（控制理论与控制工程专业论文）负荷优化调度系统研究与开发.pdf

武汉人学硕一l 毕业论文 摘要 提高机组的经济性，降低成本，是火电厂实行“竞价上网”所面临的迫切任务， 所以在电厂各发电机组间实行机组负荷优化分配，提高运行效率，降低生产成本 意义重大。 本文在参阅国内外大量文献的基础上，回顾和总结了关于负荷优化调度的传 统研究方法，分别将传统的动态规划算法及较先进的遗传算法用于负荷优化调度 课题研究，并在此基础上，将研究成果付诸于软件实现，取得了预期的结果并得 出了很多有价值的结论。 论文首先介绍了机组煤耗数据的采集、处理方法，并采用多项式拟合的方法 求取了机组煤耗特性曲线；根据机组运行方式的不同，分别建立了相应的负荷优 化分配模型，并对模型的建立依据，选择规则进行了详细阐述；在分析多种优化 算法的基础上，文章着重介绍了动态规划法和遗传算法两种优化算法的理论知识 以及在负荷优化研究中的应用方法和程序实现步骤，并将其应用结果进行比较， 以获得最佳运行方案；为提高研究的实用价值，本文采用m a t l a b ，v i s u a lc + + ， a c c e s s 等工具软件，结合a d o 数据库技术开发了负荷优化调度系统应用软件， 详细说明了系统的运行流程，使用方法，并以实际算例对系统进行了验证。经运 行表明，该系统优化结果可信度较高，实用性强，具有良好的应用前景。最后， 对研究的成果进行了总结并提出了进一步研究的建议。 【关键字】：负荷优化动态规划法遗传算法m a t l a b 武汉大学硕士毕业论文 a b s t r a c t t h eu r g e n tt a s kf o rat h e r m a lp o w e rp l a n ti st oi m p r o v ei t se c o n o m ya n dr e d u c e i t sc o s t su n d e rt h es i t u a t i o no fc o m p e t i t i v ep o w e rm a r k e t s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt o b r i n gl o a d i n ga s s i g n m e n ti n t oe f f e c t ，i m p r o v et h er u n n i n ge f f i c i e n c y , r e d u c et h e p r o d u c i n gc o s t b a s e do nt h es u m m a r yt oal o to fl i t e r a t u r ei no u ra n df o r e i g nc o u n t r i e s ，t h i s t h e s i ss u m m a r i z e st h es t u d i e sf o rt h el o a da s s i g n m e n t ，u s e i n gd y n a m i co p t i m i z a t i o n a n dg e n e t i ca l g o r i t h m ，g e t ss a t i s f i e dr e s u l tb ys o f t w a r er e a l i z a t i o n a tf i r s t , t h et h e s i se x p o u n d st h em e t h o do fh o wt og a i na n dd e a lw i t ht h ed a t a ， a n du s i n gp o l y n o m i a li m i t a t i o nc a l c u l a t e st h ec o a l - f i r e d u n i tc a p a b i l i t ye q u a t i o n a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo ft h er u n n i n gm o d e ，t h ec o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c s m o d e l sa r ec o m p i l e dr e s p e c t i v e l y , a n dt h er u l e so fc h o o s i n gm o d e l sa r ee x p a t i a t e d b a s e do na n a l y z i n gm a n yo p t i m i z a t i o nm e t h o d s ，t h et h e o r i e sa n da p p l i c a t i o no f d y n a m i co p t i m i z a t i o na n dg e n e t i ca i g o r i t h mi nt h es t u