- •Содержание.
- •1. Оптимизация режимов энергосистем 6
- •2. Автоматизированные системы управления (асу). 53
- •Введение
- •1. Оптимизация режимов энергосистем
- •1.1. Параметры режима эс
- •1.2. Формулировка задачи оптимизации
- •1.3. Особенности задачи нелинейного программирования
- •1.4. Методы безусловной оптимизации
- •1.4.1. Метод покоординатного спуска
- •1.4.2. Градиентный метод
- •1.4.3. Метод случайного поиска
- •1.4.4. Метод деформированного многогранника
- •1.5. Оптимизация с учетом ограничений в форме равенств
- •1.5.1. Метод прямой оптимизации
- •1.5.2. Метод приведенного градиента
- •1.5.3. Метод неопределенных множителей Лагранжа
- •1.6. Оптимизация с учетом ограничений в форме неравенств
- •1.7. Условия оптимального распределения нагрузки между параллельно работающими блоками
- •1.8. Характеристики основного оборудования тэс
- •1.9. Характеристики блоков
- •1.10. Маневренные свойства блока
- •1.11. Методы распределения нагрузки между блоками на кэс
- •1.11.1. Графический метод.
- •1.11.2. Распределение с помощью эвм.
- •1.12. Влияние погрешностей в определении на пережог топлива
- •1.13. Условие оптимального распределения в системе с тэс
- •1.14. Условия распределения мощности и энергии с учетом рынка перетоков
- •1.15. Определение удельных приростов потерь
- •1.16. Мероприятия по снижению потерь в сети
- •1.17. Распределение нагрузки в системе с гэс
- •1.18. Определение характеристик гэс
- •1.19. Распределение нагрузки в системе с гэс
- •1.19.1. Применение динамического программирования для выбора графика сработки водохранилища для гэс
- •1.20. Оптимизация реактивной мощности в системе
- •1.21. Комплексная оптимизация режима
- •1.22. Выбор состава включенного в работу оборудования.
- •1.23. Применение эвм для оптимизации
- •1.24. Оптимизация надежности
- •1.24.1. Выбор оптимального аварийного резерва
- •1.24.2. Определение дискретных рядов аварийного выхода и снижения нагрузки
- •1.25. Оптимизация качества электроэнергии.
- •1.26. Интегральный критерий качества.
- •1.27. Определение оптимального напряжения для осветительной нагрузки.
- •2. Автоматизированные системы управления (асу).
- •2.1. Энергосистема как объект управления.
- •2.2. Подсистемы асу тп.
- •2.3. Подсистемы технического обеспечения.
- •2.3.1. Датчики электрических параметров.
- •2.3.2. Счетчики.
- •2.3.3. Устройства преобразования информации.
- •2.3.4. Средства связи в асу и телемеханика.
- •2.3.5. Регистраторы событий.
- •2.3.6. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (аскуэ).
- •2.3.7. Средства отображения информации.
- •2.3.8. Информационное обеспечение.
- •2.4. Подсистемы программного обеспечения асу.
- •Иоасу “Энергия”
- •2.5. Асу тп тэс.
- •2.6. Асу пэс
- •2.7. Асу тп подстанций.
- •2.8. Контроль за работой пэ энергосистемы.
1.7. Условия оптимального распределения нагрузки между параллельно работающими блоками
Рассмотрим ТЭС (рис.1.14), на которой параллельно работает несколько блоков, каждый из которых состоит из парогенератора ПГ и турбины Т с генератором.
На рисунке n – число блоков, Bi(Pi) – расходная характеристика [т у.т./ч],
P0 – общая нагрузка ТЭС. Необходимо определить такие мощности всех блоков Pi, при которых расход топлива на ТЭС будет минимальным.
Составим математическую модель:
вектор неизвестных
целевая функция .
Ограничение определяется условием баланса мощности:
.
Составляем функцию Лагранжа:
;
условия экстремума которой
,
;
Множитель Лагранжа входит во все n условий, откуда .
Производная , называемая относительным (удельным) приростом расхода топлива характеризует изменение расхода топлива при изменении мощности на 1 МВт в течении часа. Измеряется прирост в т у.т./МВт*ч.
Оценим условия, при которых экстремум соответствует минимуму расхода топлива. Из математики известно, что при этом d2L > 0.
;
;
Таким образом, условие
обеспечивает минимум, если зависимостиявляются возрастающими.
При распределении нагрузки учитываются относительные приросты, а не удельные расходы, определяемые в т у.т. на 1 МВт*ч произведенной энергии.
Действительно, рассмотрим пример параллельной работы двух блоков с разными расходными характеристиками Bi(Pi) (рис.1.15).
