等微增法與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法在負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度中的比較

等微增法與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法在負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度中的比較

1電廠負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)隨著工廠網(wǎng)絡(luò)的劃分以及工廠之間的競(jìng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)分配政策的實(shí)施，降低全工廠的教學(xué)成本和發(fā)電成本已成為工廠最擔(dān)心的問(wèn)題。其中，工廠負(fù)荷優(yōu)化和分配是降低全工廠發(fā)電成本的途徑之一。對(duì)于有多臺(tái)發(fā)電機(jī)組的電廠,在滿(mǎn)足全廠總負(fù)荷一定的前提條件下,各臺(tái)機(jī)組所帶的負(fù)荷有許多不同的組合,而不同的負(fù)荷組合會(huì)使全廠的發(fā)電煤耗有所不同。電廠負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)就是要在這許多不同的組合中挑選出使電廠煤耗最小的組合。只要使各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷調(diào)整到這一組合所規(guī)定的負(fù)荷,就一定會(huì)使全廠的發(fā)電成本最低。2傳統(tǒng)負(fù)荷分布模式目前,關(guān)于機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配的研究較多,常見(jiàn)的兩種方法為:等微增法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。2.1機(jī)組煤量特性曲線(xiàn)b等微增法是以燃料消耗量最小為優(yōu)化目標(biāo),其基本的原理為:電廠各機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配,可等效為一個(gè)函數(shù)求極值的問(wèn)題,即在電廠各機(jī)組負(fù)荷Ni(i=1…,n)之和等于電廠所需總負(fù)荷的前提條件下,通過(guò)使全廠的總?cè)剂舷牧緽(=ΣBi,Bi為第i臺(tái)機(jī)組的燃料消耗量)為最小值,從而確定各臺(tái)機(jī)組應(yīng)帶的負(fù)荷Ni(i=1…,n)?？梢宰C明,當(dāng)dBdN=dB1dN1=dB2dN2=?=dBndNndBdΝ=dB1dΝ1=dB2dΝ2=?=dBndΝn,而且d2BidN2i＞0(i=1,2,??n)d2BidΝi2＞0(i=1,2,??n)時(shí),總?cè)剂舷牧緽可達(dá)到最小值,其物理意義為:若全廠的燃料消耗微增率與各機(jī)組燃料消耗微增率相等,則全廠總?cè)剂舷牧孔钌?也就是說(shuō)當(dāng)電廠機(jī)組間負(fù)荷的分配達(dá)到了等燃料消耗微增率時(shí),就實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷的最佳分配。在理論上,基于等微增法的負(fù)荷分配是合理的,但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中會(huì)存在一定的問(wèn)題:(1)在用等微增法計(jì)算最優(yōu)的負(fù)荷分配時(shí),首先需要獲得各機(jī)組準(zhǔn)確的性能曲線(xiàn),而機(jī)組性能曲線(xiàn)一般是通過(guò)某一次熱力實(shí)驗(yàn)獲得的,但當(dāng)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后,由于設(shè)備狀態(tài)及煤種等多方面的原因會(huì)使各機(jī)組的性能曲線(xiàn)發(fā)生變化,這樣在負(fù)荷優(yōu)化分配中所采用的機(jī)組煤量特性曲線(xiàn)與機(jī)組實(shí)際的煤量特性曲線(xiàn)會(huì)有較大的偏差,必然會(huì)影響負(fù)荷分配結(jié)果的正確性;(2)這種方法要求各機(jī)組的煤量特性曲線(xiàn)必須單調(diào)可微;(3)在負(fù)荷的分配過(guò)程中除考慮機(jī)組的煤耗外,沒(méi)有考慮其它許多重要的因素,如機(jī)組的安全性及負(fù)荷調(diào)整的復(fù)雜性等,也沒(méi)有融合值長(zhǎng)的負(fù)荷分配經(jīng)驗(yàn),其結(jié)果必然會(huì)造成許多負(fù)荷分配結(jié)果與人的決策思維不一致,而且也會(huì)使機(jī)組的負(fù)荷改變過(guò)于頻繁,如:優(yōu)化結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)要求某一機(jī)組僅增加1kW(甚于只有幾百瓦),而要求另一機(jī)組減少僅幾百瓦的這種不合理的結(jié)果,最終結(jié)果將使負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)難于使用。