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本科毕业设计开题报告模板

山东科技大学

本科毕业设计（论文）开题报告

题目火电厂机组运行优化研究

学院名称机械电子工程学院

专业班级热能与动力工程

学生姓名王维佳

学号200801041726

指导教师孔祥强

填表时间：

年月日

填表说明

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。

4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。

5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。

设计（论文）

题目

火电厂机组运行优化研究

设计（论文）

类型（划“√”）

工程设计

应用研究

开发研究

基础研究

其它

√

一、本课题的研究目的和意义

能源与经济的发展密切相关。

十五大指出“下世纪中叶我国经济发展要达到中等发达国家的经济水平”，因此能源工业必须研究制定相应的战略以保证这一发展目标的实现。

我国拥有五分之一的世界人口，目前一年的能源消费量约为13亿吨标准煤，占世界的十分之一，人均能源消费水平仅相当于世界平均水平的一半。

但我国人口基数极大，预计到2030年前后将达到16亿，假如人均能源消费量达到2.38吨标准煤，相当于目前世界的平均水平（低于中等发达国家目前的水平，全国一年的能源总消费量将达到38亿吨标准煤，是目前的3倍。

因此为了支撑我国未来的国民经济发展，不得不将现有的能源工业再扩大2倍，不得不再增加数倍以上的环境污染排放，不得不将交通运输的40%以上用于运输能源（当前仅煤炭运输就占我国交通运输量的20%）。

我国的能源储量是有限的，从中国能源资料统计!

，，中可知，我国己探明的煤炭储量占世界储量的11%，原油储量占世界储量的3%，天然气储量占世界储量的1%，但由于人口基数大，能源资源相对匾乏，人均资源占有量相当于世界平均水平的50%。

我国人均能源消费量相当于世界人均能源消费水平的一半，尤其是年人均电力消费量不足世界人均消费水平的40%。

人均能源资源相对不足以及人均能源消费量过低，严重限制了我国经济、社会可持续发展。

一方面，我国人均能源资源相对匾乏，另一方面，经济系统的能源利用效率低下。

先进国家的能源利用效率达42%以上，而我国能源利用率仅为32%，比发达国家低10个百分点，如果再乘上32.1%的能源开采效率，我国能源系统总效率只有10.3%，甚至达不到发达国家的二分之一。

加之由于我国煤炭资源在地域上分布不均，北煤南运，西煤东运，中间环节的利用效率还要更低。

我国主要用能产品的单位能耗，比发达国家高25%一90%，加权平均后高40%左右。

特别是产值能耗水平与国际水平的差距更大，是先进国家的几倍甚至几十倍。

换言之，我们每生产一万元的国内生成总值（GDP）就要比发达国家多花几倍甚至几十倍的能源成本，以这样高的产值能耗水平去迎接全球一体化的国际竞争是无法想象的。

由此可见，节能在提升我国未来经济总体竞争力中的地位是十分重要的。

为此，我国政府非常重视能源的开发与利用，提出“资源开发与节约并举，把节能放在首位，提高资源利用效率”的资源方针，并于1997年开始实施“节能法”。

火电行业是一个不断将一次能源转化为二次能源的行业，是消耗一次能源的大户，我国每年开采的煤炭有30%用于发电。

截至2007年底，全国发电装机容量达到71329万千瓦，其中火电达到55442万千瓦，占到全年发电量的77.73%，预计到2020年，煤电仍将在我国的电力容量中占到60%I2]。

我国的煤电转换效率远低于西方发达国家，2004年，全国平均供电煤耗为376克/千瓦时，比国际先进水平高50~60克/千瓦时。

2005年电力产业在节能降耗上深挖潜力，供电煤耗比2004年降低2克/千瓦时，相当于节省标准煤300多万吨。

如果中国电力产业达到西方发达国家320克/千瓦时的供电煤耗，那么每年节约的标准煤将超过1亿吨，由此可见火电厂存在着巨大的节能潜力。

火电厂是由多个设备和系统组成并完成能源转换的重要生产基地，其中的各个环节都会影响火电厂的经济效益。

早在80年代初期，美国EPRI对全美所有的燃煤电厂进行了全面的调查与研究13][4]，结果证明了机组运行的实际热耗率比机组设计基准负荷下设计的热耗率平均高出1054Kj/（Kw.h）是可以通过各种经济运行手段得以节省的。

