给水系统优化调度

关键词：建筑

给水系统优化调度（精选八篇）

给水系统优化调度篇1

为了保证给水泵的正常运行, 不产生汽蚀, 就必须满足在任何工况下, 泵的有效汽蚀余量均大于或等于必需汽蚀余量。有效汽蚀余量决定于泵的吸入系统, 其大小等于给水泵进口处的给水压力与该处给水温度相应的饱和压力之差。而必需汽蚀余量决定于泵本身的特性, 其大小受泵的结构, 转速流量等因素影响。经分析看出:给水泵的有效汽蚀余量和必需汽蚀余量均与泵的流量有关, 当泵的有效汽蚀余量与必需汽蚀余量相等时所对应的泵的流量, 称之为给水泵的最小流量。为此, 在给水泵出口处, 设置给水泵最小流量保护装置。这样, 当给水流量小于泵的最小流量时, 再循环阀自动开启, 把一部分给水由泵的出口流回到除氧器, 使泵在最小流量下维持运行, 以满足泵的有效汽蚀余量不低于必需汽蚀余量, 只有这样, 才能保证给水泵不致因为汽蚀而损坏, 从而保证整个热力系统的安全可靠运行。

现在大型机组一般采用调速泵, 给水泵的德最小流量是随转速的变化而变化的, 给水泵转速不同, 其对应的最小流量值夜不同, 这样, 最小流量再循环阀在参与给水泵的流量调节时, 再循环阀的流量也应不同, 所以, 最小流量阀应能按泵的流量要求, 自动连续调节, 且调节稳定, 这对保证给水泵的安全和经济运行是非常重要的。

茂名热电厂#6机组 (1*300MW) 配置两台3126kw汽动给水泵作为主给水泵, 一台额定3438kw电动给水泵作为备用泵, 三台给水泵的出力基本相同。各自能承担50%的额定给水量。其最小流量的设置, 规格及控制方法都完全相同。最小流量阀在大于360t/h时自动全关, 小于195t/h时全关, 在195t/h到360t/h之间按照一定的函数关系逐渐变化开启或关闭, 保证给水泵的给水流量能够达到360t/h以上。

(二) 给水流量对机组经济性分析

机组带200MW负荷时, 刚好给水泵的流量刚好在330t/h到360t/h之间摆动, 且我厂由于机组调峰, 经常需要带200MW左右负荷, 经过前面分析, 给水泵的德最小流量是随转速的变化而变化的, 200MW对应的负荷转速在4000r/min以上, 查找厂家给水泵变速性能曲线, 在给水泵流量在300t/h以上对能够满足给水泵必需汽蚀余量要求。所以在机组带200MW负荷时, 在保证给水流量大于300t/h情况下, 将给水最小流量阀切为“手动”方式, 强制给水再循环处于全关位置。下面为最小流量阀处于“手动”和“自动”状态下的参数对比。其中给水流量变化的差异是由于机组带供热不同而稍微有些不同。

对比

对比上表数据, 我们可以看出在保证机组给水泵必需汽蚀余量下, 给水泵转速出力下降比较多, 并且前置泵的电流也小大约10A到15A以上, 减少厂用电达到0.1MW以上, 降低机组厂用电率。同时, 由于减少机组抽气量, 这部分蒸汽将对增加机组出力方面有明显的作用。

(三) 设备安全性分析

给水泵最小流量保护装置包括给水最小流量再循环阀、截止阀、压力变送器、差压变送器及过程控制器等, 其中最为关键的设备是给水泵最小流量再循环阀。机组正常情况下, 最小流量再循环阀是处于关闭状态, 阀门入口压力极为给水泵出口压力, 阀门出口压力为除氧器的工作压力, 因此, 再循环阀要承受20MP以上的差压, 这对阀门的严密性提出了极高的要求, 因为阀门一旦出现泄漏不仅会使阀内部件产生冲刷、损坏。而且还直接影响电厂的安全经济运行。

最小流量再循环阀的工作特点是在调节过程中将给水压力由将近20MP直接降为除氧器压力, 对此高压降得阀门, 遇到的首要问题是如何有效地防止阀门内产生汽蚀。

由伯努利方程可知, 当流体流经调节阀的节流部位时, 流通截面缩小, 使得流速增加, 压力下降, 压力和流速的分布曲线如图1所示。当压力降至液体在该处温度所对应的饱和压力PV时, 在P2区域将会产生汽泡, 当流体流过节流部位后, 流速降低, 压力上升, 如果液体的恢复压力P3大于该温度下的饱和压力PV时 (如图2所示) , 则汽泡破裂产生汽蚀现象。 (下转第139页) (上接第141页)

