
а ТЭЦ
). Прим
ии: с
ехнолог
связями
магистра
на след
можно
няются
лочной
ческим
общий
и для
ющие
21
участок вторичного перегрева пара (промежуточный пароперегреватель);
участок подготовки конденсата;
участок подогрева конденсата;
участок подготовки питательной воды (деаэратор);
участок подогрева питательной воды;
теплофикационный контур.
К тепловым агрегатам теплофикационных электрических станций
относятся паровые котёл 2 и турбина с цилиндрами высокого 12, среднего 13,
14 и низкого давления 15. Основное на
значение парового котла – производство
пара из питательной воды с помощью системы поверхностей нагрева.
Питательная вода – это химически подготовленная обессоленная вода.
Увеличение давления питательной воды до требуемого значения
осуществляется бустерными насосами 22, питательными турбонасосом 23 и
электронасосом 24. Питательная вода в котле сначала нагревается до
температуры насыщения и испаряется 8, 9. Затем насыщенный пар в
пароперегревателе 10 пер
егревается до требуемой температуры. Необходимое
количество теплоты для получения перегретого пара выделяется при сжигании
топлива. Топливо и необходимое количество для горения воздух 4 подаётся в
топку котла. Далее продукты сгорания с относительно низкой температурой
удаляются дымососом 5 через дымовую трубу 7 в атмосферу.
Перегретый пар по трубопроводам подводится к тур
бине. Пар,
отработавший в цилиндре высокого давления, направляется в промежуточный
пароперегреватель 11 с целью увеличения располагаемого теплоперепада на
цилиндрах среднего и низкого давления и экономичности цикла. В конце
проточной части турбины поток пара раздваивается из-за ограниченной
пропускной способности её последних ступеней. Пар расширяется в
направляющих и ра
бочих лопатках турбины. Затем внутренняя тепловая
энергия пара переходит в кинетическую энергию вращения ротора.
Механическая энергия превращается в электрическую энергию в генераторе 29,
связанным с ротором турбины.
Отработанный пар турбины поступает в конденсатор 16 и охлаждается
циркуляционной водой системы водоохлаждения 17. Конденсатным
электрическим насосом 19 вода подается в подогреватели низкого давления 20
и нагревается па
ром отборов турбины. В деаэраторе происходит дальнейший
нагрев конденсата до температуры кипения и удаление растворённого в нём
кислорода.
В теплофикационном контуре греющим агентом служит пар
регулируемого отбора турбины, а нагреваемой рабочей средой – сетевая вода,
которая циркулирует в теплосети и снабжает теплотой промышленные или
бытовые потребители. Водогрейные котлы на пиковой водогрейной ко
34 нагревают сетевую воду до 150
0
С в холодное время года и обеспечивают
тельной
покрытие пиковых тепловых нагрузок ТЭЦ.
22
К
ы
к
с т
у
тпи
н
р у
У
б
е
л
н
л
Д
м
м
Рис.
н
т
и
о
т
т
х
и
н
и
п
о
н
з
п
н
ы
с
п
ъ
ч
е
м
о
с
т
у
р
а
м
е
а
Э
п
р
ы
и
е
в
и
й
н
п
т
е
о
о
х
а
п
с
в
я
и
м
з
ш
я
л
е
к
т
о
о
в
н
н
й
м
о
л
ы
д
т
Ц
п
т
к
е
д
и
ь
т
т
т
о
и
с
э
а
д
у
у
у
н
а
е
о
в
г
т
а
и
2.2 – При
ципиальн
ая схема Т
Ц (Харь
овская ТЭ
-5):
схем
о тре
соотв
управ
на ос
управ
инфор
инфор
причи
станции
онструк
танции;
ребован
чётом в
епловая
ромежу
др.;
адёжнос
езервны
правлен
правлен
уемых з
тствующ
ения и у
ове инф
ения.