由此不难看出，火电厂机组优化运行蕴藏着显著的经济效益。

本文正是在此背景下，对电厂的运行优化进行了研究。

二、本课题的主要研究内容（提纲）

1.确定机组典型经济运行模式结构、框架。

机组在运行过程中，涉及到的参数及设备有很多，但各个参数、设备对机组运行模式影响的程度是不同的，运行人员在监控的过程中也不可能对每个参数进行调整，故要找出对运行模式影响较大的参数及设备，以保证运行人员对运行模式调整的有效性。

2.找出机组在各工况下的经济运行模式的具体形式。

火电厂大量的历史数据为正确确定运行模式提供了一个重要的基础和前提，而诸如数据算法等先进技术的发展又为数据分析提供了一个良好的途径。

本论文将充分利用上述二者的特点来获得真正能正确反应各工况下的经济运行模式。

3.建立全工况下的机组经济运行模式库。

如何合理保存各工况下的经济运行模式，也即建立一个全工况下的机组经济运行模式库是本论文的研究的另一重要内容。

本文的结构安排如下:

第一章:

分析选题背景及意义，阐述在机组运行优化方面的研究现状及应用，引出本文研究的基本思想及论文的工作内容。

第二章:

介绍了单元机组运行调节的内容、基本方法及涉及到的相关设备，并从运行优化的角度分析了可实施的策略。

第三章:

阐述了机组典型经济运行模式的总体设计思路，包括机组经济性指标的分析、运行模式的定义的步骤等。

第四章:

重点介绍了算法的理论，并阐述了针对本文运行模式算法。

第五章:

针对某600MW机组的历史运行数据进行模式算法的数据实验，并分析了不同工况下的结果。

第六章是结论和展望部分，对本文进行了总结，并对下一步的工作进行了展望。

三、文献综述（国内外研究情况及其发展）

经过验证是一种高效实用的方法。

文献【13〕提出基于神经网络的监督学习和自适应识别概念，用神经网络来推测负荷需求与拉格朗日乘子的线性关系，从而得出机组的优化组合。

拉格朗日松弛法的优点是当优化组合的系统较大时，计算量近似线性增长，随着机组的增加算法的效果越好。

其缺点是求得的对偶问题的解对于原问题通常是不可行的。

因此需要专门的算法根据对偶解生成一个好的可行解，并可以根据可行解与对偶解之间的对偶间隙来评价可行解的好坏，同时算法的迭代过程中可能出现振荡或者奇异现象，因此该算法适合于求解大系统的优化问题，并在实际中得到了广泛的应用。

动态规划法（DynamicProgr~ing）是研究多阶段决策过程最优解的一种有效方法。

所谓多阶段决策过程是指按时间或空间顺序，将问题分解为若干互相联系的阶段，依次对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阶段最优决策问题根据贝尔曼（R.Bellman）的最优化问题变换成一系列单阶段最优决策问题来求解，这样就大大减少了工作量，对指标函数求极值问题大为简化，而且一旦找到最优决策序列，就是全局最优解。

它的收敛性能优良、结果稳定，在实际系统中得到广泛应用。

动态规划法的缺陷有:

计算量太大，必须采用近似方法加以简化，这样不可避免的要丢失最优解;要求求解的问题具有明显的阶段性，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;通盘考虑整个系统的问题时，使用起来不够灵活。

神经网络困euralNetwork）优化计算方法的主要思想是:

利用非线性大规模动力系统的特征，将优化计算问题映射为神经网络的动态演化过程，这时优化问题的目标函数就被映射为神经网络的能量函数。

由于神经网络能量函数的极小点对应于系统的稳定平衡点，于是求解能量函数极小点变换成求解系统的稳定平衡点。

任意给定系统一个初始状态，随着时间的演化，网络的运动轨道总是在相空间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，优化问题也就在网络系统的演化中悄悄完成了。

神经网络优化方法是一种比较新的优化方法，在许多领域得到了充分利用，但其美中不足的是在优化过程中，其最优解容易陷入局部最优的循环中，从而影响了优化结果的优良胜。

遗传算法（GeneticAlgorit加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为件为止。

要求总煤耗目标函数为严格凸函数，即各机组的煤耗、煤耗微增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度。

优先顺序法（Priorityhst）是较早出现的一种解决机组组合和负荷分配的算法，它将系统可调度的机组按照某种经济特性指标事先排出顺序，然后根据系统负荷大小，按这种顺序依次给各台机组加载负荷。

最初的优先顺序法在排序的过程中不考虑负荷的变化，是一种静态的排序策略。

文献【10』中提出了一种改进的优先顺序方法，它是在经典优先顺序法的基础上，加上一些定量约束条件和一些定性启发式原则，其中加入了一些启发式原则，如尽量不安排开停机调峰，尽量让上网电价低的机组优先开机，让上网电价高的机组优先停机;若系统负荷较前一阶段增加，已运行的机组一般不停机;若系统负荷较前一阶

