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電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)論文
電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)論文在探討電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首先討論了幾種常用的電廠負(fù)荷的分配方法，分析了各個(gè)方法的主要原理與特點(diǎn)，闡述了幾種重要的智能決策方法，重點(diǎn)討論了遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與混沌算法的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行電廠負(fù)荷分配具有一定的參考作用。
電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)論文【1】
【關(guān)鍵詞】負(fù)荷;優(yōu)先次序法;等微增率法;遺傳算法;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
一、引言
隨著工業(yè)的發(fā)展，節(jié)能減排也日益突出，成為電力系統(tǒng)應(yīng)該重點(diǎn)注意的一項(xiàng)工作。
電能是我國(guó)重要的能源之一，不是取之不盡用之不竭的，且沒(méi)有可以被貯存的功能，因此，需要在進(jìn)行負(fù)荷分配的時(shí)候，注意最優(yōu)化選擇與經(jīng)濟(jì)效益，以同時(shí)加強(qiáng)電力企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力與降低成本。
本文針對(duì)以上情況，對(duì)合理進(jìn)行最優(yōu)化負(fù)荷分配進(jìn)行了詳細(xì)的分析與討論。
主要介紹了常用的分配方法與具體的智能算法，可以為電廠根據(jù)自身情況選擇合理的分配方案提供指導(dǎo)作用。
二、電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
(一)參加調(diào)峰、調(diào)頻。
調(diào)峰與調(diào)頻在電網(wǎng)運(yùn)行中是非常重要的，因此，電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)與參加調(diào)峰、調(diào)頻密不可分。
為此，要合理控制、規(guī)劃電網(wǎng)的調(diào)峰與調(diào)頻情況，保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以滿足電網(wǎng)的基本要求。
(二)穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行。
機(jī)組在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將會(huì)受到不同程度的內(nèi)外干擾，從而造成一定的機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定情況發(fā)生。
因此，要保證機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的能量平衡與質(zhì)量平衡，進(jìn)而穩(wěn)定機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。
(三)接口完善。
電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，需要與其他系統(tǒng)進(jìn)行不斷的信息交互工作，為此，必須保證接口完善，任務(wù)交互不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，使得系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性更強(qiáng)，更加完善。
(四)可供選擇性強(qiáng)。
電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須可以滿足不同的要求。
在實(shí)際的電廠工作運(yùn)行中，情況較多且均比較復(fù)雜。
而且，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中可以會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致其中的一個(gè)或幾個(gè)機(jī)組被分割到運(yùn)行之外，此時(shí)，電廠負(fù)荷自動(dòng)控制系統(tǒng)不能因此停止運(yùn)行，必須繼續(xù)保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
三、電廠負(fù)荷的分配方法
(一)優(yōu)先次序法。
優(yōu)先次序法的主要步驟如下：首先，根據(jù)電廠中機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行效率計(jì)算出各個(gè)機(jī)組單獨(dú)工作時(shí)的最大效率;然后，將各個(gè)機(jī)組按照效率的高低，由大至小進(jìn)行排序，進(jìn)而各個(gè)機(jī)組依次分配負(fù)荷。
(二)等微增率法。
等微增率法[1]指的是在等式的約束條件下，有效使用基于數(shù)學(xué)極致計(jì)算理論得到的等微增率法，進(jìn)行各個(gè)機(jī)組的負(fù)荷分配。
這種分配方法具備計(jì)算簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。
但是，由于該方法要是各個(gè)機(jī)組的煤耗為嚴(yán)格的凸函數(shù)，增率曲線是單調(diào)遞增可微的，因此容易導(dǎo)致計(jì)算失真的情況發(fā)生。
(三)逐點(diǎn)法。