ля орга
ации о
ации и
ам, оказ
, относят
ивное ис
я, пред
зможных
экономи
очного п
ь систе
и вспом
е процес
ие объек
ачениях
е цели
равляющ
рмации
изации п
адачах и
ринятия
вающи
я:
олнение
являемы
эксплуат
ность Т
регрева
, кото
гательн
ами про
ом осущ
и вызы
правлен
его устро
о состоя
оцесса у
результа
решений
влияни
основног
к раб
ционны
Ц, в ч
ара, сте
ая зави
х устано
зводства
ствляетс
ает в с
я. Систе
ства. Во
ии вне
правлени
ах управ
, а такж
на пос
и вспом
те тепл
режимо
стности,
ень реге
ит от
ок, лини
тепловой
при по
стеме п
а управ
действие
ней сред
необхо
ения, но
исполни
роение
гательно
ехничес
;
наличие
ерации т
аличия
связи и
и электр
щи сигн
ложител
ения сос
на объек
, объек
имы не т
устрой
ельный
ринципи
го обору
их объе
или отс
еплоты т
или отс
р.;
ческой э
алов упр
ные изм
тоит из
осущест
а и про
лько ис
тва для
лемент с
льной
ования
ктов с
тствие
рбины
тствия
ергии.
вления
нения,
бъекта
ляется
раммы
очники
нализа
стемы
23
автом
а
е
в
и
и
т
Z
Д
з
в
к
з
в
ф
уаО
т
н
и
а
С
П
оем
о
о
о
н
а
к
УOИ
н
м
И
м
а
м
а
ы
н
м
а
н
ц
у
и
у
ф
о
л
т
с
е
2
е
д
и
р
н
л
п
г
о
и
и
е
и
с
б
м
р
з
р
ц
о
с
с
н
и
и
д
о
и
с
о
м
и
т
х
ы
ю
а
т
и
и
о
в
.
н
о
е
н
к
н
и
ь
м
щ
т
к
ы
н
и
г
с
е
с
г
п
ъ
л
м
н
о
т
с
р
л
е
е
с
о
ы
я
И
ля
к
п
а
щ
и
щ
и
я
я
у
р
в
л
н
т
н
ю
и
е
ш
е
д
ю
л
и
о
н
н
а
с
и
ы
и
о
е
м
н
м
е
р
е
р
а
ы
а
й
р
в
р
д
в
б
м
е
о
о
ы
повед
дейст
форм
функц
предс
ПО, П
тическог
ние, усл
ует пр
руются
онирова
авлена н
ОУ – объе
– получе
– програм
управ
вия рабо
грамма
на о
ия сист
рисунке
Рис
т управл
, у – вхо
X, х –
– орган
ная инфо
ный орга
у – сигна
ения. Е
и свой
управле
нове
мы. Пр
.3.
. 2.3 – Мо
ния; М – в
системы
выход си
змерения
мация о с
и програ
управлен
ли зара
тва объе
ия. И
нформац
нципиал
ель систе
озмущаю
соответс
темы и от
информац
стоянии в
мная инф
я или упр
ее изве
а), то в
аче уп
, по
ая мод
ы управл
ие воздей
вующее в
лонение в
и о состо
хода; УO
ормация;
авляющее
тны дан
управля
авляющ
ученной
ль сист
ния:
твия вне
здействи
хода;
нии выхо
– управля
O – испо
воздейств
ые (тр
щем уст
е возд
в п
мы упр
ней сред
;
а;
щий орг
нительны
е
буемое
ойстве
йствия
оцессе
вления
;
н;
орган;
реали
объек
Прог
модел
при з
1.
ля опти
ации упр
систе
оордин
аписана
сложн
ункцио
словий;
даптаци
сновны
а, а т
озирова
, по ко
данных
уществ
ринцип
тсутств
сли ин
оделир
изации
вляюще
ах, раб
ты точк
в памят
х сист
ирован
самона
и; самоо
и целя
кже п
ие повед
торой и
елях и к
ет неско
нформа
ет, то п
ормации
вать.
роцесса
устройс
тающи
известн
управля
мах упр
я с уче
тройки
учения
и модел
огнозир
ния и с
учаются
итериях
лько при
ионной д
строение
об объ
управле
тва:
в реж
, и про
щего у
вления,
ом крит
в проце
самоор
рования
вание
ойств об
оптима
ципов
статоч
модели
кте дос
ия выде
ме фи
рамма о
тройств
требую
рия опт
се осу
анизаци
являютс
оведени
екта ос
ьные уп
оделиро
ости. Ес
бъекта
аточно,
ют неск
сирован
тималь
.
их разр
мально
ествлен
систем
описан
и св
ществля
авляющ
ания:
инфор
евозмож
о не и
лько ва
ых пер
ого упра
аботки
ти и за
я упра
.