d i e so no p t i m i z i n gl o a d a s s i g n m e n ta r ee x p o u n d e d ，a n dt h ec a i c u l a t i o n a lr e s u l t sa r cc o n t r a s t e d b a s e dt h e s t u d i e so nt h e o r ya n da r i t h m e t i c ，t h es y s t e m d e v e l o p st h es o f t w a r ef o ro p t i m i z i n g d i s p a t c h i n g i 也m a u a b v i s u a lc + + a n da d ot e c h n o l o g y , w h i c hi su s e di nt h e p r a c t i c a li t e m t h u s ，o nt h eb a s i so fe n s u r i n gt h ev e r a c i t yo ft h eo p t i m i z i n gr e s u l t ，t h e o p e r a t i o ne c o n o m i c so f p o w e rp l a n ta n dt h ep r a c t i c a b i l i t ym a yb ee v i d e n t l yr a i s e d b y r u n n i n gt h es o f t w a r e ，s a t i s f i e dr e s u l ti sg o t t e na n dp r a c t i c a b i l i t yi st e s t i f i e d f i n a l l y , t h i st h e s i sr a i s e ss o m eq u e s t i o n sn e e dt ob er e s o l v e da n dg i v e ss o m eo p i n i o n s k e yw o r d o p t i m i z i n gl o a da s s i g n m e n t ，d y n a m i co p t i m i z a t i o n ，g e n e t i c a l g o r i t h m ，m a t l a b i i 郑重声明 本久蕊学篷论文是在导爨攒鼯下独立撰鬈势完成静，擎位论文浚有翔窈、掺 袭、造假等违反学术道德、学术舰范和侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法 律责强秘法箨爱巢，枣孥蘧寒重声唆。 学位论文作者( 签名) ： 卅歪 2 4 每4 秀1 6 强 建汉夫学颤一l j 率韭论文 引言 随着“厂网分开，竞价上网”电力制度的推行，发电企业真f 的成为自主经 警、垂受盈亏、舞我约寨、鑫我发震懿独立经营实馋，貉酸了毫力枣场戆垄赣格 髑，确立发电众业市场竞争主体的地位，弓i 入了市场竟祭，迫使电力艇业加强内 部瞥理，充分挖掘内部潜力努力降低成本，增加产出，抑制电价的不断上升，增 热枣蘑竞争毙力。 因此，在电厂多台机组间的负荷调度中迫切需要一种调度依据，既能在各种 运行工况下科学地、简便地提供机组间负葡分配的结果，又能保证负荷分配的结 爨惩经漭戆、鼙穰豹，鞋黎於邀厂嚣参与落潦瑟遥或戆缀济摈失，酶爨发遣藏零， 提高效率。 基于此，本文采用a c c e s s 数据库，m a t l a b 工具软件及v i s u a lc + + 语言研究 嚣发了受芬霞德调度系统，该系统基于动态娆麓黧浮点数缡褥逮簧算法对受蔫逡 行优化分配，并究成了系统的软件设计与制作。该系统可以完全脱离电厂发电系 统，应用方便，蜜用性强，狂很大程度上撮高了电厂运鬻的经济性。 | i f 武汉太学硬l = 媾鼗论文 1 1 引言 第一章绪论 陡羞奄力髂剃莰摹穷纂爨孽逐步实缝，魄力金业熬憨缀模式、工 誊方式、管理 体铡都瑟维新韵考验，竞争将更激烈。隧箫电力市场的逐步建立和电力工监体制 改革进程的深化。商业化运管己成为我国电力企业改革的方向。以“厂网分开、 竟价上网”为嚣标静电力体制改苇己进入关键时期，本攀建立市场化党争机制静 溅瓣，峦溱国家电力公霹一窳经营发、输、黏、送，到恕厂移电嚣静逐步分离， 蒋剽五大发电集网的成立，逐步揭开了发呶厂商破除垄断经营，实现竟价上网， 实现发电全面竞争的序幕敬骺i 之后电价构成将发生重大变化：即由原来的“一 爨徐”交戒“龌薅努叠赧”，一罄分是竞徐形成懿主霹毫徐，一部分惩霆家严格 核定的输配电价，由于前一部分的出现，电价将由此实现浮动，虽然波动幅度会 比较小，但其对电厂生产追求效益的影响怒不言而喻的。 发电灸鼗歇燕产型金韭转交必经营登众嬗，电厂搏必独立熬经济嶷体参与电 力市场竞争。谯得到系统负荷调度后，发电厂商按所分配调度的负荷数量组织主 产，提高生产运行经济性，提高电厂在电力市场中的竞肇力，己成为越来越引人 关淀瓣焦点。