這種方法也被稱為窮舉法，是根據(jù)指定的間隔依次確定總分配方案的方法。
針對(duì)每一種方案分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的各個(gè)機(jī)組的煤耗與發(fā)電廠的總煤耗[2]，合理選擇出使全廠煤耗最小的分配方法。
這種分配方法通過(guò)實(shí)測(cè)性能曲線對(duì)各個(gè)機(jī)組工況點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算，有效的避免人為擬合導(dǎo)致的誤差的產(chǎn)生，且對(duì)性能曲線的連續(xù)光滑性沒(méi)有要求。
但這種方法的計(jì)算消耗時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法保證其可被用于實(shí)時(shí)計(jì)算。
(四)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。
動(dòng)態(tài)規(guī)劃法要求所需要求解的問(wèn)題要具備明確的階段性，需要使用運(yùn)籌學(xué)原理，用這種方法求解機(jī)組的負(fù)荷最優(yōu)分配問(wèn)題時(shí)，調(diào)度區(qū)間被分為若干個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段通常為一個(gè)小時(shí)。
由初始階段開(kāi)始依次計(jì)算到達(dá)各個(gè)階段各個(gè)狀態(tài)的累計(jì)花費(fèi)[3]，包含啟停機(jī)組的花費(fèi)與運(yùn)行時(shí)所消耗的燃料費(fèi)用。
再根據(jù)最后階段所累計(jì)費(fèi)用的最小狀態(tài)，依次記錄各個(gè)階段，使得總的累計(jì)費(fèi)用為最小的最優(yōu)狀態(tài)。
這種方法不需要硬性規(guī)定任何先決條件，可以避開(kāi)微增率曲線，因此，該方法被廣泛使用。
四、智能決策方法
智能決策方法是指通過(guò)利用計(jì)算機(jī)程序的智能原理，結(jié)合人類的思想，進(jìn)行建模，從而達(dá)到目的的方法。
該決策方法目前已被廣泛使用于工業(yè)領(lǐng)域。
(一)遺傳算法。
遺傳算法是通過(guò)模擬生物根據(jù)達(dá)爾文進(jìn)化論在自然界中的遺傳與進(jìn)化過(guò)程，從而形成的一種自適應(yīng)搜索最優(yōu)方法的模型[4]。
這種算法的實(shí)際應(yīng)用型較強(qiáng)，是屬于框架式的算法，可以根據(jù)不同的實(shí)際問(wèn)題套用，從而得到最優(yōu)解，且該算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)沒(méi)有硬性的特殊規(guī)定與要求。
這種算法具備魯棒性強(qiáng)、搜索效率高的優(yōu)點(diǎn)。
且不易在搜索過(guò)程中陷入局部最優(yōu)，從理論上分析，該算法可以有效找到全局的最優(yōu)解。
使用這種方法求解電廠符合最優(yōu)分配方法，可以得到多個(gè)可供選擇的方法，該算法具備靈活的特點(diǎn)，且可以同時(shí)考慮多種不同的約束。
(二)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是模擬人類大腦物理結(jié)構(gòu)的模型的算法。
該算法可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系。
解決問(wèn)題時(shí)候所涉及到的定量與定性的參數(shù)都可以以等式的方式被存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個(gè)神經(jīng)單元內(nèi)，因此，該算法具備魯棒性的優(yōu)點(diǎn)，且具備一定的容錯(cuò)性。
多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是目前常用的人工神經(jīng)算法之一。
該算法具備如下優(yōu)點(diǎn)：預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較強(qiáng);當(dāng)計(jì)算遇到錯(cuò)誤或干擾時(shí)，魯棒性較強(qiáng);輸出具備較強(qiáng)的靈活性，可以是離散形式的真值，也可以是含有一些離散值和真值的向量;評(píng)估速度較快。
但是，該算法也有一些缺點(diǎn)不容忽視：函數(shù)比較復(fù)雜，不易理解;收斂速度較慢。
(三)混沌算法。
混沌算法獲取最優(yōu)值的方法是通過(guò)約束條件將系統(tǒng)與機(jī)組用罰函數(shù)所表示出來(lái)。
然后，把目標(biāo)值與罰函數(shù)定為尋優(yōu)目標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行根據(jù)混沌運(yùn)動(dòng)特性與自身過(guò)濾特性的方式的搜索過(guò)程。
從而獲得電廠負(fù)荷最優(yōu)分配的結(jié)果。
混沌算法是一種智能型算法，具備某種隨機(jī)性。
該算法具備以下優(yōu)點(diǎn)：效率較高;使用便利;保密性好;安全性高。
五、結(jié)束語(yǔ)
合理進(jìn)行電廠負(fù)荷最優(yōu)化分配是電力行業(yè)的一個(gè)重要的問(wèn)題。
降級(jí)機(jī)組的運(yùn)行成本可以提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，是電廠普遍關(guān)心的問(wèn)題之一。
本文針對(duì)最優(yōu)化選擇電廠負(fù)荷分配方法進(jìn)行了歸納與總結(jié)，在介紹電廠負(fù)荷分配方法的基礎(chǔ)上，對(duì)目前常用的幾種算法進(jìn)行了討論，給電力企業(yè)針對(duì)自身情況，合理選擇負(fù)荷分配提供了一定的參考。
參考文獻(xiàn)：
[1]繆國(guó)鈞，葛曉霞.電廠負(fù)荷的優(yōu)化分配方法[J].電站輔機(jī)， 2010 (003)： 1-5.