е и объя
йств о
тся с по
ие возд
ация об
о. И, на
еет см
иантов
еходов
ления
ежима
анных
ления;
нение
ъекта.
ощью
йствия
бъекте
борот,
ла его
24
2. Принцип осуществимости. Модель должна создаваться за конечное
время, а вероятность достижения поставленной цели исследования
должна быть отличной от нуля.
3. Принцип множественности моделей. Модель должна обладать такими
свойствами реального объекта или системы, которые полезны и
интересны исследователю. Чтобы провести полное исследование объекта
с разных сторон и с разной степенью детализации, необходимо созд
несколько вариантов модели.
4. Принцип агрегатирования. В некоторых исследованиях целесообразно
представить систему как совокупность подсистем, и применить
стандартные схемы для описания каждой подсистемы.
5. Принцип параметризации. Моделирование осуществляется по известной
системе, параметры которой неизвестны.
В области моделирования процессов управления, целесообразно
выделять следующие составляющие элементы: задача – модель - метод условия приме
последовательное осуществление этапов исследования:
постановка практической проблемы и формулировка математической
задачи;
нимости. Моделирование процессов управления предполагает
ать
решение математической задачи;
проработка математических выводов и возвращение к практической
проблеме.
Математическая модель должна быть простой, легко интерпретируемой,
в полной мере решать поставленные задачи. Модель должна быть не только
адаптирована к имеющ
модифицироваться при появлении новых данных.
Математическая модель представляет собой комбинацию следующих
элементов:
входных и выходных переменных, имеющих область определения;
параметров с числовыми значениями;
функциональных зависимостей;
ограничений;
целевых функций в задачах оптимизации.
Ограничения устанавливаются в форме равенств или нер
верхнему или нижнему уровню соответствующих регулируемых величин.
Существуют ограничения двух видов, направленные на обеспечение надёжной,
безопасной и экономичной работы оборудования ТЭЦ:
физические (жёсткие) – не допускается их нарушение;
условные – могут нарушаться, но их нарушение приведёт к снижению
значения критерия управления и качества ведения технологического
процесса.
имся исходным данным об объекте, но и легко
авенств по
25
В качестве целевой функции обычно принимают коэффициент полезного
действия, производительность устройства или объекта, себестоимость
продукции, энергозатраты и т. п. Контролируемые параметры измеряются
постоянно и напрямую, или вычисляются по другим измеряемым параметрам,
при этом система может иметь свое вычислительное устройство.
Общая схема моделирования имеет следующий вид:
формализация проблемы и задачи;
выбор временной и пространственной шк
ал модели;
выбор метода построения модели;
планирование эксперимента;
получение и обработка экспериментальных данных;
определение неизвестных характеристик модели;
выбор метода решения задачи;
вычислительный эксперимент;
анализ и интерпретация результатов моделирования;
принятие решения об использовании результатов;
практическое использование модели.
2.2 Общие положения о создании ма
тематических моделей
теплотехнических объектов, используемых в задачах управления
Математические модели тепловых электроцентралей составляются для
описания технологических процессов и формирования критериев управления на
различных уровнях (локальных, блочных и общестанционных). Существует
несколько вариантов математических моделей ТЭЦ с учётом работы
теплоэнергетического оборудования: по электрическому (2.1) и тепловому
графику (2.2). Соответственно математическая модель ТЭЦ пр
качестве целевой функции, устанавливающей зависимость расхода топлива (В
от величины тепловой (
тепловой нагрузки (
):
т
) и электрической (Nе) нагрузки, или только от
т
едставляется в
m
)
В
=f(Qт, Ne) (2.1)
m
В
=f(Qт). (2.2)
m
При этом оптимальным отношением является отношение расхода
топлива к электрической нагрузке, значение которого стремится к min:
b= В
→min. (2.3)
т/Ne
Для оценки энергетической эффективности производства тепла и
электроэнергии на ТЭЦ используют коэффициент полезного использования
теплоты топлива. Данный коэффициент определяет совокупный расход топлива
на производство единицы энергии по формуле (2.4):
26
э
В
ТЭЦ
т
, (2.4)
р
∙
н
где
- производство электрической энергии, МВт;
э
- суммарный расход топлива на ТЭЦ, кг;
В
ТЭЦ
р
- низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
н
Значение коэффициента полезного использования теплоты топлива для
ТЭЦ может изменяться от 0,25 до 0,86. Большой интервал изменения значения
коэффициента определяется именно комбинированной выработкой теплоты для
нужд теплового потребителя.