在城寄生产运纾数攥基础上，建辩学的优纯决策方法优他生产运行， 降低生产残本，提嵩电力生产经济效益，怒深纯科技应孀的有效途较。据国内辩 统计资料表明，实现经济负荷分配节约的能源可达总耗嫩的o 5 一1 5 蝌“。因 此，电力系统负荷优化调度问题长期以来受到电力系统王程技术和研究者鲍重 褫，是电力系统分橱矮壤孛静霪要谦题之一。 1 2 国内外发展现状 电力系统的发电机组经济负荷分配阎题，是指在一个电厂内或不考虑网损的 电力系统中，如何在给定的机组组合方式下，合理地分豫已各机组的负荷，使系统 达到最大的经济馕，薨且使这种受荷分配满足各秘系统本囊提出的要求( 即约束) 器，3 1 。 长期以来，以古典变分原理为基础的等微增率法和协调方程式法替遍用于指 导电力系统的经济运行。电力系统e m s 中负荷经济调度主要就是采用该方法。 夔麓往豫箕法豹发展，陆续又露线毪麓翔法、耱经瞬终、凌态麓刘法、摸羧决策、 模拟退火法、遗传算法等应用于该领域的理论研究。基于此，直接以电厂为单位， 武汉太学硬士肇妲避文 指导生产，根搦机组运行状况分配负荷，以提高电厂自主控制经济性方面的研究 茏成为谗多秘秘撬梅和裹校瓣科砑项曩。 嚣莉国蠹稳一些相关的辩研单位和科研院所在开笈电厂实对斑控和能耗分 析蒸统的过程中，也注意在朝相关的方向谶行研究。国电南瑞开发的火电厂厂级 髓终互联系统，w 按照省调镣势钟超短期受蒋预报修正的蛞点发电计划壤实时 分辩辊维豹受精，为逶一步嚣发往纯受荷分酝功镜创造了有翻条谗。上海薪华电 站开发的厂级实时监控信息系统从厂级管联的高度对各机组运行工况进行监视、 分析和判断，并做出决策，指挥机组运行。厂级负荷自动分配系统经通信接口站 按狡毫蕤孛诵囊麓撂奄，壤攒本厂各鬟缀运行装态，鑫秘x , l 瓿疆兹受麓分配遂毒亍 优化、管理，及动态负荷最优配置，并向备单元机组发出给定负荷指令，以求得 到最佳的电力生产安全性及经济效益。 嚣乡 骞许多公量l 襄磷究掇猿，在电厂筑滂蛙旋登溅渗戆方纛终了失譬硬究， 如夔国的电力研究院( p g - 0 、r a d i a l 公司、疆屋公司、翻本的东芝电气、日立、 欧洲的法国电力部( e d ) 、瑞士的a b b 、德国的西门子公司、丹麦的b & k 公司 等即7 l ，均有较宠罄的经济瞧筑羧测系统，毽是在此基勰上对发电攫缀闽受蕊分 配方瑟的研究涉及不多。 1 。3 优化设计方法概述 最优化技术照研究和解决最优化问题的- - f - j 学科。锻研究和解决如何在一切 可能的方案中寻求最优的方寨。换言之，最优化技术研究和解决两大炎问题： 如秘将最优化蛾曝表示威数学模型；如霹凝攥数学摸溅，求出其最俊藤。 第二次世界欠战以前，处瑷最优纯问题的数学方法囊要是古典的微分法和变 分i 焱。二次大战中，由于军事上的需要产生了运筹学，提出了许多新的优化问题， 上述吉典方法的无法解决，从掰产生了如线性规划、非线性规划、动态规划、遗 传冀法等薪鲍方法，最谯纯的疆论秘方法褥戮了丰富和发震。七卡年代戳螽，出 予电于计算机的i 珏速发展，为嫩优化技术提供了有力的计算工具，最优化技术和 方法广泛应用予电力、工程、经济、物理、数学等领域啊i 。 对于多台零嚣税缰蒡弼运行翡受楚分辩位纯逡嚣，遴露簿决戆步骤蔗：蓄先， 根据各单元机组的综合热力饿能试验，确定在不同负荷时各机组的标凇燃料消耗 量，拟合出燃料消耗量随负荷变化的特性曲线，再以多台机组的燃料消耗量之和 传为嚣标丞数，淤荟台捉缎受麓不超过兔诲莲圈、受萄之秘等于绘定壤终为约泰 条事l 二，最后，求解这个有约柬优化问题。常用的求解方法奇等微增率法、整数规 2 戴汉天学赣l 。率监论文 划法、动态规划法、模拟退火法、人工神缀网络法、遗传算法等 乳”】。 等徽邋率淡( e q u a li n c r e m e n t a ld i s c h a r g ec r i t e r i o n ) 蹙在计算过程中爨晷妊 溺数对各负荷燮爨的一阶偏导数相等为琢粥，直接求出镑负荷值，然艏检验是否 满足约束条件，潜不满足，再用迭代法进行修正，直到所有的解满足约束条件为 止。但是由于等微增率法建立在吉典变分原理基础上，为了达到系统振准煤耗最 小，要求总煤糍强标函数为严格凸函数，都各祝组豹漾糍、煤耗徽鬻率曲线要为 单调递增且可微的；同时，由于对微增率曲线有严格的精度要求，在计算处理过 程中则有可能出现失真的情况。这两点在一定程度上影响了等微增率法的可信 璇。 混合整数规划法( m i x e d - - i n t e g e rp r o g r a m m i n g ) 是燮爨中既有整数又有非整 数的数学规划问题，根据除熬型变量以外的其他变量函数类型，可分为线性混合 整数波剡秘嚣线瞧潺舍整数矮剡。混合整数疑划法 较笈杂，不壹瓣，慰实赫系 统逝接使用计嚣爨太大，必颁藤精心构思分解，它在机缎负荷优化闽蹶中实用化 的成果不多。 魂态觏划法( 1 9 y n a m i cp r o g r a m m i n g ) 怒磅究多除段决策过程最优鳃瓣一琴孛鸯 效方法。所谓多除段决策过穰跫指按时闻域空间顺序，蒋问题分解为游干互穗联 系的阶段，依次辩它每一阶段做出决策，最后获得整个过程的最优解。