Оптимальні режими експлуатації групи опалювальних котелень з різними техніко-економічними характеристиками

На третьому рівні розв’язується задача вибору величин Qi, МВт та Gi, кг/с, і = , що забезпечують мінімум сумарних втрат енергії у системі S за умов дотримання заданої величини Q (дивись задачу першого рівня) та обмежень, які гарантуватимуть виконання основних фізичних законів функціонування ОС.

На четвертому рівні розв’язується задача вибору параметрів управління yz, z= , що забезпечуватимуть максимальне набли-ження дійсних значень G1, G2 та G3 до оптимальних, що були отримані після розв’язання задачі третього рівня (G1опт, G2опт та G3опт). Необхідність розв’язання цієї задачі визначається тим, що оптимальні значення рівня G1опт, G2опт та G3опт можуть знаходи-тися поза межами реально припустимих величин G1д, G2д та G3д.

Далі реалізується повторна ітерація задачі третього рівня з зафіксованими величинами G1=G1д, опт, G2=G2д, опт та G3=G3д, опт, максимально наближеними до оптимальних G1опт, G2опт та G3опт. Після розв’язання цієї задачі отримуємо Qi = Qiд, опт, і = .

І, наприкінці, на п’ятому рівні для кожного mі- го котла і-ої котельної розв’язується задача про вибір оптимальної кількості розпалених пальників ji, mi, що забезпечить дотримання отриманих вище оптимальних значень Qiд, опт, і =  та відповідних їм Qmi, опт.

Для розв’язання оптимізаційної задачі третього рівня в першу чергу необхідно розробити алгоритм обчислення цільової функції S, який дозволить встановити S у максимально стислий термін. Це є єдиний шлях зробити розв’язання задачі оптимального управління доступним у режимі реального часу.

У другій главі проводиться великий чисельний експеримент, на базі результатів якого складається цільова функція S, якій притаманні описані вище якості.

Для обчислення S використовується співвідношення

 

S =   +  , g =  , (3)

 

де Hтр g -, гривень/ (с*м) – втрати на транспорт теплоносія на одному метрі g- ої дільниці теплотраси у ціновій формі;

lg, м- довжина g- ої дільниці теплотраси;

Gg, кг/с та t1, g, С*- розхід і температура теплоносія у g-ій дільниці теплотраси;

d- кількість дільниць теплотраси.

Для встановлення першої групи компонент Himin (Qi), і = , з яких складається цільова функція S (дивись формулу (3)), використовується наступний підхід. Розглянемо котельну № 1 як приклад.

Необхідно за умов заданого теплового навантаження на котельну Q1, МВт знайти теплове навантаження на кожний окремий m1 -й котлоагрегат, яке забезпечить мінімум Н1. Математична постановка цієї задачі виглядає наступним чином [2].

Величина Н1 для заданого навантаження Q1 може бути обчислена наступним чином.

 

Н1 =  , (5)

 

де   – ціна втрат під час виробництва 1 МДж теплової енергії у m1- му котлі котельної № 1.

Основні початкові дані, необхідні для обчислення  : залежності втрат з вихідними газами та на дуттьові вентилятори від теплового навантаження на m1-й котел та величини гідравлічного опору кожного m1- го котла. Як приклад, розглянемо котельну № 1, що складається з 3 котлів (r1 = 3), де першим двом котлам притаманні більш високі економічні характеристики (котли А), а третьому – більш низькі (котел В). Також необхідно знати ціни на електричну та теплову енергію. За відомих основних початкових даних можна обчислити  для низки значень Q1, m1 та побудувати залежність   (Q1, m1), а далі апроксимувати її поліномом другого ступеня.

Тоді для котлів А

 

 = 0, 032 – 4, 16* *Q1, 1 + 1, 5* * , (6)

 

для котла В

 

 = 0, 05035 – 2, 42* *Q1, 3 + 3, 7* * , (7)

 

а цільова функція Н1 матиме вигляд (дивись (5, 6 та 7))

 

Н1 = Q1, 1*  (Q1, 1) +Q1, 2*  (Q1, 2) +Q1, 3*  (Q1, 3)  (8)

 

Задача пошуку мінімуму Н1 розв’язувалась методом НМП з використанням стандартного обчислювального комплексу, адаптованого до конкретної топології області пошуку. Для Q1 = 200 МВт та r1 = 3 отримані наступні результати: Q1, 1опт = Q1, 2опт = 76, 6 МВт, Q1, 3опт = 46, 8 МВт, Н1, min = 0, 0796 гривень/с. Звичайно, більш низьке оптимальне теплове навантаження припадає на котел з більш низькими економічними характеристиками.

Аналогічні розрахунки було проведено для різних величин Q1 у діапазоні 33 * 330 МВт з шагом *Q1= 30 МВт. Апроксимація отриманих результатів дозволяє описати аналітичну залежність

 

Н1min =H1min (Q1), (9)

 

та аналогічно Н2min =H2min (Q2), Н3min =H3min (Q3).

Наступним етапом оцінки цільової функції (дивись формулу (3)) є розробка апроксимаційноїзалежності Нтр, g (Gg, t1g), де g =   [1]. За заданих конфігурації теплотраси, температури навколишнього повітря tнв, температурних графіків опалювальних районів t2 =t2 (tнв) ; фізичних характеристик матеріалів, використаних під час будівництва траси; ККД насосних установок; ціни електричної та теплової енергії втрати Нтр g залежать тільки від t1, g та Gg – температури та розходу теплоносія у трубопроводі та розраховуються за допомогою стандартного алгоритму.