Для повышения эффективности генерации теплоты и электроэнергии,
необходимо оптимизировать режимы работы ТЭЦ. Но турбинные установки с
отборами пара сн
абжают потребителей двумя видами энергии. И задача
оптимального распределения нагрузок между ними отличается. Способ
представления целевой функции может отразиться на выборе метода решения
задачи.
Если работа оборудования осуществляется по тепловому графику, то
выбираются такие варианты распределения нагрузки, которые на заданном
тепловом потреблении имеют наибольшую выработку электроэнергии. Если
работа осуществляется по электрическому графику, то выбираются такие
ианты, которые имеют наименьший расход топлива.
вар
В математической модели должны быть представлены система
уравнений балансов, уравнения характеристики энергетического оборудования,
а также система ограничений. Уравнения балансов тепловых и электрических
мощностей, баланса расходов пара и воды составляются на базе фактических
данных ТЭЦ с учётом ограничений по паропроизводительности котлов,
расходных и тер
модинамических параметров теплофикационных отборов
турбин. Аналитические уравнения характеристики оборудования ТЭЦ
получены обработкой утверждённых нормативных энергетических
характеристик турбоустановок, котлов и крупного вспомогательного
оборудования ТЭЦ с учётом поправок на отклонение параметров пара.
Система ограничений математической модели в ходе оптимизации
состоит из допустимых пределов изменения мощностей. Допустимые пределы
изменения мощностей представлены неравенствами для станции (2.5) и
турбоагрегатов (2.6):
ст
ст
о
ст
,
; (2.5)
,
, (2.6)
где
ст
э
ст
,
– электрическая нагрузка станции и i-го агрегата;
э
,
– отпуск производственного пара от станции и каждым i-м
э
э
,
,
о
турбоагрегатом, т/ч;
ст
о
,
– суммарный отпуск низкопотенциальной теплоты за счёт
о
отборного пара общий для станции и каждым i-ым турбоагрегатом, Гкал/ч.
27
П
вариа
н
ж
м
е
и
м
ат
ж
е
П
ж
е
д
и
и
л
д
р
о
о
ц
т
ж
р
4
н
р
А
ы
т
н
о
л
у
м
н
у
и
у
и
.
о
л
о
д
е
р
н
г
й
т
и
е
Э
в
д
н
е
а
с
м
н
д
н
ж
р
е
й
с
м
е
ч
т
с
е
ф
Ц
е
т
е
о
и
с
т
и
о
в
в
е
в
з
ь
а
м
а
ч
м
ы
и
д
а
м
д
возмо
режи
колич
рабоч
режи
генер
возмо
задава
оказате
та, опре
ных ва
ов раб
ством к
х редук
ов рабо
ор базы
ных ре
мые наг
ь эффек
еляется
иантов
ты ста
тлов; к
ионно-ох
ы обор
данных.
имов
узки ста
ивности,
для каж
распред
ции оп
личество
адитель
дования
Данный
ощносте
ции с учё
использу
ого j-го
ления н
еделяет
м режи
ых уста
станции
енератор
обору
том огра
мый для
режима
грузки.
я коли
ов рабо
овок. В
больш
может с
ования,
ичений.
выявлен
работы
Количес
еством
ы турб
лучаях, к
сотни,
ормиро
обеспечи
я оптим
станции
во воз
турбоуст
н; коли
огда воз
разрабат
ать масс
ающих
льного
и всех
ожных
новок;
еством
ожных
вается
в всех
любые
возмо
распр
обору
форм
оптим
Рис. 2.
о задан
но фо
деления
ования.
рование
зационн
– Структ
ым нагр
мирован
нагрузок
также в
эквива
расчёт
ра оптим
электрич
зкам Т
е экви
Но в
зникает
ентной
в [4].
зации ре
еской эне
Ц и сущ
алентно
анном
еобходи
характ
имов прои
гии на ТЭ
ствующ
харак
лучае н
ость в д
ристики
водства т
му соста
еристики
оптими
полнител
перед
пловой
обору
оптим
зируется
ьном вре
прове
ования
льного
состав
ени на
ением
28
2.3 Оптимизация режимов работы теплоэнергетического
оборудования
Оптимизация режимов работы оборудования на ТЭЦ производится с
целью обеспечения максимального экономического эффекта, например, путём
минимизации топливных затрат при заданных диспетчерских графиках.