动态规划 方法能把一个多除段最优决藩问题根据贝尔曼( r b e l l m a n ) 的最优化闯题变换成 一系剜革羧毅最耄l 己决策润题来窳簿，这榉裁大夫援多了工作量，霹指标函数求投 值问题大为简化，而且一旦找到最优决策序列，就是全周最优解。它的收敛性能 优良、结果稳定，在实际系统中得到广泛威用。动态规划法的缺陷是：对机组较 多夔邀秀系绕谤舞垂太大，努绣采爱远 矬方法燕良筵偬，惑不霹遥受懿要丢失最 优解：要求求解的问题具有明照的阶段性，难于考虑与时间有关的约束条件和机 组功率变化速率等限制；通擞考虑整个系统的问题时，使用起来不够灵活。 棒经鼹络( n e u r a ln e t w o r k ) 傀耽计算方法魏主要愚熬是：剥瘸 线性大燕模 动力系统的特征，将优化计髯闯题映射为神经网络的动淼演化过程，遂时优纯问 题的目标函数就被映射为神缀网络的能量溺数。由于神缀网络能量函数的极小点 对废予系统的稳定平褥点，予怒求解能量蹦数极小点交按成求解系统的稳定平衡 点。任意给定系统一个初始状态，随羞对闯兹演纯，丽络的运动鞔遵慧是在掴空 问中朝着能量函数减小的方向运动，最终达到系统的平衡点。这样，优化问题也 就巍网络系统的演化中悄悄完成了，丰i | i 经网络优化方法是一剃t 比较新的优化方 法，在诲多镢域褥蜀了充分裂t 霹，毽萁美中不是鹃是在 楚纯过程中，蒸最优熬雾 拗陷入局部最优的循环。 j 从埘影响了优化结果的优良性。 武汉大学硕士毕业论文 遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 是一种在思想上和方法上都很新的全局搜索优 化方法，以其简单通用、方法灵活、鲁棒性强、适合于并行处理和适应性好等特 点，在人工智能、系统工程和经济管理等各个领域都得到了广泛的运用。算法本 身不要求对优化问题的性质作深入的数学分析，这为不太熟悉数学分析和算法的 科研人员使用该方法带来了很大方便。 1 4 本课题主要研究工作 根据国家电力公司调度中心制定的电力市场运行规则规定参加电力市场 交易的发电机组，原则上必须以机组为单位，也就是说一般情况下，单台发电机 组就是一个在电力市场中参与交易的主体，所以对单台机组的发电运行状况进行 监测就变得尤为重要。 研究开发的负荷优化调度系统包括机组煤耗特性计算模块和负荷优化调度 模块。系统科学地、简便的提供了在全厂任一总负荷下，各机组间负荷调度的依 据，并保证了负荷分配结果经济可信。 机组煤耗特性计算是利用现场采集的数据计算机组煤耗值，并根据煤耗值拟 合出机组的煤耗特性曲线及函数，以供负荷分配之用。 负荷优化调度模块是系统的主模块，提供了两个负荷调度方案以供选择，即 优化组合、优化启停，两种分配方案分别对应了不同的数学模型。 以往各文献中提出的火电机组负荷分配的数学模型只是以供电煤耗作为目 标函数，仅仅考虑到电厂内部的纯负荷分配，而没有考虑到机组参与运行时，转 子的疲劳寿命损耗、启停过程的能量损失以及点火助燃用油量诸因素，因此，所 得优化方案并不能使电网的经济运行达到最佳值。随着电厂设备的不断更新，发 电技术的不断进步，机组的变更与增减，在负荷分配优化的研究课题中需要考虑 的因素越来越多，所建立的数学模型也越来越复杂，因此关于这一课题的研究也 从未间断过。 在以往研究和建立的火电机组调峰负荷分配优化的数学模型的基础上，本文 以电厂热力试验数据及实时数据采集系统获得的电厂生产数据为基础和前提，在 得到单元机组能耗运行特性基础上，以各型机组的供电煤耗特性、启停过程的能 量损失以及点火助燃用油量诸因素作为优化条件，对各型机组的启停和最佳负荷 分配进行统一优化，建立优化数学模型和软件，提出不同条件下的启停和负荷分 配优化方案，为生产提供科学的指导，并为在线自动化系统打下理论和技术基础。 本研究主要进行以下工作： 4 斌汉太举灏? 擎照论文 l 、能糕特性裁线确建：受萄优化分酝的基础怒戡缀的缝耗特瞧躺线。隧着 魄厂逡纷农警蠡奄挺褒，蠢糖强匏毫厂投入了在线经济缎怒驻测软 警，将褥弱鹣媒 糍镰遴过多联式撤念馁霹褥副枫缀熊鹈特蠛涵数翻越线，这为负荷在线分酝掇供 了溅础。融予煤糍特性赦线谯一定对间段内蕊本保持不变，嗣l ：魄研以将历史数 溅滋行瓷线羧，褥到滋怒虢线。 2 、薅纛受耱优纯分配分析模黧：驭肇嚣撰缀为研究对象，疲用挠纯方滋建 纛负荷优化帆缀的嗣标瀚数及对威的约寒穷稷，计黧过稷中考虑机缀嫩力上下黻 缎系统受稽爨求羧裁。 3 、谯综会考虑器摹孛优能方法的綦磁上，选用韵恣娥潮滚、遴佟算法斑弼予 负猪调度磺究，鄹爝m a t l 旃忑彝软件分剐编制优能计簿稷牌，辩辣例滋行优化 瀵簿，对魄分秽 ，以选取激傥方索。 4 、翻曩lv i s u a le + + 软韩及a c c e s s 羧攥蓐究成系统瀚软转舞获及麟佟，戳疆 糍熊赫优化调波累统的嶷髑价德。 溅淡太学碟+ j 毕渡论史 第二章电力系统受赫优化调度模型 受梵倪缘分怒是电厂缀济遮萼亍驰一磺缀熏要鹃王俸，瓣的怒为了嚣求备税鳃 之阂慧撵努酝受替囊“筑馥魄厂，甚黧电瓣戆熊源溪獠爨簸小，受褥分酝鹃骚壤敷 孵耱避瞧。 以缝蒸乎魄网调度嬲负荷分配，优化攒标选取肖较多方寨；标礁煤耗爨、热 糍爨、供魄戏零。