MATLAB曲线拟合工具箱在发电厂的运用

高文晔

（山西西山热电有限责任公司，山西 太原 030022）

厂网分开与竞价上网的试行，使得电作为一种特殊的商品走向了市场。目前，发电企业发电成本高、利润低，靠改造设备和改革电价来提高经济效益空间很小。所以挖掘内部潜力并结合使用新技术降低成本显得尤为重要。电力企业生产过程中的矛盾在于：生产方必须昼夜不停连续供应，而需求方对电力的需求则是不均衡的，这样造成发电系统的负荷不断变化，尤其是白天的高峰负荷和夜间的低谷负荷。为此，发电企业在实际操作过程中，尽量让效率高的机组多带负荷，或是尽量平均分配负荷进行多台机组的负荷分配。然而，这种方法通常是不科学的、不经济的。

对于火力电力企业，其各机组最大的花费成本是能耗（主要为煤炭），据调查显示大部分依靠煤炭发电的企业，其燃料成本为70%左右，较好的电厂能到达60%，而有的可达到80%.机组间的负荷的优化分配，可保证企业总能耗最小。

1 火电厂单元机组煤耗特性曲线的确定

机组的煤耗特性曲线是进行机组负荷优化调度的前提和基础，一般来说获取机组煤耗特性有3种方法：1）利用机组制造厂家提供的设计参数煤耗特性，但是存在的弊端是实际运行状态与制造厂家提供的数据有较大的差别，而且反映不出外界变化。2）结合理论并在定期机组热力试验的基础上修正煤耗特性曲线，但非直接测量精度无法保障，因为机组在做热力实验时都是按锅炉、汽机、发电机进行独立的热力试验，这样得出的数据无法从整体上反映其性能。3）从机组实时性能监测系统得到煤耗特性，计算机监测技术的发展和在线监测系统不断完善可以及时得到准确的机组煤耗特性。

2 利用MATLAB工具箱进行机组负荷优化分配

我国大型火电厂一般都有多台发电机组，且每台机组由发电机、汽轮机、锅炉以及相关辅机等设备组成。若调度中心分配给该电厂一个总负荷，电厂再如何分配各机组的负荷来确保总耗煤量最低，而且能够安全稳定运行就是负荷分配的基本概念。

下面以具体的例子来说明：我国西部某电厂现有3台330MW 机组，自动化信息方面拥有较为完善的厂级监控系统，包括厂级管理信息层（MIS）、厂级生产技术层（SIS）、生产过程层（DCS）。中调给定总负荷后，电厂再进行发电机组的出力分配，通过电厂监控信息系统（SupervisoryInformationSystemofplant.SIS）可以有效采集生产过程的实时数据。与此同时，电厂存在的问题有：1）当中调某段时间给定的负荷变化不断，运行人员需频繁调整负荷导致任务繁重及安全隐患。2）当中调要求总负荷偏离电厂额定总负荷时，如何分配能耗最小无从依据。因此需要有效的工具帮助解决这一问题。本文提出一种利用MATLAB工具箱解决机组负荷优化分配的方法：首先用MATLAB的曲线拟合工具箱（CurveFittingToolbox）［1］，拟合得到机组的煤耗特性曲线，再以多台机组的煤耗量之和作为目标函数，考虑相关约束条件，利用MATLAB优化工具箱对火电厂各机组负荷进行优化分配。全厂满负荷运行则不存在负荷分配问题。现知该厂#1、#2、#3机组总负荷在540～990MW，3台机组的出力范围均为180～330MW，三台机组的出力变化范围为0～150MW（330MW-180MW=150 MW），可知3台机组都运行，散点图连接见图1.

图1 机组1、2、3负荷-煤耗量散点的线性拟合示意图

MATLAB的优化工具箱提供了求解线性规划问题的函数即linprog（），根据曲线拟合结果在MATLAB工作空间输入相应的参数后，分别调用相应命令取得分配结果［2］.该方案P分别取70%、80%、90%负荷，所以P分别为693MW、792MW、891MW.

1）当P=693MW 时：

首先，输入下列系数：

然后，调用linprog函数：

［δ，fval，exitflag，output，lambda］=linprog（f，A，b，Aeq，beq，1b）；

可见，相对#l机组最低负荷的变化量δ1=0.0000，相对#2机组最低负荷的变化量δ2=150.0000，相对#3机组最低负荷的变化量δ3=3.0000，minB*（P）=38.3001t／h，所以全厂最低总煤耗量可表示为B（P）=Bmin+∑3

i=1Kiδi=B1min+B2min+B3min+∑3i=1Kiδi=（0.300+0.2500+0.2667）×180+38.3001=185.3061t／h，计算收敛。

2）当P=792MW 时：

首先，输入下列系数：

然后，调用linprog函数：

3）当P=891MW 时：

首先，输入下列系数：

然后，调用linprog函数：

在电厂的运行管理中利用MATLAB工具箱进行机组负荷优化分配，可有效降低燃料成本，提高电厂发电效率。

［1］ 苏金明，阮沈勇.MATLAB6.1实用指南［M］.北京：电子工业出版社，2002：62.

［2］ 张利红，张 光.火电厂多台机组间的负荷优化分配研究［D］.北京：华北电力大学，2005（3）：43.