[2]于國(guó)強(qiáng)，呂劍虹，龔誠(chéng).電廠負(fù)荷調(diào)度的智能決策方法 [J].熱能動(dòng)力工程， 2003， 18(5)： 507-511.
[3]葛曉霞.電廠負(fù)荷的最優(yōu)分配[J].汽輪機(jī)技術(shù)， 1995， 37(5)： 299-302.
[4]余廷芳.火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)建模， 實(shí)現(xiàn)及人工智能的應(yīng)用研究[D][D].東南大學(xué)， 2004.
火力電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究【2】
【摘要】近年來(lái)，隨著我國(guó)電力系統(tǒng)以及社會(huì)城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，電能的需求量不斷增大，造成火力發(fā)電廠的生產(chǎn)規(guī)模也越來(lái)越大。
為能夠有效的保障火力發(fā)電廠的供電安全性與穩(wěn)定性，降低發(fā)電的運(yùn)行成本，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)火力發(fā)電廠基本上都采用了自動(dòng)控制系統(tǒng)。
根據(jù)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，在闡述火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題及分析的基礎(chǔ)上，對(duì)提高火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)性能分析方法和措施進(jìn)行了深入的分析研究，對(duì)于優(yōu)化提高電力系統(tǒng)供電可靠性，保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠;自動(dòng)控制;系統(tǒng);研究
1、引言
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，電能的需求量和供電的穩(wěn)定性成為變電運(yùn)行中的關(guān)鍵，進(jìn)而火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)問(wèn)題也逐步成為電力部門(mén)普遍關(guān)注的核心問(wèn)題。
但是在近些年來(lái)對(duì)火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)分析過(guò)程中，卻發(fā)現(xiàn)了大量的致命問(wèn)題，有的甚至?xí){到電力系統(tǒng)的安全性穩(wěn)定運(yùn)行，這不僅會(huì)影響到火力發(fā)電廠的效益，而且會(huì)對(duì)電力供應(yīng)安全性和可靠性造成一定的影響。
怎樣才能優(yōu)化火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制，使配電網(wǎng)的可靠性得到保障，是火力發(fā)電廠必須要面對(duì)的重大挑戰(zhàn)。
因此，對(duì)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著積極的意義。
2、火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題及分析
1、火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題分析
(1)火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)極易受到外界干擾 火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)較為龐大的系統(tǒng)。
但其中的過(guò)熱和再熱汽溫的控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)以及積水自動(dòng)系統(tǒng)等是最容易受到外界干擾的部分，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)象體積也比較大。
這也是火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制較為常見(jiàn)的問(wèn)題。
(2)調(diào)節(jié)器的反應(yīng)時(shí)間較慢，造成控制系統(tǒng)執(zhí)行命令的的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng) 在測(cè)量值與固定值的偏差值不為零的情況下，調(diào)節(jié)器的積分環(huán)節(jié)就會(huì)不斷的起作用，從而引起調(diào)節(jié)器的輸出值也在不斷的發(fā)生變化(只有當(dāng)調(diào)節(jié)器出現(xiàn)積分飽和時(shí)，其輸出值才會(huì)停止變化)。
當(dāng)火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)時(shí)，如果當(dāng)偏差值產(chǎn)生變化時(shí)，就會(huì)造成調(diào)節(jié)器的反應(yīng)時(shí)間變的非常緩慢，這樣就會(huì)引起火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)執(zhí)行命令的的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)很多。
這不僅沒(méi)有使火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)有的功能，而且也造成了控制過(guò)程中存在著安全隱患，從而降影響了整個(gè)火力發(fā)電廠的工作效率。
2、火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能分析方法
最小方差控制作為目前評(píng)價(jià)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的主要分析方法，通常具有一下幾大優(yōu)點(diǎn)。