2.2負(fù)荷調(diào)度的步驟動(dòng)態(tài)規(guī)劃屬運(yùn)籌學(xué)的范疇,是研究對(duì)多階段決策過(guò)程求最優(yōu)策略的方法?；谪悹柭岢龅淖顑?yōu)化原理,對(duì)多階段決策問(wèn)題進(jìn)行求解。最優(yōu)化原理可歸結(jié)為一個(gè)遞推關(guān)系表達(dá)式。遞推關(guān)系式一般沒(méi)有明顯的解析式,常采用離散造表的方法。當(dāng)初始條件已知時(shí),解題過(guò)程一般為逆順序,即從最終狀態(tài)開(kāi)始,采用改進(jìn)的枚舉法,遍歷各種情況,選擇使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的一種組合。采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度的步驟:(1)列出目標(biāo)函數(shù)(如等微增法,以燃料消耗量最小為目標(biāo)函數(shù))。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn),求出機(jī)組燃料消耗特性曲線(xiàn)或特性表。(3)根據(jù)機(jī)組燃料消耗特性曲線(xiàn)或特性表,求出按不同機(jī)組臺(tái)數(shù)i組合的組合順序,依組負(fù)荷Ni的大小順序,求出與之對(duì)應(yīng)的最小組合目標(biāo)函數(shù)及單機(jī)負(fù)荷Ni,得到各種可能情況。(4)在第(3)步得到的各種可能情況中,采用逆序分配的方法,求出每種負(fù)荷情況下,目標(biāo)函數(shù)最小的一種,作為負(fù)荷分配時(shí)的機(jī)組負(fù)荷。由于動(dòng)態(tài)規(guī)劃法并不需要對(duì)機(jī)組燃料特性曲線(xiàn)求導(dǎo)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度并不要求機(jī)組性能曲線(xiàn)單調(diào)可微,所以比等微增法具有更廣的使用范圍。但是動(dòng)態(tài)規(guī)劃法同樣具有較多的缺點(diǎn):(1)該方法同樣依賴(lài)于機(jī)組特性曲線(xiàn);(2)在實(shí)際的負(fù)荷調(diào)度中,該方法沒(méi)有考慮機(jī)組的當(dāng)前負(fù)荷,導(dǎo)致有時(shí)只改變一臺(tái)機(jī)組就能滿(mǎn)足負(fù)荷調(diào)度的情況下,有可能要改變多臺(tái)機(jī)組負(fù)荷,這就必然導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷的頻繁改變,不利于經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)。3數(shù)據(jù)庫(kù)的智能決策人工智能是利用計(jì)算機(jī)程序和程序設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)認(rèn)識(shí)普通的智能原理和具體的人類(lèi)思想。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支,它的研究領(lǐng)域十分廣泛,涉及模式識(shí)別、物景分析、自然語(yǔ)言理解、數(shù)據(jù)庫(kù)的智能檢索、博弈、自動(dòng)定理證明、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、專(zhuān)家系統(tǒng)、機(jī)器翻譯、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人等領(lǐng)域。針對(duì)常規(guī)方法依賴(lài)于嚴(yán)格的機(jī)組特性曲線(xiàn)的缺陷,結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃法適應(yīng)范圍廣的優(yōu)點(diǎn),采用智能決策方法。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的智能檢索,編程實(shí)現(xiàn)智能算法,模仿運(yùn)行人員的操作習(xí)慣,在智能檢索的結(jié)果中選出最優(yōu)的規(guī)則,作為決策輸出。這樣通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷更新,不依賴(lài)于機(jī)組特性曲線(xiàn),就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的改變,并且使改變負(fù)荷機(jī)組的臺(tái)數(shù)減到最少。