1.1. Đặt vấn đề
Dới sự điều khiển của trung tâm điều độ nhà máy đợc phát công suất theo một biểu đồ phụ tải phù hợp với sự làm việc chung của hệ thống điện.
Một bài toán đặt ra với nhà máy với lợng công suất đợc phép phát nh vậy thì cần phân bố cho các tổ máy nh thế nào để đạt đợc các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật tốt nhất nh : Chi phí tính sản xuất điện năng nhỏ nhất, tổng lợng điện năng sản xuất ra cực đại, độ tin cậy cung cấp điện của nhà máy là tốt nhất..v.v. Để đơn giản thì chỉ tiêu tối u thờng xét cực tiểu lợng tiêu hao nhiên liệu trong nhà máy điện.
Để giải đợc bài toán này ta có thể dùng nhiều phơng pháp toán học để giải nh : ph- ơng pháp quy hoạch động, phơng pháp Lagơrăng, phơng pháp suất tăng tơng đối, phơng pháp Gradient, phơng pháp hàm phạt...v.v. Trong phạm vi đồ án này ta sử dụng phơng pháp Quy hoạch động.
Thông qua các trung tâm thí nghiệm điện cần phải nghiên cứu kĩ các đặc tính tiêu hao nhiên liêu của các tổ máy sao cho lợng tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị điện năng sản xuất ra trên thanh cái nhà máy là nhỏ nhất.
Đặc tính tiêu hao nhiên liệu giữ một vai trò rất quan trọng trong quá trình tổ chức vận hành nhà máy.
Đặc tính tiêu hao nhiên liệu cho biết suất tiêu hao nhiên liệu: Tức lợng nhiên liệu cần tiêu tốn để sản xuất ra 1 đơn vị điện năng.
Suất tiêu hao nhiên liệu đợc tính : P B α tg b= =
Từ đờng đặc ta có thể thấy đợc vùng làm việc hiệu suất cao của từng tổ máy và cũng qua đờng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của từng tổ máy ta đi xây dựng đờng đặc tính tiêu hao nhiên liệu tơng đơng cho nhà máy.
1.2. Phơng pháp tính toán
1.2.1 Bài toán đặt ra nh sau
Xét trờng hợp tổng quát nhà máy có n tổ máy với :
- Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của mỗi tổ máy đã biết, đó là đờng cong hoặc bảng số thể hiện quan hệ Bi(Pi).
Mỗi tổ máy có giới hạn công suất phát là : Pimin ≤ Pi ≤ Pimax
- Cần xác định số tổ máy làm việc và phân bố công suất tối u từng giờ cho mỗi tổ máy sao cho lợng tiêu hao nhiên liệu tổng nhỏ nhất tức là :
BΣ = B1(P1) + B2(P2) +...+ Bn(Pn) = Bt ⇒ Min Đồng thời thoả mãn các ràng buộc:
PΣ = P1 + P2 + P3 +...+ Pn = Pt Trong đó :
Bi(Pi) : Là tiêu hao nhiên liệu tổ máy i dùng để phát công suất Pi. Pt : Là công suất phát tổng của nhà máy, thay đổi theo biểu đồ phụ tải.
* Sơ đồ miêu tả toàn bộ qúa trình sản xuất điện năng của nhà máy
TUA BIN Lò P1 P2 Pn F1 F2 Fn S Máy phát điện Pn-1 Fn-1 ... ... P B (Tấn/h) P (MW)
* Khi giải bài toán này thì ta cần chú ý 2 trờng hợp có thể xảy ra
- Các tổ máy có thể đóng cắt trong phạm vi 1 ngày đêm ( trờng hợp này thờng xét đối với nhà máy thuỷ điện, nhà máy tua bin khí hổn hợp hoặc nhà máy nhiệt điện trong tình trạng rất thiếu công suất mà biểu đồ phụ tải tổng của hệ thống lại thay đổi nhiều ).
- Các tổ máy không đợc đóng cắt trong 1 ngày đêm mà chỉ đóng cắt một số tổ máy theo mùa ( trờng hợp này thờng hay xảy ra với nhà máy nhiệt điện ).
Về phơng pháp tính toán cho 2 trờng hợp này là tơng tự nhau, chỉ khác trong trờng hợp có xét đến khả năng đóng cắt của các tổ máy thì ngoài giá trị công suất của các tổ máy xét trong phạm vi Pimin Pi Pimax, thì còn cả Pi = 0 và phải tính đến chi phí mở máy.
1.2.2 Giải bài toán
Dùng phơng pháp quy hoạch động để tìm sách lợc phân phối tối u nguồn công suất Pt cho n tổ máy, với Pt là công suất tổng của nhà máy đợc cho phép bởi trung tâm điều độ.
Nh vậy để có sách lợc tối u thì phải chọn giá trị P1,P2,..., Pn sao cho đạt cực tiểu tiêu hao nhiên liệu tổng BΣ = B(P1, P2,...,Pn).
