MATLAB曲線擬合工具箱在發電廠的運用

高文曄

（山西西山熱電有限責任公司，山西 太原 030022）

廠網分開與競價上網的試行，使得電作為一種特殊的商品走向了市場。目前，發電企業發電成本高、利潤低，靠改造設備和改革電價來提高經濟效益空間很小。所以挖掘內部潛力并結合使用新技術降低成本顯得尤為重要。電力企業生產過程中的矛盾在于：生產方必須晝夜不停連續供應，而需求方對電力的需求則是不均衡的，這樣造成發電系統的負荷不斷變化，尤其是白天的高峰負荷和夜間的低谷負荷。為此，發電企業在實際操作過程中，盡量讓效率高的機組多帶負荷，或是盡量平均分配負荷進行多臺機組的負荷分配。然而，這種方法通常是不科學的、不經濟的。

對于火力電力企業，其各機組最大的花費成本是能耗（主要為煤炭），據調查顯示大部分依靠煤炭發電的企業，其燃料成本為70%左右，較好的電廠能到達60%，而有的可達到80%.機組間的負荷的優化分配，可保證企業總能耗最小。

1 火電廠單元機組煤耗特性曲線的確定

機組的煤耗特性曲線是進行機組負荷優化調度的前提和基礎，一般來說獲取機組煤耗特性有3種方法：1）利用機組制造廠家提供的設計參數煤耗特性，但是存在的弊端是實際運行狀態與制造廠家提供的數據有較大的差別，而且反映不出外界變化。2）結合理論并在定期機組熱力試驗的基礎上修正煤耗特性曲線，但非直接測量精度無法保障，因為機組在做熱力實驗時都是按鍋爐、汽機、發電機進行獨立的熱力試驗，這樣得出的數據無法從整體上反映其性能。3）從機組實時性能監測系統得到煤耗特性，計算機監測技術的發展和在線監測系統不斷完善可以及時得到準確的機組煤耗特性。

2 利用MATLAB工具箱進行機組負荷優化分配

我國大型火電廠一般都有多臺發電機組，且每臺機組由發電機、汽輪機、鍋爐以及相關輔機等設備組成。若調度中心分配給該電廠一個總負荷，電廠再如何分配各機組的負荷來確保總耗煤量最低，而且能夠安全穩定運行就是負荷分配的基本概念。

下面以具體的例子來說明：我國西部某電廠現有3臺330MW 機組，自動化信息方面擁有較為完善的廠級監控系統，包括廠級管理信息層（MIS）、廠級生產技術層（SIS）、生產過程層（DCS）。中調給定總負荷后，電廠再進行發電機組的出力分配，通過電廠監控信息系統（SupervisoryInformationSystemofplant.SIS）可以有效采集生產過程的實時數據。與此同時，電廠存在的問題有：1）當中調某段時間給定的負荷變化不斷，運行人員需頻繁調整負荷導致任務繁重及安全隱患。2）當中調要求總負荷偏離電廠額定總負荷時，如何分配能耗最小無從依據。因此需要有效的工具幫助解決這一問題。本文提出一種利用MATLAB工具箱解決機組負荷優化分配的方法：首先用MATLAB的曲線擬合工具箱（CurveFittingToolbox）［1］，擬合得到機組的煤耗特性曲線，再以多臺機組的煤耗量之和作為目標函數，考慮相關約束條件，利用MATLAB優化工具箱對火電廠各機組負荷進行優化分配。全廠滿負荷運行則不存在負荷分配問題。現知該廠#1、#2、#3機組總負荷在540～990MW，3臺機組的出力范圍均為180～330MW，三臺機組的出力變化范圍為0～150MW（330MW-180MW=150 MW），可知3臺機組都運行，散點圖連接見圖1.

圖1 機組1、2、3負荷-煤耗量散點的線性擬合示意圖

MATLAB的優化工具箱提供了求解線性規劃問題的函數即linprog（），根據曲線擬合結果在MATLAB工作空間輸入相應的參數后，分別調用相應命令取得分配結果［2］.該方案P分別取70%、80%、90%負荷，所以P分別為693MW、792MW、891MW.

1）當P=693MW 時：

首先，輸入下列系數：

然后，調用linprog函數：

［δ，fval，exitflag，output，lambda］=linprog（f，A，b，Aeq，beq，1b）；

可見，相對#l機組最低負荷的變化量δ1=0.0000，相對#2機組最低負荷的變化量δ2=150.0000，相對#3機組最低負荷的變化量δ3=3.0000，minB*（P）=38.3001t／h，所以全廠最低總煤耗量可表示為B（P）=Bmin+∑3

i=1Kiδi=B1min+B2min+B3min+∑3i=1Kiδi=（0.300+0.2500+0.2667）×180+38.3001=185.3061t／h，計算收斂。

2）當P=792MW 時：

首先，輸入下列系數：

然后，調用linprog函數：

3）當P=891MW 時：

首先，輸入下列系數：

然后，調用linprog函數：

在電廠的運行管理中利用MATLAB工具箱進行機組負荷優化分配，可有效降低燃料成本，提高電廠發電效率。

［1］ 蘇金明，阮沈勇.MATLAB6.1實用指南［M］.北京：電子工業出版社，2002：62.

［2］ 張利紅，張 光.火電廠多臺機組間的負荷優化分配研究［D］.北京：華北電力大學，2005（3）：43.