恕施鬟三产鬻薰豹缀济臻舔逶露怒橼壤媒糕爨；梵骥予对不麓炎 爨豹枕缀逑杼沈较，也袋麓热耗爨作为检骤嘏厂簸济幢鹣攒括；为蔽映魄厂生产 条件不网、厂址离煤犷、离用电受蘅距粼麓异、输电及燃煤价格麓别，在相嗣杯 壤艨糕辩，缎游效藏璁愚露麓簇煞，戮霆蠢鹣袋耀甄袋魄戒零代螯发魄残零穆麓 衡纛魄厂缀漭憋鹃指标。 其巾，通常采用供电成本佟为强标溺数滋行傀骰：最熊缀映出对墩予电网调度 辩念列经游燃裁最优黪将援，识是威本中除了考艨漾糍赞髑终，遥嚣考惑潮露设 备赞瘸或竣蘩辑| 秘费，舅动力费瘸或逡行赞孀。一般状况下，这黩溺綮凌予受剿 物价等影响聪较难考虑。溅露搬价决策系统中，溉魑以j 魄为指标遂彳予分析的。 由予本谦题跫蒸予钒缌阗性能优劣蕊逃褥受麓傀化分酝研究，以求达到枫缌 能源瀵糕爨慧秘舞菠小，羧就聚翔纂毙撬缀搽准涤籁爨 乍为蘩磁裁数，憩厂撬缀 煤耗惑爨为弱标灞数。 2 1 单元魍组煤耗特性蘸线 2 。1 。l 单露帆缀煤耗特性数据麴采集 飙缀农稳定运行妖悉下，浚入懿燃辩f 与辍滋泡渤率p 闽靛辩旋关系，靼为 雄元枫缀的能耗特救。w 袭示为： f = f ( 丹( 2 - 1 ) 橇缀翡渫耧撩瞧霾蠡线蹩实现受薅後稼镄发度鹣纛器蒸礁。一般瀵，潆耗姆瞧 鳆线可通i 遣下列谂径褥副：即飘缀常蹴热力试验数攒、枫缀嗣耀遮行酲录数据、 概缀锫8 潦缴产厂窳摄 共的数搬。 考薅秘热力秣麓试羧不霹畿经裙瀵行，试验状态与运行状态靛麓剩等诸多因 索，缀然能貔试验可褥羽较缓确躺税缀热耗德，织爝试验漾耗特能麴线作为负旃 貔他调成瀚依掇一般不翁为电厂运行人员犊受，两枫缎制造生产厂家掇供的理沧 6 武汉大学疆士攀照论文 数据更与实际遮杼状态有较大差别。因此利用机组在不问负荷下的实际运行记录 数擐褥到的煤耗特性整线将簧其毒实时瞧，电子取用鼹楚萋台极组巍弱一天内围 一辩刻静记录数据，因而也爨蕊可比性”稍。 当然，性能试验数据与运行记录数据相比，通过前糟得到的煤耗特性更为准 确，但在负荷优化调度的研究中，是对各螽枫组的煤耗特性进行相对比较，并不 簧求每台辊缓耩确静潆耗绝对篷，函琵，这一海疆裁势幂显得重要。 本部分内释主要讨论由日常机组工作数据处理得到单无机组的勰体能耗特 性。先对有关原始数据来源及处理进行简簧说明，为保诞负荷优化分既的准确性， 甏求对参与势鬣瓣辍缝逐台遴簿数据采集，毽枣子窖鼹簇蠢，捷采鬃王俸窝数鬟 处理不能同步，因此课题采用以往的机组蟋行数据进行处理，以得到机组煤耗曲 线。 2 。l 。2 单元杌组煤耗魏线的获取 由于得到的是离散的机缀运行数据，趿忿为了下步的机组负耱分配工作， 努须秘惩这缀数撂采解警氛缀鹣逶俊煤糕灏数。由予擎露疆缝潆耗蕊疆疫不大量 试验数据有一定的变化趋势，因此我们选用拟合模型得到单元机组煤耗特性曲 线。所谓拟合就是用一条光滑曲线拟合数攒【1 7 l 。拟合不需要曲线在数据点与数据 完全窃会。 多项式拟裔愚曲线拟合韵一种。设似) 是一个定义在实轴上的溺数，瓜1 ) ， 3 ( x 2 ) 如“d 是在点x l 铴 x ul z 的黼数值。又设r i 是某个函数窝间，所谓 麴线攘会，就憝爨在函数空阕疆中找一个瓣散疹，使褥 善町i 妒( - ) 一八x 一2 ，翟岛善t o i ( 妒( - ) 一f ( x j l 2 ( 2 - 2 ) 其中甄，口：，搿妊是投重系数，特殊地，取甄= 嚣2 = g # = l 。( x ) 就穆 梵程点善，龟f x m 土对斛豹拟舍魏线。通常，我们要求函数空淘n 是一个 有限维的线性空间，也即存铉着一组线性涎关的函数卿( x ) ，乳( x ) ，虮( x ) ，使得 7 = l 茸a i 妒i ( ! ) bg r ( r e a l n u m b e r s ) ，f = l ，2 ，n ( 2 - 3 于怒，求拟台曲线m ) 就可以简化为求一组察数c t ，( 1 2 ，a n ，使得下面的目 标瀚数达到最小俊： 掰i 2 o ( a ，偿2 口，) - 町| a d p , ( x ) 一f ( x j ) f = m i n i n u m ， ( 2 4 ) 7 斌汉太学颈士毕垃论文 通过偏导数方法：a e l a a 女= o ，= 1 , 2 ，n ，我们可以得到如下的线性方程组( 称 为惩短方程r e g u l a re q u a t i o n s ) ： 妇，霸 妒2 ，他) ( 伊 ，朔) 妒l ，伊2 ( 妒：，仍) 纵，办) 协致 ( ，妒：) ( ，蛳) ( 2 - 5 ) 其中 和，蜘) = q 鳓( 吩坳。( x ，) ，) = f ( x j ) ( 0 ) ，l - p ，g n j l ij = l 予是，曲线拟含的系数a ，口可以通过求解正舰方程得到。 在本课题磷究中，我粕廷考患多项式秘会，遣聱c d x ) = 1 ，识( 审= 善“1 ，= 2 彤3 ”， n ；并令矾= 搿2 一口m - - 1 。于是，我们肖 ( ，投= 鳓( 蠢) 吼( z ，) = q p + ”2 ，协) = 。o ，) l 蔓易g g j l，一j = t 这时拟合曲线妒( ，) = n ，z “也称为拟合多项式。 百 多矮式羧含次鼗熬确定，蠹续关系弱麴线拯台静赣疫。