Аннотация
В работе приводится подход по разработке теплоэнергетической модели промышленных электростанций. Данный алгоритм основан на методах динамического программирования и модифицированного последовательного эквивалентирования. Сочетание предложенных методов отличается возможностью построения моделей в табличной форме, учета ограничений в виде равенств и неравенств. Кроме того, модели могут иметь точки недифференцируемости и разрывы. Основным критерием оптимизации является минимум суммарных затрат на первичный энергоноситель с учетом собственных нужд и фонда оплаты труда. При построении эквивалентной модели в качестве исходных данных используются технико-экономические модели энергетических котлов электростанции, представляющие собой зависимость паропроизводительности котла от себестоимости свежего пара, учитывающие расход топлива на выработку 1 т свежего пара и возможные объемы энергоресурсов в составе топливной смеси котла (например, смесь доменного и природного газов). Эквивалентная модель позволяет для необходимой паропроизводительности (с учетом теплофикационных и производственных отборов) электростанции определять оптимальные загрузки котлов по тепловой мощности и соответствующие им расходы первичного топлива, а также затраты на него. При построении модели учитываются эксплуатационные характеристики котлов, а именно температура питающей воды и давление пара в барабане. Отличительной особенностью теплоэнергетической модели электростанции является учет всех возможных соотношений топлива при поиске оптимального значения паропроизводительности энергоустановки. Разработанный алгоритм реализован в оригинальном программном продукте КАТРАН-OptHeatPower, предназначенном для планирования и принятия оперативных решений при управлении нормальными, ремонтными и послеаварийными режимами промышленных тепловых электростанций.
Ключевые слова
Технико-экономическая модель, энергетический котел, энергетический ресурс, турбогенератор, местная электростанция, система электроснабжения, промышленное предприятие.
1. C. Wang, G. Yao, X. Wang, Y. Zheng, L. Zhou, Q. Xu and X. Liang, "Reactive power optimization based on particle swarm optimization algorithm in 10 kV distribution network," in Advances in Swarm Intelligence, 2011, pp. 157-164.
2. D. Yang, "Particle swarm optimization algorithm for the application of reactive power optimization problem," in Lecture Notes in Electrical Engineering, 2012, pp. 625-631.
3. Sosnina E.N., Shalukho A.V., Lipuzhin I.A., Kechkin A.Y. and Voroshilov A.A. "Optimization of Virtual Power Plant Topology with Distributed Generation Sources," 2018 International Conference and Utility Exhibition on Green Energy for Sustainable Development (ICUE), Phuket, Thailand, 2018, pp. 1-7, doi: 10.23919/ICUE-GESD.2018.8635749.
4. Varganova A.V., Malafeev A.V. “Energy-efficient distribution of heat between the boiler units of industrial power palnts with the use of computers,”Power Technology and Engineering, 2018, no. 52, vol. 1, pp. 74-78.
5. Gazizova O.V., Varganova A.V. and Malafeev A.V. "Steady-State Stability of Industrial Distributed Generation Sources in Terms of Optimization of Their Active and Reactive Power Loading," 2018 International Ural Conference on Green Energy (UralCon), Chelyabinsk, 2018, pp. 187-192, doi: 10.1109/URALCON.2018.8544371.
6. Puttgen H.B. and Jansen J.F. "An expert system for the design of a power plant electrical auxiliary system," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 3, no. 1, pp. 254-261, Feb. 1988, doi: 10.1109/59.43208.
7. Варганова А.В. О методах оптимизации режимов работы электроэнергетических систем и сетей // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2017. Т. 17. № 3. С. 76-85.
8. Dzobo O. "Virtual power plant energy optimisation in smart grids," 2019 Southern African Universities Power Engineering Conference/Robotics and Mechatronics/Pattern Recognition Association of South Africa (SAUPEC/RobMech/PRASA), Bloemfontein, South Africa, 2019, pp. 714-718.
9. Siqing Lu, E. Swidenbank and B.W. Hogg, "Power Plant Analyser-an applied MATLAB Toolbox", IEE Colloquium on Applied Control Techniques Using MATLAB, London, UK, 1995, pp. 11/1-11/4, doi: 10.1049/ic:19950062.
10. M.S. Donne, A.W. Pike and R. Savry, "Application of modern methods in power plant simulation and control," in Computing & Control Engineering Journal, vol. 12, no. 2, pp. 75-84, April 2001, doi: 10.1049/cce:20010205.
11. Yuanhang Dai, Lei Chen, Yong Min, Qun Chen, Kang Hu, Junhong Hao, Yiwei Zhang, Fei Xu, "Dispatch Model of Combined Heat and Power Plant Considering Heat Transfer Process", Sustainable Energy IEEE Transactions on, vol. 8, no. 3, pp. 1225-1236, 2017.
12. Chaoqun Sheng, Nian Liu, Xiyuan Ma, Changcheng Zhou, Jiahao Han, "Probabilistic Production Simulation for Industrial Integrated Energy System with Power and Steam Loads", Energy Internet and Energy System Integration (EI2) 2018 2nd IEEE Conference on, pp. 1-5, 2018.
13. Погодин А.А. Распределенная генерация в схемах электроснабжения промышленного производства // Ростовский научный журнал. 2018. №12. С. 374-381.
14. Илюшин П.В. Анализ особенностей сетей внутреннего электроснабжения промышленных предприятий с объектами распределённой генерации // Энергетик. 2016. №12. С. 21-25.
15. Бондаренко Л.В. Методы и модели управления материальными запасами топлива на тепловых электростанциях // Известия ТРТУ. 2006. № 15 (70). С. 119-122.
16. Крохин Г.Д., Шалин А.И. Нечеткие модели отказов энергоустановок тепловых электростанций // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2006. № 2 (23). С. 135-149.
17. Чубаров К.М., Сенько Н.В. Исследование последствий крупных технологических аварий на тепловых станциях // Современные научные исследования и разработки. 2017. №2(10). С. 436-437.
18. Осика Л.К., Журавлёв В.С. Требования к виртуальным моделям тепловых электростанций и инструментам их создания // Электрические станции. 2014. №1(990). С. 2-8.
19. Осика Л.К., Журавлёв В.С. Виртуальное моделирование как единый инструмент управления жизненным циклом тепловых электростанций // Электрические станции. 2013. № 4 (981). С. 2-10.
20. Мерзликина Е.И., Щедеркина Т.Е. Генетический алгоритм оптимизации в задаче распределения нагрузки тепловой электростанции // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. 2018. № 1. С. 22-28.
21. Варганова А.В. Алгоритм внутристанционной оптимизации режимов работы котлоагрегатов и турбогенераторов промышленных электростанций // Промышленная энергетика. 2018. № 1. С. 17-22.
22. Варганов Д.Е., Варганова А.В. Расчет себестоимости свежего пара на крупных тепловых промышленных электростанциях // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 1 (30). С. 24-28.
23. А.с. 2019618397 Российская Федерация, КАТРАН-OptActivePower / Варганова А.В., Малафеев А.В.; заявитель ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». № 2019616954; заявл. 07.06.2019; опубл. 01.07.2019.