首先，不需要增加額外的附加實(shí)驗(yàn)便可對(duì)閉環(huán)回路進(jìn)行測(cè)定，直接進(jìn)行性能評(píng)估。
其次，它提供了相當(dāng)豐富的有效信息，例如利用其提供的信息，來(lái)比較輸出方差和實(shí)際的控制系統(tǒng)輸出最小方差之間的差距，掌握系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，給出合理的改善目標(biāo)。
在控制器不能發(fā)揮其作用的情況下，可以通過(guò)分析其不穩(wěn)定的原因，重新設(shè)計(jì)控制器保障火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
不可避免的，最小方差控制也存在著一些缺陷。
3、提高火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的幾種方法
(1)及時(shí)更新自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)組織結(jié)構(gòu)，保證其達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)
為了能夠讓火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)充分發(fā)揮其性能，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)、更新自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部的各組織結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新。
火力發(fā)電廠應(yīng)該制定計(jì)劃，及時(shí)安排有工作經(jīng)驗(yàn)的值班人員來(lái)更新自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而保證系能夠達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。
例如為了提高火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，發(fā)電廠的工作人員就應(yīng)該及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。
自動(dòng)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有在線檢測(cè)，屏幕顯示，數(shù)據(jù)采集及處理等功能。
通過(guò)采集卡掃描從外界采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，將新的數(shù)據(jù)點(diǎn)傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，以便數(shù)據(jù)庫(kù)得到及時(shí)更新。
(2)采用誤差檢測(cè)技術(shù)方法檢測(cè)控制系統(tǒng)的故障問(wèn)題，提高系統(tǒng)的性能
目前，在對(duì)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，大都采用誤差檢測(cè)技術(shù)方法。
誤差檢測(cè)技術(shù)方法的核心問(wèn)題就是檢測(cè)、分析期望值的偏離誤差。
通過(guò)設(shè)置測(cè)量信號(hào)的上、下限來(lái)判斷測(cè)量值是否處在所設(shè)置測(cè)量信號(hào)的上下限范圍之內(nèi)，若不處于范圍之內(nèi)，則認(rèn)為信號(hào)處于不正常狀態(tài)，否則信號(hào)處于正常狀態(tài)。
此外，除了要檢測(cè)故障的信號(hào)期望值以外，通常還要附加檢測(cè)測(cè)量信號(hào)的變化速率，若測(cè)量信號(hào)的變化速率處于設(shè)置的上下限之內(nèi)，則認(rèn)為系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。
(3)在火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中引進(jìn)AGC管理模式，提高系統(tǒng)的性能
火力發(fā)電廠AGC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能相當(dāng)豐富，AGC系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程不僅是一個(gè)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，同時(shí)它還要涉及到電力調(diào)度指令等多方面的環(huán)節(jié)。
因此為了能夠更好的實(shí)現(xiàn)AGC系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠的自動(dòng)化控制發(fā)電技術(shù)，不僅僅要提高發(fā)電機(jī)組的工作能力，而且更要增加技術(shù)研究和資金投入，加強(qiáng)研發(fā)力度，努力完善各發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平，保障AGC自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)能夠在各個(gè)電網(wǎng)之中充分發(fā)揮其巨大的作用。
(4)在火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的性能
隨著我國(guó)電力改革的進(jìn)一步深化，電力企業(yè)近年來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)了競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、廠網(wǎng)分開(kāi)的運(yùn)行模式。
這就迫使火力發(fā)電廠也要不斷的進(jìn)行改革，采取有效的方法來(lái)減小發(fā)電的運(yùn)行成本，從而不斷的提高發(fā)電的生產(chǎn)效率。
因此，火力發(fā)電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)施是火力發(fā)電廠的必然選擇。