3.1添加新規(guī)則后的規(guī)則數(shù)根據(jù)實(shí)際機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷組合,結(jié)算出成本電價(jià)。若認(rèn)為該組合比較理想,就可當(dāng)作一條規(guī)則,輸入規(guī)則庫(kù)。當(dāng)規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則數(shù)超過(guò)一萬(wàn)條以后(此時(shí)基本上已經(jīng)覆蓋了所有的組負(fù)荷與機(jī)組組合),在輸入新的規(guī)則時(shí),查找與所有已有規(guī)則中距離最小的一組覆蓋。采用這種方法覆蓋的原因在于:隨著機(jī)組的運(yùn)行,機(jī)組的性能會(huì)發(fā)生改變,而老的規(guī)則是在原來(lái)的機(jī)組性能情況下產(chǎn)生的,已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的機(jī)組情況,所以被覆蓋掉是比較合理的。3.2機(jī)組負(fù)荷水平在規(guī)則庫(kù)已經(jīng)建立的前提下,遵循決策依據(jù)A、B,進(jìn)行決策計(jì)算。其中:A-改動(dòng)負(fù)荷機(jī)組臺(tái)數(shù)最少;B-成本電價(jià)在允許范圍之內(nèi)。(1)得到負(fù)荷指令和當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷,定出所需改變的總負(fù)荷及死區(qū)負(fù)荷;(2)根據(jù)負(fù)荷指令,遍歷規(guī)則庫(kù),查找出總負(fù)荷處于指令負(fù)荷加減20MW之間的所有規(guī)則;(3)在上述規(guī)則中剔除成本電價(jià)較高的規(guī)則,并將剩余的規(guī)則按比例縮放,使其總負(fù)荷等于指令負(fù)荷;(4)比較當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷與每條規(guī)則中對(duì)應(yīng)機(jī)組負(fù)荷之差與死區(qū)負(fù)荷的大小,若存在只有一臺(tái)機(jī)組負(fù)荷差大于死區(qū)負(fù)荷的規(guī)則,則以成本最低為原則,選出成本電價(jià)最低的一條,將負(fù)荷改變量加在負(fù)荷差超出死區(qū)負(fù)荷的那臺(tái)機(jī)組上。若有超上(下)限,則將該機(jī)組置為上(下)限,剩余負(fù)荷改變量加在余下機(jī)組中距上(下)限最遠(yuǎn)的機(jī)組上;(5)若不存在符合(4)的規(guī)則,則查找存在兩臺(tái)機(jī)組負(fù)荷差大于死區(qū)負(fù)荷的規(guī)則。同樣以成本最低為原則,選出成本電價(jià)最低的一條,根據(jù)這兩臺(tái)機(jī)組距其上(下)限負(fù)荷的距離,按比例將負(fù)荷改變量加在其上。若負(fù)荷超出上(下)限,則同(4)處理;(6)依此類(lèi)推,直至結(jié)束所有機(jī)組負(fù)荷差都大于死區(qū)負(fù)荷情況的計(jì)算;(7)若不存在總負(fù)荷處于指令負(fù)荷加減20MW之間的規(guī)則,則根據(jù)各機(jī)組距上(下)限負(fù)荷的距離,按比例將負(fù)荷改變量加在各臺(tái)機(jī)組上。3.3評(píng)估算法的應(yīng)用示例三名機(jī)組3.3.1出死區(qū)負(fù)荷及成本電價(jià)指令負(fù)荷為310MW,當(dāng)前總負(fù)荷為250MW,三臺(tái)機(jī)組負(fù)荷分別為80MW、80MW和90MW,成本電價(jià)為0.0923元/(kWh)。定出死區(qū)負(fù)荷Dead=20MW;假設(shè)上限負(fù)荷為125MW,下限負(fù)荷為60MW。3.3.2整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是為了滿(mǎn)足負(fù)荷要求而制定的規(guī)則假設(shè)總負(fù)荷處于指令負(fù)荷加減20MW之間的規(guī)則如表1。3.3.3基于決策依據(jù)b，制定規(guī)則剔除成本較高的規(guī)則后,將所有規(guī)則按比例縮放至總負(fù)荷為指令負(fù)荷,如表2。3.3.4上限負(fù)荷規(guī)則(1)比較當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷與每條規(guī)則中對(duì)應(yīng)機(jī)組負(fù)荷之差與死區(qū)負(fù)荷的大小,得到只有一臺(tái)機(jī)組負(fù)荷差大于死區(qū)負(fù)荷的規(guī)則(由于是規(guī)則負(fù)荷,所以不存在剩余要加負(fù)荷一項(xiàng)),見(jiàn)表3;(2)顯然機(jī)組一、三處于死區(qū)負(fù)荷之內(nèi),則負(fù)荷不變,將要加的負(fù)荷60MW全加在機(jī)組二上,則機(jī)組二超出負(fù)荷上限,所以將機(jī)組二置為上限負(fù)荷,見(jiàn)表3;(3)在機(jī)組一、三中,機(jī)組一距離上限負(fù)荷近,所以將剩余負(fù)荷加在機(jī)組一上,得最終的負(fù)荷分配結(jié)果,見(jiàn)表3。