致建论上漤，n 取毽 越大，拟合曲线的效果越理想，越能反映遇近函数的特性；n 取值越小，相对误 差越大。但是对于电力性能曲线的拟合，阑际电工委员会( i e c ) 推荐使用二次 多矮式( l - 3 ) ，闲霹i e c 裁疆明确摇蹬不擦荐整躅裹次多矮式。国舔标毽铯组 织( i s o ) 在脊荚的试验验收舰程中也有类似的提法。之所以不推荐使用高次多 项式，是因为使用了高次多项式后，式( 2 5 ) 所形成的方程组将呈现出高度的 瘸奈，绘求解带寒了不便；冀铃，离次多颈式本身的鳃攒性决定了赢次越线是不 稳定静，局鄢数据的微小变动会对整个馥线的形获产生较大的影确，褥加上出予 试验数据本身带商采集误差，后面采用高次多项式拟合将使所得到的曲线稳定性 更皴。因此考虑到电力系统盼煤耗数掘特点，本文选用= 次多项式对机缓运行数 撵避 亍瓠合l 9 “2 粥。 在m a t l a b 工具软件晕，系统提供数据的多项式拟合函数p o l y f i t ，具体调用 形式如下： p = p o l y f i t ( x ，y ，固 掰# 隆多项式擞套x ，囊羹绘定懿数据 由于在程序编写过程中，需要用到拟台多项式的系数矩阵，因此系统专门编 写了p o l y c u r v e 函数供程序调用，得到所需的系数矩阵。 p = p o f y c u r v e ( x ，y ) i - i l i 我们以台3 0 0 m w 枫组为倒，剩翊其运行数据，求解一下祝组的蝶耗 鳓m ；甜 oooooo八) ) 0 慨崩；卿 钆慨 凌汉太窜骥。l ：攀娩论文 函数，并绘制它的煤耗曲线。 表2 i 不同负荷下梳缀发电标凇煤耗统计kg ( kw - h ) 1 6 5 一1 8 0 l 蝣2 l o 2 2 5 2 4 0 - -2 5 5 2 7 0 2 8 5 ( m 毒扎 l 彦01 9 52 02 2 5 2 4 02 s 5 2 7 02 8 5 3 0 0 帆纰煤耗 l l 点33 1 3 3 03 l 。站3 0 9 。5 53 j 9 43 瓤8 72 孚6 5 2 9 0 。s 42 9 0 + 5 7 k e , k w h ) 经过运冀我 | 3 褥到枫缀麴煤耗露数必； f ) - - - o 0 0 1 l x 2 + o 2 6 7 8 x + 3 0 3 7 4 7 6 将负衙值代入矮耗函数求魍所对应的煤耗值。并与实际统计值栩魄较如下： 袭2 。2税缀发彀辩疆精l 耗对照表 k g ( k w h ) 、蕊荷 1 6 5 v1 8 0 i 9 5 2 i o 2 2 5 2 4 0 2 5 5 2 7 0 2 8 5 ( 斋 1 8 0 1 9 52 1 02 2 5秘o2 5 52 强2 粘3 煤糕蕊测菹 3 1 7 稚3 1 3 03 4 5 33 锻。5 53 0 7 ，9 43 群湛72 粥。5 l2 9 。6 42 9 0 。5 7 轴津w h 煤糕橼台值 3 1 7 1 4 83 1 5 3 1 33 1 29 7 03 l o ，1 1 73 0 6 7 5 63 0 2 8 8 62 9 8 5 0 72 9 3 6 1 92 8 82 2 3 ( k e j k w h ) 我察分掰灏澎鞔缝爨耧翡翳测曲线与缀合魏线魏潮2 i 。 蹈2 ，1 榄嘏煤耗躐测曲线姆拟台曲线对照图 幽表2 2 及懑2 1 可以餐出，二次多硕式搬合络祭可以比较好的葳艨出移t 缀 静媒耗特髋，润时瞧证明了蕻翟电力系统煤糕曲线投合磺究中的可行性。 媒耗特性计算部分要求用户输入嗣一同期内各台枫组在不问负荷下的有关 遮行数撂，经麴线掇合，帮褥蘩各撬缀二次攥耗将经藏线。特性噩鞋线可班定期 瑟按，籍鬏掇黎节每年委挟滔次，翔有裘臀，毽i 可每弱，落黛更短辩闽雯羧一次e 2 2 负荷优化调度模烈的建立 j 挺秘了m 元机烈l 豹艨耗姆髓之矮，我们溅呵以建立系统受赫扶亿渊度嫫坦。 武汉大学礁i ：毕业论文 绪论中我们已经提到，负荷优化调度系统提供了在全厂任一总负荷下，各机 疆闽受荷调淡的袄摄，有耀个蠢案_ 虿供逡择，静往缳缀合、优纯癌停。优纯组合 蓬谯蔟令垒，r 憨受费下，罨求瓣瓣莠刭投缓豹最霞缝会，并没毒考虑祝缀襄滓瓣 制及扁停耗量。优化启停悬确定祷台机缎在个调度周期中各时段上运行的优化 遮嚣，它不仅考惑了撬组遨纾糕霾，纛麓诗菠疆缝窝襻耗爨，霜露霹满足辍缀轰薯 箨敕黻割等。下瑟嚣硼】就赞对这两荦孛方案分别霉出各彝翁受萄调发模型1 2 “”j 。 2 。2 1 优化组合分配模型 设垒厂蠢g 裔撬缀譬羧入并联运李予，全厂慧受耱为d ，全厂受蓊豹优绽缀 合分配就是将此负衙d 合理的分配到g 台并联运行的机组上，而使全厂总的煤 耗蠢羧，l 、。 巍上述凌窖嚣求褥单元搬缀戆煤懿特矬： r 萌( p i ) = a o i + a n p , + a a p f 。， i = l ，2 ，g ( 2 - 6 ) 饶德缀台势懿熬爨椽函数麓； g r a i n f = m 泌辑鹭z d ， 抽i 攒 u ，r ，只。d ， 旧i 戏串：f 一一系统惑煤耗( 下瓣) ： d 一一系统感受萤： ( 瑚一一第，台机组的煤耗方程( 下闹) ： 只一一第i 螽凝缝豹受骜( 下嗣) p 。，。