目前，在發(fā)電廠火力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)過(guò)程中一般都遵循自動(dòng)化控制水平較高的設(shè)計(jì)原則。
例如在進(jìn)行輔助車間部分設(shè)計(jì)時(shí)，大都采用輸煤、水處理、除灰等技術(shù)，集中縮小監(jiān)控點(diǎn)的范圍。
建立控制檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合成熟可靠的PLC可編程控制器及以太網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)單元控制室對(duì)整個(gè)輔助車間進(jìn)行控制、檢測(cè)。
(5)在火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的性能
火力發(fā)電廠通常都采用DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)。
應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的閉環(huán)辨識(shí)、在線檢測(cè)、故障報(bào)警以及檢測(cè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否處于正常工作狀態(tài)等功能。
4、結(jié)束語(yǔ)
隨著電能的需求量不斷增大，火力發(fā)電廠的規(guī)模不斷增加，為了保證發(fā)電的連續(xù)性和安全性，對(duì)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)問(wèn)題的研究與分析已成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
因此，基于火力發(fā)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際有效的技術(shù)和管理方法，提高火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的可靠性具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
但火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的成熟與進(jìn)步，仍然需要實(shí)際運(yùn)行中不斷的不斷完善。
參考文獻(xiàn)
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發(fā)電廠電氣節(jié)能與電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【3】
摘要：火力發(fā)電廠作為能源消耗的大戶, 應(yīng)該更多地承擔(dān)節(jié)能降耗的責(zé)任, 從設(shè)計(jì)的角度, 對(duì)火力發(fā)電廠電氣節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析探究。
關(guān)鍵詞：電廠 自動(dòng)化 系統(tǒng) 組成 節(jié)能 電氣設(shè)計(jì)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展, 能源的供需矛盾日益突出, 可持續(xù)發(fā)展和綠色經(jīng)濟(jì)概念將成為我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)方向。
以往的掠奪式開(kāi)發(fā)、粗放型經(jīng)營(yíng)、高能耗的工業(yè)將退出歷史舞臺(tái)。
作為現(xiàn)代能源的主導(dǎo), 電力行業(yè)也需要及時(shí)轉(zhuǎn)變觀念, 在節(jié)能降耗上加大投入, 加快新技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。
發(fā)電廠的節(jié)能降耗, 最明顯的是節(jié)約燃料、提高鍋爐燃燒效率、提高熱力循環(huán)效率、降低傳輸熱量損耗。
但這些往往是設(shè)備材料制造水平?jīng)Q定的, 在設(shè)計(jì)中繼續(xù)挖掘的潛力不大。
而電氣專業(yè)由于總體能耗相對(duì)比重不是很大, 以往重視程度也不夠, 反而有較大的潛力可挖。
電氣節(jié)能, 可以從以下幾個(gè)方面著手。
一、降低變電過(guò)程中變壓器損耗
變壓器損耗分空載損耗和負(fù)載損耗。
空載損耗主要取決于變壓器鐵心的材質(zhì)及變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
負(fù)載損耗主要取決于線圈的材質(zhì)和導(dǎo)體截面。
1. 采用節(jié)能型變壓器。
由于材料技術(shù)的不斷發(fā)展和變壓器廠對(duì)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn), 節(jié)能型變壓器發(fā)展也很快。
通過(guò)實(shí)踐節(jié)能型變壓器節(jié)能效果還是非常好的, 因此應(yīng)優(yōu)先選擇節(jié)能設(shè)計(jì)新型的節(jié)能變壓器。
2.調(diào)整變壓器運(yùn)行方式節(jié)約能耗。
盡量減少空載運(yùn)行變壓器數(shù)量。
我們知道, 火力發(fā)電廠一般都設(shè)置大容量的高壓?jiǎn)?dòng)備用變壓器, 作為高壓廠用變壓器的備用兼作電廠啟動(dòng)電源, 其容量一般都與最大的高壓廠用變壓器相同, 容量很大, 空載損耗也很大。
應(yīng)注意電廠用電的可靠性應(yīng)滿足規(guī)程規(guī)范的要求。
在滿足電廠用電可靠性的前提下, 低壓廠用電接線盡量采用暗備用動(dòng)力中心方式接線。
在暗備用動(dòng)力中心接線方式下, 正常運(yùn)行時(shí), 兩臺(tái)互為備用的變壓器各帶一半負(fù)荷運(yùn)行, 每臺(tái)變壓器的負(fù)載損耗降為帶全部負(fù)荷時(shí)的1 /4, 節(jié)能效果明顯。
采用明備用動(dòng)力中心接線雖然可以節(jié)約變壓器投資, 但增加了電纜和電纜通道的投資, 經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢(shì)不大, 從長(zhǎng)期運(yùn)行角度看, 暗備用動(dòng)力中心接線方式經(jīng)濟(jì)上更具有優(yōu)勢(shì)。