汽泡破裂时释放出的能量能使局部区域产生很高的压力和冲击, 它会在破裂电表面及周围产生很高的应力, 严重损坏阀内部件及阀体内壁, 同时产生汽蚀噪音和振动, 最终使阀门完全丧失调节控制功能。

在实际运行中, 茂名热电厂#6机组的给水再循环阀在投产2年半间已经更换过2次, 都是因为阀门汽蚀严重导致阀门门芯应力变形导致无法调节, 这都是因为机组经常运行于200MW的临界给水再循环工况下导致最小流量阀阀内冲刷、损坏导致的, 在最后一次更换阀芯后采取到临界给水再循环负荷时将给水最小流量阀切“手动”关闭状态, 减少了阀体冲刷的次数, 既防止了最小流量阀的汽蚀同时减少再循环管道系统振动和噪音。保证机组设备安全运行。

(四) 结束语

给水泵最小流量保护装置在火电厂中尽管占得比重比较小, 但她的正常投入和运行, 及合理的改变运行方式, 却对给水泵的安全, 经济运行及设备的安全运行起到了至关重要的作用。综上所述, 茂名热电厂#6机组在临界给水再循环工况下采取的切换最小流量阀运行方式的办法是可行并且是有效地。

摘要：主要分析茂名热电厂1*300MW机组给水最小流量阀在给水逻辑临界流量负荷时, 采取的人为干预的方法对运行方式产生的影响。

关键词：最小流量阀,给水流量,汽蚀余量,运行方式改变

参考文献

[1]DL/T609—2006, 300MW级汽轮机运行规程[S].

[2]吴季兰.汽轮机设备及系统[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[3]剪天聪.汽轮机原理[M].北京:水利电力出版社, 1992.

[4]郭喜燕.火电机组动态过程性能在线监测研究[D].华北电力大学 (北京) , 2005.

给水系统优化调度篇2

关键词：机组启动；给水系统；优化；探讨

中图分类号：TK22315+2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0027-02

1 汽包水位调节简述

1.1 给水泵变频改造前的运行方式

某电厂三菱M701F燃气-蒸汽联合循环机组投产初期，余热锅炉高、中压给水合用一台定速给水泵，只需通过调节高、中压给水调阀即可实现对高、中压汽包水位的控制。由于该泵只能工频运行，给水泵耗电较大，特别是机组启动和低负荷运行期间，给水调阀存在很大的节流损失，电能浪费严重。此外，这种运行方式下的系统管路压力高，也存在较大的安全风险。给水泵改造前的系统简图，如图1所示。

2 给水泵变频改造后的运行方式

2013～2014年，该电厂分别对三台机组高中压给水泵进行了变频改造，将原来的高中压给水泵改为高压给水泵，另外还增加了两台中压给水泵。改造后的高、中压给水泵均实现了变频运行，节能效果明显。给水泵改造后的系统简图，如图2所示。

3 启机过程的汽包水位控制操作现状分析

多年来，在机组启动初期，运行人员一般都采用手动方式来实现对汽包水位的调节控制。给水泵变频改造前，启机过程中的汽包水位调整，只需操作给水调阀即可，比较单一，也较为容易。正常情况下，只要总结出水位波动的几个关键点，提前预判操作，即可将水位控制在安全范围内。

给水泵变频改造后，启机过程中的汽包水位调整，不仅需要对给水调阀进行操作，同时也要对变频器的输出进行控制。由于启机过程复杂多变，很难有统一、规范的启机阶段汽包水位调整操作标准。通过不断总结经验，目前，主要形成了两种操作方法，现以高压汽包水位控制为例进行介绍。

3.1 操作方式一：维持高压给水泵变频器较高输出值

启机过程中，将高压给水泵变频器手动调节至较高输出值，如维持在80%的额定输出，以保证高压给水压力满足上水需要，而后依靠手动控制高压给水调阀来实现对高压汽包水位的调节。