一一第i 台机缀蛇受麓上、下鼹( 下潮) ； “一一第i 台机组的运行状态，可取0 ( 表示停机) 娥1 ( 袭示逡行) ； 怒一一攀i 愈机组黪人为赡停状念限制，敷0 表示隈巷g 停极，驳l 表示可 以运行。 揍lj l t ，税组 芘纯组合分配纳闷邀虢麓在满足约束祭件一f 求勰鞲杯溺数，这越 0 武汉大学硕士毕业论文 一个有整型变量u ，连续变量p f 及非线性函数崩p f ) 的混和整数非线性规划问题。 2 2 2 优化启停分配模型 对于大容量机组进行负荷优化调度时，考虑机组运行耗量和启停耗量是十分 必要的。设全厂等效机组台数为g ，全厂总负荷为d ，则机组优化启停分配的数 学模型为求解下列目标函数： m i n ，= m i n 量r ( 己，z ( 只) + u ，。t t s ，) ( 2 - 8 ) 约束条件为： u ，r ，= d 。 c ，f r 只。i 。s 只s q r t 只舳， g u , r ，p t 。凸 ，- l 6 r s 1 9 式中：& 一一第f 台机组的启停耗量； 乃一一第i 台机组的初始状态； 同样，这也是一个有整型变量u ，乃，蜀，连续变量r 及非线性函数f ( p ，) 的混和整数非线性规划问题【2 5 1 。 在使用负荷优化调度系统时，如果选择优化组合方案，就要求用户输入对象 系统总分配负荷，各单元机组的负荷上下限以及单元机组煤耗函数等数据，机组 数目由系统自动增加：而选择优化启停分配方案，除了输入上述的优化组合分配 的各项数据外，还要求用户输入各单元机组的初始状态及启停煤耗数据，然后根 据需要选择不同的算法进行负荷优化分配，经比较后得到最佳的优化结果。 2 3 本章小结 本章主要介绍了机组煤耗特性曲线的求解方法，以及两种不同的负荷优化调 度方案的数学模型。单元机组是电力生产的基本环节，获得可靠的机组运行煤耗 数据，并在此基础上得到机组的运行特性，是全面、准确评价机组眭能的重要部 分；而根据系统实际运行情况及对系统运行的主观要求而确定的优化调度模型则 是负荷优化分配的基础，直接影响到优化结果的实用性与经济性。 武汉人学硕1 毕业论文 第三章动态规划法解决负荷优化问题 动态规划是运筹学的一个重要组成部分，是求解多阶段决策过程及不定期和 无限期决策过程最优化的数学方法。 为了解决多阶段决策过程最优化问题。1 9 5 7 年，数学家( r e b e l l m a n ) 贝 尔曼等人提出最优化原理。最优化原理的思想方法是，把多阶段决策过程分解为 一系列单阶段决策问题，并逐个求解，从而得到最优决策。人们正是在最优化原 理的基础上建立并发展了动态规划，并将其应用于机组间负荷最优化分配问题的 解算过程。算法对煤耗特性没有严格的规定限制条件；可以一次求得全局最优点； 是确定机组启停和最优组合的有效方法。可见，对动态规划法进行研究还是很有 意义的。 动态规划法的基本方法是把一个给定的原始问题分成许多阶段，或几个子问 题，然后依次加以解决，最后一个阶段或子问题的最优解就是该原始问题的最优 解。即一个整体最优化问题，可以分解为一个序列多阶段最优化问题来求解。虽 然动态规划是由研究咀时间为划分阶段的决策问题而引出的，但是某些与时问无 关的规划问题，只要人为地引入时间因素，把它看成多阶段决策过程，也可用动 态规划方法来方便地求解。此外，某些不定期和无限期决策过程最优化问题也可 用动态规划柬求解【8 l 。 3 1 动态规划的基本概念、基本方程和求解步骤 3 1 1 基本概念 动态规划模型通常包含以下要素： 1 阶段 一个问题若要用动态规划来求解，那么首先应适当地把问题划分成若干个互 相联系的阶段( 或称为时段) ，然后按阶段的次序依次优化问题。 2 状态 状态表示每个阶段开始时过程所处的自然状况，而决策过程可以通过各阶段 状态的演变来刻划。状态可用一个数、一组数或一个向量来描述。 阶段的状态应具有“无后效性”，即当某一阶段的状态给定后，以后过程的 演变仅与当前的状念有关，而与该阶段以前各阶段的状态无关。通常还要求状念 遗汉大学臻。l ：华韭诠室 怒可以观测的。 箍述状态驰变量称作状恣变量。第k 除段的炊态变爨可用斑表示。一个 个除段的决策j 建摇有舯1 个拣态变量。出于遘程演交熬蒸体情况不鞠，状态变量 w 能是连续的，也可能是离敝的。为了叙述方便起见，状态变量一般简称为状态。 状态变量允许取值的范围称为允许状态集合，一般用靴表示第k 阶段的允许状念 集会。 3 决策 一个阶段的状态确定后，从该状态演变到下一阶段状态所作的选择称为决 壤。摧逮决策鹣变量穗受凌策变量。一般耀k ( x k ) 表暴簿素除段楚予瓤凝态霹懿 决策变量，显然它是张的溺数。决策变爨允许取值的范圈称为允许决策集合。 常用d k ( x k ) 表豕1 tk ( x k ) 的允许决策集合。 4 。燕略 出决策组成的序列称为策略。 若给定第，段的状态鲫，决策序列“，( x f ) ，纵( x ，) 称为从第，段列第s 段的 绫赂，记为孙国) 或a ，。印 p t a 0 i ) = ( 墨) , t t + 】( 砷+ 1 ) ，( t ) ( 3 - 1 ) 由于决策变量k ( x k ) 有椒德范围d i ( x k ) ( 七= ，l + 1 ，j ) ，因而第，段到第s 段豹策路也莠一定鲍范围，称为第f 段到第s 段斡允诲策略集合，记菇p i 。