二、降低輸電過(guò)程中的線路損耗及鐵磁性損耗
1.用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇載流導(dǎo)體載面。
導(dǎo)體選擇時(shí), 除配電裝置的匯流母線以外, 對(duì)于全年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較大, 母線較長(zhǎng), 傳輸容量較大的回路(如發(fā)電機(jī)至主變壓器和發(fā)電機(jī)至主配電裝置的回路) , 均應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面。
這樣可以在投資優(yōu)化的前提下, 也降低了線損能耗。
2.采用封閉母線。
發(fā)電機(jī)引出線載流導(dǎo)體除應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇外, 還應(yīng)在布置及安裝可能的基礎(chǔ)上, 優(yōu)先采用離相封閉母線。
縮短導(dǎo)體長(zhǎng)度, 減少輸電線損。
同時(shí)由于屏蔽效果良好, 極大的降低了輸電路徑上的鐵磁性損耗。
另外在運(yùn)行可靠性、減少維護(hù)工作量和美觀上也有較大提升, 可謂一舉多得。
3.減少輸電過(guò)程中的鐵磁性損耗。
在交變磁場(chǎng)的作用下, 鋼材料會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗, 統(tǒng)稱為鐵磁性損耗。
如果鐵磁性損耗過(guò)大, 會(huì)造成鋼材料局部過(guò)熱, 可能全威脅到人身安全、設(shè)備安全或結(jié)構(gòu)安全, 還造成大量電能損耗。
要減少鐵磁性損耗, 應(yīng)從減少交變磁場(chǎng)中鋼材料的使用、增加屏蔽、避免形成閉合回路、改善鋼材料與載流導(dǎo)體空間關(guān)系等方面入手。
具體措施,導(dǎo)體金具應(yīng)采用設(shè)計(jì)更為先進(jìn)的型號(hào)及盡量采用非導(dǎo)磁性材料制造的金具, 這樣既降低了損耗, 也意味著溫升降低, 延長(zhǎng)了金具安全使用壽命。
在電抗器周圍應(yīng)嚴(yán)格按照制造廠給出的空間尺寸來(lái)限制鋼結(jié)構(gòu)使用的空間范圍。
同時(shí)也要注意盡量減少電抗器周圍鋼材料的使用, 在合理的范圍內(nèi)盡量加大鋼結(jié)構(gòu)與電抗器的距離。
在有強(qiáng)交變磁場(chǎng)的空間內(nèi), 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,合理選擇鋼構(gòu)與母線的相對(duì)位置, 使鋼構(gòu)盡量與導(dǎo)體垂直, 以使不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和環(huán)流。
避免較長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)與母線平行。
大面積鋼筋混凝土中的鋼筋結(jié)構(gòu), 應(yīng)將鋼筋結(jié)構(gòu)割成不連續(xù)的小尺寸或在縱橫鋼筋交叉點(diǎn)用包扎絕緣的方法, 以減少環(huán)流。
斷開(kāi)閉合回路。
設(shè)計(jì)中應(yīng)避免大電流母線附近的鋼構(gòu)件形成包圍一相或兩相的閉合回路, 如不可避免時(shí)可采用黃銅焊縫或絕緣板隔離磁路的方式。
在大電流敞開(kāi)式母線與鋼構(gòu)之間加裝電阻率低的非導(dǎo)磁率材料制作的屏蔽板, 可明顯減少鋼構(gòu)的鐵磁性損耗。
在大電流敞開(kāi)式母線支持鋼結(jié)構(gòu)上加裝電阻率低的非導(dǎo)磁率材料制作屏蔽環(huán), 可明顯減少鋼構(gòu)的鐵磁性損耗。
三、降低電力拖動(dòng)過(guò)程中的損耗
發(fā)電廠中使用的電動(dòng)機(jī)基本都是鼠籠型異步交流電動(dòng)機(jī), 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn), 是電力拖動(dòng)的絕對(duì)主力。
為了降低電力拖動(dòng)中異步電動(dòng)機(jī)的損耗, 首先要選擇效率高、功率因數(shù)高的電動(dòng)機(jī);二是采用調(diào)速技術(shù), 使用電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷時(shí)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行, 進(jìn)而提高效率, 達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
在實(shí)踐中獲得應(yīng)用的三相異步電動(dòng)機(jī)電氣調(diào)速技術(shù), 常見(jiàn)的有: 變極調(diào)速,電動(dòng)機(jī)采用多速電機(jī)，通過(guò)繞組的不同接法獲得不同的極對(duì)數(shù), 以獲得不同的轉(zhuǎn)速。
高壓多速電機(jī), 一般應(yīng)用于大功率風(fēng)機(jī)、大功率水泵。
低壓多速電機(jī), 一般應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)、機(jī)床、行車、起重機(jī)等。
相比單速電機(jī), 也有較好的節(jié)能效果。
變頻調(diào)速,交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由交流電機(jī)、可以變頻變壓的靜止變頻裝置及其控制電路等組成。
靜止變頻裝置可以分為交- 交變頻和交-直-交變頻兩大類。
其中交-直-交變頻應(yīng)用較廣。
交-交變頻器: 亦稱直接變頻器或循環(huán)變頻器。
它由接到同一交流電源上的若干相控整流器所組成, 按照一定的規(guī)律控制各相控整流器的控制角, 使整流器工作在整流或有源逆變狀態(tài), 就可以在輸出端得到多相整流波的包絡(luò)線所組成的較低頻率的交流電。
這種方法僅適合大功率低速的交流拖動(dòng)。
交-直-交變頻器: 亦稱間接變頻器。