Полная нагрузка ТЭС P0 = 30 МВт.
Рассмотрим 2 варианта распределения мощности по блокам:
1) Учитывая, что удельный расход для 1-го блока меньше, загрузим его по максимуму, приняв P1 = 20 МВт, P2 = 10 МВт.
По характеристикам блоков определяем, что B = 8 т у.т./ч.
2) Оценив при этом значения , видим, что 1 2;
Равенство относительных приростов обеспечивается при P1 = 10 МВт и
P2 = 20 МВт. По характеристикам блоков определяем, что в этом случае B = 7 т у.т./ч.
Условие равенства относительных приростов имеет четкий физический смысл.. Действительно, если имеем два блока с 1 2 и 1 > 2, тогда первый блок можно разгрузить на P. При этом получаем экономию .
Для сохранения баланса необходимо повысить P2 на ту же величину P. Получается дополнительный расход топлива на втором блоке .
В результате получается реальная экономия топлива на ТЭС, равная
.
Рассмотрим случай, когда два блока однотипны и имеют одинаковые характеристики расхода топлива, но работают с разной мощностью. Характеристика относительного прироста (ХОП) показана на рис 1.16.
Воптимальном режиме нагрузка каждого блока Ро. Оценим пережог топлива при работе блоков с нагрузкой Р1 и Р2.
Поскольку , то любое приращение расхода топлива
пропорционально соответствующей площади.
Разность приращений и определяет пережог .
1.8. Характеристики основного оборудования тэс
На показатели работы ТЭС влияют в основном эксплуатационные характеристики парогенераторов (ПГ), турбогенераторов (ТГ), а также вспомогательного оборудования, относящегося к собственным нуждам. Каждый агрегат характеризуется КПД и расходными характеристиками, определяющими зависимость первичного энергоресурса ЭР от производительности П.
Наиболее важными характеристиками оборудования являются:
удельный расход, определяемый геометрически секущей, и относительный прирост
, определяемый касательной.
Расходные характеристики оборудования ТЭС могут иметь более сложный характер за счет разрывов, не монотонного изменения наклона и т.п.
Рассмотрим подробнее характеристики ПГ и ТГ.
а) Парогенератор (котел).
Парогенераторы мощных ТЭС бывают 2-х типов: барабанные и прямоточные. Их расходные характеристики представляются обычно либо как зависимостиB(Q), либо – B(D). Здесь Q – тепло (в [Гкал] или в [ГДж]), D – расход в тоннах стандартного пара ([т п./час]).
Для построения характеристик обычно используется зависимость КПД (Q). Для каждой k-ой точки характеристики B(Q) считается на входе котла и затем пересчитывается на условное топливо с теплотой сгорания 7 Гкал/тт у.т./ч.
Таким образом, по расчетным точкам путем сглаживания строится B(Q). ХОП котла можно построить методом конечных приращений
.
Однако лучшую точность дает расчет по методу обратного баланса. Заключается он в следующем:
– задается характеристика (Q) в виде кривой или таблицы;
– в каждой точке прирост рассматривается как производная от тепловой энергии на входе, определяемой с потерями
;
–по точкам рассчитываются и кривая сглаживается;
– производная потерь определяется через конечные приращения (рис.1.19) и затем считается
т у.т./Гкал*ч.
Характеристика строится в рабочем диапазоне нагрузки котла:
,
где минимальная нагрузка определяется устойчивостью горения факела.
Расходные характеристики меняются в процессе эксплуатации из-за старения и снижения КПД.
б) ТГ – турбогенератор.
В энергетике широко используются конденсационные турбины. Расходная характеристика такого ТГ представляет из себя зависимость Q(P).
Для ТГ завод-изготовитель определяет характеристику, заданную аналитически (рис.1.20)
,
где ;
– относительный прирост расхода тепла.
Характеристика задается в рабочем диапазоне от Pmin до PH, причем .
На ТЭЦ находят применение турбины с противодавлением типа РТ,. которые могут использоваться для связи сборных коллекторов пара разных давлений при р2/р1 0,1 0,5 (рис. 1.21). У подобных турбин характеристики приростов убывающие. ТГ с противодавлением используются редко.
Рис. 1.21
На ТЭЦ широко используются турбины с отборами пара. Отборы делят на два вида: теплофикационные – Т и промышленные – П. Турбины с отборами имеют более сложные характеристики, которые зависят от величины отбора (рис.1 22).
При работе ТГ с большими отборами пара электрическая мощность может ограничиваться пропускной способностью
цилиндра высокого давления, а при малых отборах - цилиндром низкого давления.
Для турбин типа ПТ с двумя отборами строится еще более сложная диаграмма расхода.