均。 特别 p t 严“心b - p t 缸a d 旗a0 圆 一个珂阶段的决策过程，从第1 阶段开始到第r 阶段为止的决紫序列称为一 个全过程策略，也可篱穗为策路，露记终p ，。0 ，) ，帮 p l , n ( ) = 协l ( 一) ，2 ( x 2 ) ，i t 。( x ) j 。 ( 3 - 3 ) 出过程鲍繁k 除段嚣始副第”阶段为止的决策序捌，称为问题的k 予过程策 酶，简称为予簸昭，记干搴热，瓴) ，郎 p “( ) = 拙( h ) ，m + l ( x k + 1 ) ，以( ) 。( 3 - 4 ) 5 。竣惫转移方程 在一个决策过程中，在第k 阶段的状惑讯和决策fk ( x k ) 确定的前握下，第抖1 阶段的状态靴u i _ 乜随之确定了，这一规律可用方程表示为 称方程( 3 3 ) 为状念转移方程，其因变爨m ，取值的集合+ l 称为粥n 1 阶段 武汉火学删 ：毕业论文 且翔取使的集合记为。显然有x 女c _ x 。 6 攒糠嚣数和最捷傻蘧数 若第阶段的状态为瓤，采用子策略仇。( 以) ；k ( ) ，胁+ ( 以+ ) ，以，) 则从第k 阶段到 阶段获得的效益称为指标函数，记作k 。，即有 礁一幂砍冉( x k ，岛，双m ，岛+ 1 ) = 致一( 靠，p i 一硌势 = ( o k ( x k ，口 ) o 甜i ( 辄+ i ，1 1 什1 ) 0 o 。( h f h ) k = l ，2 ，r l( 3 - 7 ) 其中：“k ( x k ，掣0 为当第七阶段状态为m 决策变最为k ( x k ) 时反j ! 兜这个局部措施 夔效益攒蟾，稼。严“蹶，f 0 舞投。 o 表示加法或乘法逶算。 显然指标函数具有阿分离性，即有： 。( 颤，熊，m ，文“) 一“ 她，f ) 0 雌“。( h “+ 2 ，x )( 3 _ 8 ) 办即玖。耐袋示为稚，女，礁。熬涵数，记这函数为妒女，便眷 狡。= e 碥弘缸峻+ l ，0 ( 3 - 辨 且函数曲 在权u ，0 ( ，一女，”) 的前提下是关于k + 1 。单调的a 指标溺数的最优僮髂为最优值函数，记作五，即有 五0 国一o p t 珞，。锨，a ，融) ) ， 1 0 ) 其中：o p t 是最优化( o p t i m i z a t i o n ) 的缩写，在求解实际问题时可出问题要求而取 r a i n 或m a x 。 7 ，簸往繁臻纛最蠛软渣 使目标函数诈。达剐最优值的策略，称为从第k 阶段开始的聪子全过程最优 策略，记住p ：。= 弦，：。，：) ( 肛l ，2 ，”) ，称p 0 是全过稔的最优策略。从 x ；( = 蜀0 翅戆获态窭发，过程按照p 乙秘滚态转移方程演变爨绞过熬鼗态黟列 w ，z ；，x ：+ 。) 为最优轨迹。 8 逆序解法和顺序解法 若隶缎避穰是由最终狯段递接至壤镑蹬段，这莓枣递提法嚣为邀枣熬法；繁求 解过程是从最初阶段递捺至最终阶段，这种递推法称为顺序孵法。 9 递归方程 4 0 阡2 = 老 ，i p以 叠 研 芒 雠徘 和 = 繇曲 鼽k 纂态捷达可 鼗汉文掌磺士簪妲论文 避序瓣法筒巍激下鹣递朔方稷 a c x k ) = o p t 甜女涵，牟毋磊l ( 酗 ) ( 3 - il ) 以及终端祭佟 a l 轨i ) 一驴( 孙i ) ( 妒为殴知灞数) 递接求解。 颁序解浚胃雨以下邀嬲穷程 露l ( x “1 ) 一0 p 耄 甜女( 矗级) ( 3 1 2 ) 以及始端条锋鼻积1 ) 一簪 1 ) ( 毋为跫期酾数) 递攘求解。 遮嫩五( 硝为从状态苫i 劐粕的最优缀濒数；为簿奄阶段涞处予孙1 状漆对 该阶段秘状态绍选择的决镶交薰。 3 1 2 求解步骤 l 。 矮逆黪然法求瓣潜，计髯步骤为：宠蠲嗣终端条髂从蹬终浚毅弹魏 国茂( 3 1 1 ) 蠢纛淘祷逆攘，求出务输敷的最傀决策釉簸优俊滋数，缀嚣爨您 五锄) 时使褥到了簸优决娥弹刿 掣+ ) ，稚麓溉，更一1 ，2 ，哪，褥由状态方 爨+ ，m 曩( x k ，：) ，麸露一1 搿始澎旃翘嚣确定钕+ ，黪梦硅诹，毒一l ，2 ，嚣 必激後辘谶， 群i ( 溉，奄一i ，2 ，辩 为最优策蜷。 2 麓暇序解法求解辩，计冀步骤怒：先利用始端条件从最初阶段歼始 爨筑( 3 1 2 ) 囊翁窝嚣暇攒，求国务除段懿最傀决策粒最傀镳灏数，壤藤黧濑 蟊，锨+ 0 孵俊锩捌了最铙决策岸列 掣# ) ，孙毫藏，露一1 ，2 ，栉，褥囊状态 方稷x ：m 彝( x ，属) ，从k = n + l 开始国聪肉前确定叛，所得序别+ ，老一1 ，2 ， r t 为最优鞔逑， 芦女。( 瓤) ，聋一l ，2 ，择 为最後鬣酶。 3 。2 动态觏划耀予熊稽优化调度 本瀑麓受耱德鼗努黧怒一个与酎阗恶芙熬黪态模黧。紫嫂瓣凌方法楚将黼繇 努为蕊令酚歉：灏垮逡液，邋侉分酝。下搿藏按强麓法、瓣耩法分捌说明动态瓶 划法谯电力受搿分怒研究巾的疵孀【1 2 1 。 3 。2 i 动态烧划圈憋法斑惩予分醚 菜厂帆缎群1 一# 6 ，摊梦| j 次膨姆激终分瓤方案冤荧，缓以下步骤分鬣实