它是先把電網(wǎng)頻率的交流電用可控或不可控的整流器變?yōu)橹绷麟? 經(jīng)過(guò)中間直流電路, 再用逆變器變換為頻率可調(diào)的交流電, 從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
由于變頻調(diào)速有諸多優(yōu)點(diǎn), 對(duì)于電廠中負(fù)荷變化較大的電力拖動(dòng)機(jī)械, 或經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行的電力拖動(dòng)機(jī)械, 在經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后及安裝可能的前提下, 均應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置, 可以節(jié)約大量電能。
改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。
轉(zhuǎn)子串接調(diào)速變阻器調(diào)速。
電機(jī)采用繞線型異步電機(jī), 通過(guò)控制電路投切轉(zhuǎn)子回路中串接電阻數(shù)量, 隨著轉(zhuǎn)子電阻增加, 轉(zhuǎn)差率s 變大, 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低。
此方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單, 可獲得較高的轉(zhuǎn)矩。
經(jīng)常使用的起重類機(jī)械, 不應(yīng)采用此種調(diào)速方式, 應(yīng)采用變頻調(diào)速以節(jié)約電能。
串級(jí)調(diào)速改變轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速時(shí), 將在調(diào)節(jié)電阻中消耗很大的功率。
為了使這部分功率不消耗掉, 于是提出了在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電勢(shì)的調(diào)速方法, 稱為串級(jí)調(diào)速。
現(xiàn)在串級(jí)調(diào)速方法是將異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的轉(zhuǎn)差頻率交流電由半導(dǎo)體整流器整流為直流, 再經(jīng)過(guò)靜止的逆變器把直流轉(zhuǎn)變?yōu)楹碗娋W(wǎng)同頻率的交流, 通過(guò)變壓器反饋回交流電網(wǎng), 提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。
由于高壓變頻器價(jià)格逐步下降, 高壓串級(jí)調(diào)速裝置也將退出市場(chǎng), 由高壓變頻器取代。
電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速。
采用電磁調(diào)速籠型電動(dòng)機(jī), 通過(guò)改變電磁離合器的勵(lì)磁電流, 進(jìn)而改變異步電機(jī)轉(zhuǎn)差, 達(dá)到調(diào)速目的。
電氣專業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)工作中, 應(yīng)根據(jù)工藝專業(yè)提供的負(fù)荷特點(diǎn)和調(diào)速要求, 通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析, 靈活選用調(diào)速方式, 最終達(dá)到節(jié)能降耗的良好目的。
四、降低照明損耗
1.采用專用照明調(diào)壓器。
火力發(fā)電廠照明電一般都取自動(dòng)力電源, 動(dòng)力電源要求電網(wǎng)的電壓高, 以使電機(jī)類電力拖動(dòng)負(fù)荷更容易啟動(dòng)。
對(duì)于電廠來(lái)說(shuō), 由于動(dòng)力負(fù)荷要比照明更為重要, 實(shí)際運(yùn)行時(shí)照明燈具電源電壓就遷就于動(dòng)力電電壓。
照明燈具屬于電阻性負(fù)荷, 功率近似正比于電壓的平方。
降低工作電壓, 也解決了發(fā)電廠燈具壽命短,可謂一舉多得。
2.采用節(jié)能型燈具。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展, 節(jié)能型燈具的壽命逐步提高, 價(jià)格不斷下降, 其綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已具有明顯優(yōu)勢(shì)。
因此發(fā)電廠的照明設(shè)計(jì)應(yīng)緊跟照明技術(shù)的發(fā)展, 積極推廣使用新型節(jié)能燈具, 以節(jié)約電能。
3.對(duì)功率因數(shù)低的氣體放電燈采用電容補(bǔ)償，采用電容補(bǔ)償型燈具可使功率因數(shù)更高,節(jié)電效果明顯。
五、發(fā)電廠電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)
電力系統(tǒng)中發(fā)電量的控制，一般分為三種情況：一是由同步發(fā)電機(jī)的調(diào)速器實(shí)現(xiàn)的控制;二是由自動(dòng)發(fā)電控制(簡(jiǎn)稱 AGC)實(shí)現(xiàn)的控制;三是按照經(jīng)濟(jì)調(diào)度要求實(shí)現(xiàn)的控制。
第一種情況通常叫做頻率的一次調(diào)整控制;第二種情況稱為頻率的二次調(diào)整控制;而第三種則稱為頻率的三次調(diào)整。
這三種調(diào)整控制頻率的方式是有差別的。
由調(diào)速器實(shí)現(xiàn)調(diào)頻以控制發(fā)電機(jī)組的輸出功率，其響應(yīng)速度較快，可適應(yīng)小負(fù)荷短時(shí)間的波動(dòng);對(duì)周期在10s至多2～3min以內(nèi)而幅度變化較大的負(fù)荷，已經(jīng)不能由調(diào)速器本身的調(diào)頻特性來(lái)進(jìn)行調(diào)整控制，就需要由電力系統(tǒng)控制中心，根據(jù)系統(tǒng)的頻率以及與其他地區(qū)相連的