Để giải bài toán trên ta thực hiện theo 2 quá trình :
* Quá trình ngợc
Quá trình này nhằm xác định lời giải tối u có điều kiện. Kết quả của quá trình này là tìm đợc đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị cho nhà máy.
Việc tìm đặc tính tiêu hao nhiên liệu của nhà máy đợc thực hiện nh sau : Ta bắt đầu từ tổ máy1 và tổ máy 2, từ đặc tính tiêu hao nhiên liệu của 2 tổ máy đầu tiên kết hợp với tổ máy thứ 3 ta có đặc tính tiêu hao nhiên liệu đẳng trị cho 3 tổ máy đầu tiên, quá trình cứ tiếp tục nh vậy cho đến tổ máy cuối cùng.
Nh vậy quá trình ngợc là chuẩn bị thông tin đầy đủ về lời giải tối u phục vụ cho quá trình thuận tiếp theo.
Quá trình ngợc bao gồm các bớc sau đây
B ớc 1: Đầu tiên ta xét bài toán cho 1 tổ máy:
Ta chọn tổ máy số 1 để xét đầu tiên. Đặc tính B1(Ppt) đã cho chính là đặc tính tối u của tổ máy này.
Bảng 1.1
B1 B11 B12 … B1k
B ớc 2: Tiếp theo ta đi xác định lời giải tối u có điều kiện cho 2 tổ máy, tức cần xác định :
f2min = B1,2min (Pt2) = min [(B(P1) + B(P2)] Pimin ≤ Pi ≤ Pimax , i = 1,2
Trong đó :
B1,2min (Pt2= P1 + P2) : Là chi phí nhiên liệu cực tiểu khi phân phối công suất tổng Pt2 cho 2 tổ máy.
B (Pi) : Là chi phí nhiên liệu của tổ máy i.
ở bớc này ta sẽ lập bảng tính toán để xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu tối u (kí hiệu f2) cho 2 tổ máy 1 và 2.
Bảng tính toán đợc thành lập nh sau: Bảng 1.2 P1 P01 P02 … P0k P2 B2 B1 B11 B12 … B1k P01 B21 Pt211/f211 Pt212/f212 P02 B22 Pt221/f221 … … P0h B2k Pt2hk/f2hk Trong đó:
• P0i, B1i: trị số công suất, trị số tiêu hao nhiên liệu của tổ máy 1; (i = 1, ,k)…
• P0j, B2j: trị số công suất, trị số tiêu hao nhiên liệu của tổ máy 2; (j = 1, ,h)…
• Pt2ij: trị số công suất tổng tơng ứng là tổng công suất P0i và P0j ; ta có: Pt2ịj = Pt2ji
• f2ij: trị số tiêu hao nhiên liệu tổng tơng ứng là tổng tiêu hao nhiên liệu B2i và B1j ;
Nhận xét: Trên cùng một đờng chéo thì trị số công suất tổng là nh nhau và ta có các giá trị tiêu hao nhiên liệu khác nhau, cho nên ứng với giá trị công suất tổng nào trên đờng chéo có với tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất và tơng ứng với nó là hai giá trị công suất P1 và P2 sẽ tối u về mặt tiêu hao nhiên liệu.
B
ớc 3 Tiếp tục tính toán cho 3 tổ máy :
Sau b ớc 2 ta coi hai tổ máy 1 và 2 là một tổ máy tơng đơng có đặc tính tiêu hao nhiên liệu đã xác định đợc sau bớc 2 và làm tơng tự tổ máy tơng đơng đó và tổ máy 3 nh hai tổ máy 1 và 2.
Ta lập đợc sau:
Bảng 1.3
P3 P01 P02 … P0k
Pt21 f21 Pt311/f311 Pt312/f312
Pt22 f22 Pt321/f321
… …
Pt2k+a2 f2 k+a2 Pt3hk+a/f3,k+a2,k
…
B
ớc n Tiếp tục tính toán cho n tổ máy :
Quá trình tiếp tục đến tổ máy thứ n, ta có bảng sau: Bảng 1.n Pn P01 P02 … P0k Ptn-1 f2 Bn Bn1 Bn2 … Bnk Ptn-1,1 fn-1,1 Ptn11/fn11 Ptn12/fn12 Ptn-1,2 fn-1,2 Ptn21/fn21 … …
Ptn-1,k+an-1 fn-1,k+an-1 Ptnhk+a/fn,k+an-1,k
Đến đây ta kết thúc quá trình ngợc và chuyển sang quá trình thuận.
* Quá trình thuận
Với công suất yêu cầu (Ptn*) thì từ bảng 1.n ta xác định đợc tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (fn*) của n tổ máy và cũng theo bảng 1.n ta xác định đợc công suất của tổ máy n và công suất tổng của n-1 tổ máy còn lại tơng ứng.
Quá trình cứ tiếp tục nh vậy đến khi ta xác định đợc công suất của tổ máy thứ nhất. Công suất của n tổ máy tìm đợc là tối u về mặt tiêu hao nhiên liệu ứng với công suất đã yêu cầu.