这种调节方式和给水泵变频改造前的调节方式较为接近，对运行人员来说，这种调节方式的操作较为简单，但并不能达到最好的节能效果。因为机组启动前，需将高压汽包上至启动水位，在之后的整个启机过程中，高压汽包需要的补水量不大，维持给水泵变频器最低出力时即可满足汽包的补水要求。所以，在启机过程中维持高压给水泵变频器在较高输出值会造成不必要的浪费。

3.2 操作方式二：维持高压给水泵变频器自动运行

在启机过程中，将高压给水泵变频器投自动，手动控制给水调阀来控制水位。

在节能效果方面，这种操作方式较操作方式一有所提高，但这种操作方式同样存在较大的弊端。首先，由于变频器自动调节的滞后性，这种方式容易引起汽包水位不必要的波动。其次，在整个启机过程中，为维持汽包水位稳定，变频器会根据水位偏离设定值的幅度进行相应频率的变化调节。实际过程中，这种调节比较频繁，有时甚至会出现频率大幅波动的情况，从而导致给水泵出口压力也发生相应的大幅波动。根据给水系统的运行原理和多年运行经验，给水泵出口压力频繁、快速的大幅度波动，会对给水泵泵体及给水管道系统产生较为严重的损害。而且，变频器变频调节的速率越快，调节的幅度越高，压力波动的速率则越大，对设备造成的损害也越大。通过现场观察发现，当高压给水泵变频器频率大幅度变化时，泵体及其相应管道会有较为明显的振动，有较大的安全隐患。

4 给水系统操作方法改进措施

鉴于上述两种典型操作方式的优缺点，从确保安全和挖掘节能空间的角度出发，经长期的实际启机摸索，逐步总结出以下给水系统启机优化操作措施。

4.1 变频器控制操作方式的改进措施

启动给水泵前，将变频器输出调至最小值；启机过程中，尽量将给水泵变频器维持在手动及最低频率状态运行。

4.2 高压给水调阀控制操作方式的改进措施

启机初期，给水调阀应尽量维持手动控制，根据水位的变化情况选择适当时机投入自动控制；而且投入自动控制后仍需密切关注其调节情况，如因虚假水位导致汽包水位波动较大，则应及时将给水调阀切手动控制。

4.3 变频器和给水调阀的配合操作

在启机程中，若高压汽包需要大量补水，可适当调高高压变频器输出，确保给水压力高于汽包压力，待水位稳定后再将高压变频器输出调至最低。当汽机进汽后，高压给水调阀开度大于90%时，可将变频器投入自动运行，但需监视变频器的调节是否稳定，避免变频器调节幅度过大。启机过程中高压变频器维持60%输出值时的汽包水位波动情况，如图3所示。

根据历史数据和大量实操经验，在汽轮机进汽前，高压给水泵变频器尽量维持在最低频率运行的操作方式能满足高压汽包水位的调节要求，汽包水位调节稳定，且能达到良好的节能效果。

5 分析总结

5.1 节能分析

选取两种操作方式的典型热态启机案例，其关键参数历史趋势，如图4和图5所示。

如图4所示，在整个启机过程中，高压变频器基本保持在80%出力，此时高压给水泵的电流约为66 A。

如图5所示，在机组进汽之前，高压变频器基本都是维持在最低出力60%，此时高压给水泵的电流只有28 A。

M701F联合循环机组热态启动过程中，机组从启动到汽轮机进汽约需耗时45 min。在理想状态下，对比以上两种操作方式，可以计算出仅是高压给水泵在这个过程中可节省的电能：

W节省=W80%-W60%=■UI80% ？渍-■UI60%？渍

=1.732×6×66×0.85×0.75-1.732×6×28×0.85×0.75

=437.2-185.5=251.7 kwh

虽然以上计算所得的节电量是基于理想状态的，但仍可看出其中的节能空间是不容忽视的。而且，以上的计算只是针对热态启动的情况，如果是冷态、低温态、高温态的启机过程，这种操作方式的节能空间将更为显著。

该厂机组运行方式为两班制运行，每年机组的启动次数为541次，其中热态启动为420次。如果均按上述两种方式操作，且全部按热态启动计算，那么这两种方式产生的成本差值至少为：