輸電線上的功率的偏移程度，啟動(dòng)AGC來(lái)進(jìn)行控制負(fù)荷;對(duì)于周期在三分鐘以上的負(fù)荷波動(dòng)，可以根據(jù)以往實(shí)測(cè)的負(fù)荷變化情況(即所謂的負(fù)荷曲線)和預(yù)測(cè)幾分鐘后總負(fù)荷變化趨勢(shì)，由計(jì)算機(jī)算出發(fā)電機(jī)組最經(jīng)濟(jì)的輸出功率，然后發(fā)出控制命令到各發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)整，即按經(jīng)濟(jì)調(diào)度實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配控制。
AGC是以控制調(diào)整發(fā)電機(jī)組輸出功率來(lái)適應(yīng)負(fù)荷波動(dòng)的反饋控制。
電力系統(tǒng)中功率的不平衡將導(dǎo)致頻率的偏移，所以電網(wǎng)的頻率可以作為控制發(fā)電機(jī)輸出功率的一個(gè)信息。
發(fā)電機(jī)組上的調(diào)速器能根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動(dòng)地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，所以在某種意義上講也具有自動(dòng)發(fā)電控制的功能，但通常不稱為自動(dòng)發(fā)電控制。
這里指的 AGC是一種控制性能比較完善和作用較好的發(fā)電機(jī)輸出功率的自動(dòng)控制。
它利用電子計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，是一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，有時(shí)也稱為 AGC系統(tǒng)。
1.電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理
最簡(jiǎn)單的AGC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它是具有一臺(tái)發(fā)電機(jī)組和聯(lián)絡(luò)線的 AGC系統(tǒng)。
Pzd為輸電線路功率的整定值，Pzd為系統(tǒng)頻率整定值，P為輸電線路功率的實(shí)際值，f為系統(tǒng)頻率的實(shí)際值，Bf為頻率修正系數(shù)，K(S)為外部控制回路，用來(lái)根據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差和輸電線路上的功率偏差來(lái)確定輸出控制信號(hào)，Pw為系統(tǒng)要求調(diào)整的控制信號(hào)功率，N(S)為內(nèi)部控制回路，用來(lái)控制調(diào)整調(diào)速器閥門(mén)開(kāi)度，已達(dá)到所需要的輸出功率。
對(duì)于具有多個(gè)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)和發(fā)電機(jī)組的實(shí)際電力系統(tǒng)，則AGC將變?yōu)榘S多并聯(lián)發(fā)電機(jī)組控制回路的形式，其內(nèi)部控制回路和外部控制回路的基本結(jié)構(gòu)并未改變。
G1、G2、G3為發(fā)電機(jī)組;ACE稱為誤差信號(hào)信息，用來(lái)根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸電線路功率偏差來(lái)確定輸出控制信號(hào);負(fù)荷分配器根據(jù)輸入的控制信號(hào)大小并且根據(jù)等微增率準(zhǔn)則或其他原則來(lái)控制各臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出功率的大小。
自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)具有四個(gè)基本任務(wù)和目標(biāo)：使全系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)輸出功率和總負(fù)荷功率相匹配;將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)整控制到零，保持系統(tǒng)頻率為額定值;控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域內(nèi)有功功率和負(fù)荷功率的平衡;在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電廠之間進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。
2.自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)包括兩大部分：
(1)負(fù)荷分配器。
根據(jù)電力系統(tǒng)頻率和其他有關(guān)測(cè)量信號(hào)，按照一定的調(diào)節(jié)控制準(zhǔn)則確定各發(fā)電機(jī)組的最佳設(shè)定輸出功率。
(2)發(fā)電機(jī)組控制器。
根據(jù)負(fù)荷分配器所確定的各發(fā)電機(jī)組最佳輸出功率，控制調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性，使發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)額定頻率下所發(fā)出的實(shí)際功率與設(shè)定的輸出功率相一致。
自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)中的負(fù)荷分配器是根據(jù)所測(cè)量的發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率和頻率偏差等信號(hào)按照一定的準(zhǔn)則分配各臺(tái)發(fā)電機(jī)組輸出功率。
決定各臺(tái)發(fā)電機(jī)組設(shè)定的功率Pwi的負(fù)荷分配器，目前廣泛采用以“基點(diǎn)經(jīng)濟(jì)功率Pbi”和“分配系數(shù)ai”來(lái)表示每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的輸出功率的方法。
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