4負(fù)荷分配方式不合理南通天生港電廠4臺(tái)125MW機(jī)組在負(fù)荷調(diào)度時(shí),根據(jù)所需調(diào)節(jié)的負(fù)荷量,平均分配到各機(jī)組,這樣就未能充分利用各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷特性,使經(jīng)濟(jì)性降低。針對(duì)這一情況,采用智能決策算法:首先建立規(guī)則庫(kù),然后根據(jù)指令負(fù)荷,在數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)則中,進(jìn)行智能選擇,得到較好的負(fù)荷分配,提高經(jīng)濟(jì)性。總的程序框圖見(jiàn)圖1。4.1改變負(fù)荷改變量10mw時(shí),加回下限當(dāng)負(fù)荷改變量小于8MW時(shí),再按人工智能決策算法進(jìn)行負(fù)荷分配,可能會(huì)導(dǎo)致某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷只改變1kW,這顯然違背了智能決策算法改變負(fù)荷機(jī)組盡量少的原則。所以當(dāng)負(fù)荷改變量小于8MW時(shí),考慮將所變負(fù)荷加在距其上(下)限負(fù)荷最遠(yuǎn)的一臺(tái)機(jī)組上。若加上后,超出負(fù)荷上(下)限,則將剩余要改變的負(fù)荷加在余下機(jī)組中距其上(下)限負(fù)荷最遠(yuǎn)的一臺(tái)機(jī)組上。以此類(lèi)推,直至加完。4.2指令負(fù)荷分配算法由于現(xiàn)行的負(fù)荷分配方法都是平均分配法,為了實(shí)現(xiàn)過(guò)渡,將平均分配法也編程實(shí)現(xiàn)。具體算法規(guī)則為:將指令負(fù)荷按運(yùn)行的機(jī)組數(shù)平均分配,若平均負(fù)荷超過(guò)了某臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷上限,則將該臺(tái)機(jī)組置為上限負(fù)荷,余下的負(fù)荷再按余下的機(jī)組臺(tái)數(shù)平均。以此類(lèi)推,直至分配結(jié)束。5智能決策及數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)基于上述的智能決策算法,以VC++6.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái),建立友好的客戶(hù)界面,方便離線(xiàn)負(fù)荷查詢(xún)。軟件介紹如下:5.1總界面負(fù)荷查詢(xún)圖的界面如圖2,灰色的是唯讀區(qū),白色的是輸入?yún)^(qū)。上部有兩個(gè)復(fù)選框控件,從這可以選擇使用智能決策算法還是平均分配算法。若當(dāng)前負(fù)荷處于對(duì)應(yīng)上下限負(fù)荷之間,則按“確認(rèn)”可得到調(diào)整后的4臺(tái)機(jī)組負(fù)荷與每臺(tái)機(jī)組負(fù)荷的改變量。按“設(shè)定機(jī)組上下限”按鈕,可進(jìn)行各臺(tái)機(jī)組上下限負(fù)荷的設(shè)定。當(dāng)上限設(shè)為零時(shí),即可表示該機(jī)組停機(jī)。圖2中的該機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷輸入框也自動(dòng)變?yōu)橹蛔x區(qū)。5.2數(shù)據(jù)庫(kù)界面本軟件的決策規(guī)則存放于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中,數(shù)據(jù)庫(kù)是非封閉式的,可以顯示,按任何一列排序,并且根據(jù)需要,可以實(shí)現(xiàn)刪除、添加的功能,如表4。5.3軟件的運(yùn)行環(huán)境本軟件的硬件要求:可以運(yùn)行在Windows98、Windows2000等操作系統(tǒng)下,無(wú)需特殊的硬件輔助。6減輕工作壓力(1)采用智能決策的方法進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化分配,可以完全不受機(jī)組特性曲線(xiàn)形狀的限制,因而具有通用性。(2)采用智能決策的方法進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化分配,對(duì)于較小負(fù)荷變化做