段减小，已停运的机组一般不启动。

优先顺序法简单而实用，计算量小，虽然有时找不到最优解，但能满足一般的应用要求，可以获得大部分效益。

其缺点是难以精确考虑随时间变化的机组启停费用，而且是不相关地处理各时段的机组组合问题，容易造成机组的频繁启停。

混合整数规划法（Mixed一iniegerProgr~ing）是变量中既有整数又有非整数的数学规划问题，根据除整型变量以外的其他变量函数类型，可分为线性混合整数规划和非线性混合整数规划。

混合整数规划法比较复杂，不直观，对实际系统直接使用计算量太大，必须要精心构思分解，它在机组负荷优化问题中实用化的成果不多。

拉格朗日松弛法是在目标函数中针对系统的祸合约束引入拉格朗日乘子构造一个增广目标函数形成对偶问题，通过解决对偶问题的极大极小值来求解目标函数的最优值。

如果目标函数是连续凸函数，则对偶问题的最优解就是原问题的最优解或者次优解;如果目标函数为不可微或者非凸的此时对偶问题的最优解与原问题的最优解之间存在对偶间隙，而且在给定拉格朗日乘子的情况下增广目标函数的最小值所给出的解不一定满足原目标函数的约束条件。

拉格朗日松弛法是解决机组组合公认的有效方法之一，得到了较为广泛的应用〔川。

文

献【12]通过对一个给定的机组组合是否可行的判断寻求对偶解之下的可行解，元机组的综合热力性能试验，确定在不同负荷时各机组的标准燃料消耗量，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作为目标函数。

最后，求解这个有约束优化问题。

各电厂采用过的负荷分配方法，大致有以下几种:

1）顺序按效率最高的机组加负荷到最大负荷。

即让效率高的机组多带负荷，效率低的机组少带负荷。

其优点是简单直观，容易操作执行，但不一定最优。

2）机组负荷与经济负荷成正比，即在各机组间平均分配负荷。

该方法没有数学依据，很不科学。

3）按等微增率由小到大顺序加负荷阴，该方法优于以上两种方法。

长期以来很多电厂都采用此种方法进行机组负荷分配，而且至今它仍是电厂主要经济调度方法之一。

4）自50年代以来，运筹学的兴起，为寻优提供了许多数学手段。

如线性规划法、动态规划法、非线性规划法等，它们各有优缺点。

如运用线性规划法分配运行机组的负荷模型简单，计算速度快，但精度稍低;动态规划法是多级决策方法，它可以适应负荷变化，选择机组台数、开停次序和负荷大小，比等微增率方法功能强，但这种方法计算过程冗杂，计算量大;非线性规划法虽然精度较高，但模型复杂，不易求解。

5）现代优化计算方法，如遗传算法、模拟退火算法等[8]，每种算法各有其优缺点，目前已有文献对其进行了一定的研究。

对于一个具体的电厂.究竟采用何种方法较为适宜，要根据电厂的机组情况而定，目前我国火电厂主要有以下几种情况:

（l）小机组、小容量的老厂;

（2）大、小机组兼有的改扩厂;（3）大机组大容量的新建厂。

但国内目前在这方面有针对性的具体研究还不够。

下面就几种典型的求解方法如等微增率法、整数规划法、动态规划法、模拟退火法、人工神经网络法、遗传算法[9]做简单介绍。

等微增率法（E职alIneremenialDiseh毗eCriterion）是在计算过程中以目标函数对各负荷变量的一阶偏导数相等为原则，直接求出各负荷值，然后检验是否满足约束条件，若不满足，再用迭代法进行修正，直到所有的解满足约束条随着电力市场改革，各电厂进行了公司制度改革，这意味着各公司自负盈亏，必须以追求企业效益最大化为目标。

机组运行经济性，是企业效益的根本所在。

因此企业要提高经济效益，应该从这一方面挖掘潜力。

机组负荷分配是电厂经济运行的一项重要工作，目的是为了寻求各机组之间怎样分配负荷才能使电厂甚至整个电网的能源消耗量最小，减少发电成本，提高经济效益，并且使这种负荷分配满足各种系统本身的约束[5][6]。

对于多台单元机组并列运行的负荷分配优化问题，通常解决的步骤是:

首先，根据各单等特点，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。

目前国内有一些相关的科研单位和科研院所在开发电厂实时监控和能耗分析系统的过程中，也注意在朝相关的方向进行研究。

国电南瑞开发的火电厂厂级网络互联系统，可按照省调每分钟超短期负荷预报修正的发电计划值实时分配机组的负荷，为进一步开发优化负荷分配功能创造了有利条件。

上海新华电站开发的厂级实时监控信息系统从厂级管理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接收电网中调负荷指令，依据本厂各机组运行状态，自动对机组的负荷分配进行优化、管理，及动态负荷最优配置，并向各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。

国外有许多公司和研究机构，在电厂经济性能监测诊断方而作了大量研究，如美国的电力研究院（P犯），Radial公司、西屋公司、日本的东芝电气、日立、欧洲的法国电力部（ED）、瑞士的ABB，德国的西门子公司、丹麦的B&K公司等【’4一’6]，均有较完善的经性能监测系统，但是在此基础上对单机优化运行方面的研究，如机组掺烧无烟煤、电力市场环境下机组以大代小运行和机组滑压运行对电厂经济性的影响等涉及不多

四、拟解决的关键问题

本文的主要研究目的就是，在运行参数匹配技术的支持下，挖掘反映火电厂热力参数及设备状态的大量历史数据背后所隐藏的信息，抽取机组典型运行模式，建立全工况下的运行模式库，用于指导运行人员进行优化，使机组始终处于最优（或较优）模式下运行，以达到提高经济效益，降低能耗的目的。

五、研究思路和方法

1.确定机组典型经济运行模式结构、框架。

机组在运行过程中，涉及到的参数及设备有很多，但各个参数、设备对机组运行模式影响的程度是不同的，运行人员在监控的过程中也不可能对每个参数进行调整，故要找出对运行模式影响较大的参数及设备，以保证运行人员对运行模式调整的有效性。

2.找出机组在各工况下的经济运行模式的具体形式。

火电厂大量的历史数据为正确确定运行模式提供了一个重要的基础和前提，而诸如数据挖掘等先进技术的发展又为数据分析提供了一个良好的途径。

本论文将充分利用上述二者的特点来获得真正能正确反应各工况下的经济运行模式。

3.建立全工况下的机组经济运行模式库。

如何合理保存各工况下的经济运行模式，也即建立一个全工况下的机组经济运行模式库是本论文的研究的另一重要内容。

六、本课题的进度安排

第3-4周搜集资料并撰写开题报告；

第5-7周进一步学习相关知识，并确定研究方案；

第8-11周进行具体的数学模拟和计算；

第12周整理资料并撰写论文。

七、参考文献

【1]陈和平，周篡.我国中长期节能目标及行动方案探讨.中国能源，1999，（8）:

6一10.

【2]华能集团“绿色煤电”发展战略.http:

//WWW·sere·gov·cn·

【3]西安热工所译.现行火电厂降低热耗率工作导则:

50家美国电力公司降低电厂机组热耗率的经验总结，1993.

[4]劳德容.发电侧如何促进需求侧管理.电力需求侧管理，2000，2（6）:

20一22

【5]张勇传.水电站经济运行原理.中国水利水电出版社，北京，1998.

〔6]何仰赞，温增银.电力系统分析，华中理工大学出版社，武汉，1996.

【7]陈森林.地方电网日负荷优化分配的等微增率准则及应用.水力发电学报，1994，（47）:

25一33.

【8」陈开明，非线性规划理论，复旦大学出版社，上海，1996.

【9]范明玉，张莹.最优化技术基础，清华大学出版社，北京，1992.

【10〕潘云江，孙友江，李庚银.电力市场过渡时期日发电调度计划编制软件包.电力系统自动化，2000，24（11）:

52一55.

[11〕骆济寿，张川.电力系统优化运行，华中理工大学出版社，武汉，1990.

【12]吴磊，翟桥柱，管晓宏.发电经济调度可行解判据及其求解方法.电网技术，2004，28

（1）

[13]l一4张潮海，周其节.机组优化组合的人工神经网络拉格朗日混和方法.电力系统及其自动化，1995，19

（2）:

52一58.

【14」PMOS一2000发电市场技术支持系统研究报告，南瑞电网控制公司.【巧〕于尔铿，现代电力系统经济调度，北京水利电力出版社，北京，1986.

【16」汤振飞，唐国庆，于尔铿，等.电力市场动态分析.中国电机工程学报，200121（12）:

89一92.

指导教师意见

指导教师（签名）：

年月日

所在系（所）意见

负责人（签章）：

年月日