В установившемся режиме работы теплоэнергетического оборудования на
ТЭЦ решаются первоочередные задачи экономической эффективности
(например, минимизации энергетических потерь, которые изменяются в
зависимости от нагрузки),
эффективности (например, поддержание изменений технологических
параметров или экологических показателей в пределах допустимых
отклонений).
С момента реформирования государственного строя (90-е годы)
российская энергетика претерпела некоторые изменения:
создан оптовый рынок электроэнергии в Российской Федерации
(1 ноября 2003 год), в котором участники конкурируют между собой в
рамках, утверждённых Фе
а в переходных режимах – задачи технической
деральным законом «Об электроэнергетике»;
цены на электрическую энергию формируются на основе спроса и
предложения. Конкретные цены определяются возможностями
производителя энергии и крупных потребителей принять данный товар,
согласно, заявке на рынке мощности;
управление режимами работы электростанций зависит от ценовых
сигналов оптового рынка и заявленной цены непосредственно самой
генерирующей компанией. Пр
затрат на топливо, то генерирующая компания в праве не производить
электроэнергию на продажу и уровень загрузки электростанции,
соответственно, меняется.
Крупные ТЭЦ на территории России работают в условиях оптового
рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ). Одной из главных задач в
управлении режимами работы ТЭЦ является получение максимальной
суммарной прибыли ст
регулируемым договорам на рынке «на сутки вперед» (РСВ), и на
балансирующем рынке (БР), а также от продажи тепловой энергии (таблица
2.1).
На тепловых электроцентралях объём выработки электроэнергии зависит
от тепловой нагрузки, поэтому возможны ограничения по регулированию
электрической нагрузки и мощности в эн
возможно отклонение технологических параметров от номинальных значений
(обусловлено техническим состоянием, условиями эксплуатации оборудования,
работоспособностью и т.п.). Это приводит к изменению энергетических
характеристик, и, как следствие, вносит коррективы в оптимальное
распределение нагрузки между работающим оборудованием.
анции от ее участия в продаже электроэнергии по
и этом если рыночная цена не покрывает
ергосистеме. В процессе эксплуатации
29
Задачи оптимизации преследуют разные цели и решаются различными
методами, но результаты их решений тесно связаны. Задача по оптимизации
режимов работы ТЭЦ, как и любая другая оптимизационная задача должна
включать в себя:
набор оптимизируемых (варьируемых) параметров;
целевую функцию, зависимую от оптимизируемых параметров;
ограничения на значения этих параметров.
Таблица 2.1
Выбор
состава
оборудования
Планирование
заявок на РСВ
Работа на БР
Контроль
технологического
процесса
Анализ
результатов
работы на РСВ
и БР
10 дней 3 дня 1день/1 час 1день/1 час
организация
поиска
оптимального
состава
оборудования
определение
оптимального
графика
генерации
электроэнергии;
моделирование
и анализ
режимов работы
электростанций
организация
поиска
оптимальных
оперативных
ценопринимающих
заявок на БР;
контроль
исполнения
диспетчерских
графиков;
минимизация
отклонения на БР
минимизация
затрат на топливо;
оптимальное
распределение
тепловой
и электрической
нагрузки
расчёт
фактических
техникоэкономических
показателей
работы
электростанций
и сопоставление
с данными
нормативной
ментации;
доку
проведение
сравнительного
анализа
плановых
и фактических
показателей
К статической оптимизации относят задачи определения экстремума
функции в зависимости от значений переменных параметров системы и
управляющих воздействий, не являющихся функцией времени. При управлении
производственными процессами широко используется экстремальное
регулирование, то есть устанавливается такой режим объекта, при котором
контролируемый параметр имеет максимальное или минимальное значение.
Особенностями задач статической оптимизации являются:
нел
инейный (экстремальный) характер целевой функции в зависимости
от управляющих воздействий, технологических параметров или нагрузки
(например, целевую функцию максимизируют в случае управления
процессом горения для достижения наибольшего значения КПД, и
минимизируют в управлении тем же процессом с учётом тепловых
потерь);
учёт ограничений в процессе решения задачи (например, материальные
или энергетические рес
урсы местных систем; термическая и
механическая прочность металлов; опасность повреждения или
разрушения энергооборудования).
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]