W差值=257.7×541×0.533÷10 000=7.3万元

在现阶段，在运行优化工作在电厂已深入开展，现有节能降耗空间已较为狭窄的当前，采用高压给水泵变频器尽量维持在最低频率运行的操作方式所节省的成本还是较为可观的。

4.2 安全分析

前文已述，给水泵出口压力的剧烈波动会对泵体及给水管道系统造成严重的损害。

在机组启动初期，维持给水泵变频器输出为60%时，给水泵出口压力在启机过程中的变化趋势较为平稳；而变频器投自动时，给水泵的出口压力波动则较为剧烈，若幅度过大，则会对给水泵、给水管道、阀门、仪表、支撑等给水系统设备造成较大的冲击，威胁给水系统及机组的安全运行。给水泵变频改造以来的给水系统实际检修情况也反映了快速、大幅的给水压力波动造成的设备伤害是较为突出的。

通过实际操作总结出高压给水系统的合理操作方法：汽轮机进汽前，手动维持高压给水泵变频器在较低的频率运行，期间若遇到突发需要紧急补水的情况，则视给水压力适当调节变频器输出以到上水要求；汽轮机进汽后，选择最佳时机将给水泵变频器投自动。采取这种操作方法既可以节省用电，又可以确保给水系统的安全稳定运行。

6 中压给水系统的优化操作建议

启机过程对中，中压给水系统也可采取与高压给水系统类似的优化操作方法，但因中压汽包水位的波动比高压汽包明显，且中压给水泵节能空间较小、系统压力波动也不大，对设备的损害也较小，因此，可暂时不考虑对中压给水系统采取优化操作。

参考文献：

谈高层消防给水系统设计的优化方式篇3

建筑给排水工程设计是给排水系统建设的前提。设计人员在工作时, 除满足GB 500152—2003建筑给水排水设计规范等相关设计规范外, 也应根据建筑实际用水情况进行设计优化。在实际工程设计中, 不能一味满足供水的安全可靠性, 而造成无效的能耗和水耗。在保证建筑给水系统的稳定运行情况下, 既做到系统优化、防止不必要的消耗, 又能节省建设和维护资金投入, 始终是摆在建筑给排水设计工作者面前的一道难题。

1 建筑消防系统设计原则

建筑给排水系统主要由建筑给水系统、建筑排水系统和建筑消防系统组成。其中建筑消防灭火系统的建设, 是为保障建筑物本身及使用建筑物功能的人民群众的生命财产安全。建筑物消防系统建设的前提是一套针对建筑物本身特点的系统设计。为保证消防系统的安全可靠, 同时节约造价, 在消防系统设计之前, 应确定相应设计原则。消防系统设计的主要原则为安全性、可靠性、适用性、经济性。

1) 安全性。指通过消防系统设计达到建筑消防安全管理的既定目标。作为设计人员, 应熟练掌握各项设计标准、规范, 明确各个灭火系统的设置范围, 确定各种灭火设施的灭火或控火功能, 对灭火系统设计全面把握, 确保不出现漏设或不设的点位。2) 可靠性。包括消防电源、消防系统水源、设备和管道系统的可靠性。通常为提高系统的可靠性, 建筑内的着火点, 需有两股水柱能够到达, 也就是在两个消火栓的保护范围内。对设备及管道系统的选择和系统管网的设置, 在保证可靠性的基础上应尽量简化。3) 适用性。也可以称为“合理性”, 消防灭火系统的规划和设计应针对建筑物自身特点进行。对于不同的建筑和火灾, 应制定不同的灭火方案。4) 经济性。建筑消防系统仅在火灾发生时才启动, 因此较少考虑节能的问题。关于消防系统的经济性指标, 应主要考虑消防系统建设费用, 如消防泵、喷嘴、给水管道、阀门附件等材料的购置费、安装费及运行维护费等。在考虑费用花销外, 也应考虑因安装消防系统而产生的经济效益, 如因防止火灾发生而避免的经济损失, 以及通过改善管理手段而使管理效率、管理水平提高等。

2 高层建筑消防灭火系统的给水方式

2.1 减压给水方式

设立屋面水箱和一组消防水泵, 水泵的扬程一般100 m~170 m。高区通过减压阀减压向低区供水。使用这种供水方式, 给水系统中无需设置中间转输水箱和水泵, 不占用设备层面积, 系统简单, 有利于设计和施工, 因此经济性最高。然而减压给水方式对消防系统中水泵选型精度、减压阀长期稳定性等要求较高, 短时能耗较大。

2.2 高位水箱给水方式

高位水箱的减压给水方式是将整个高层建筑的用水且全部由设置在底层的水泵提升至屋顶水箱, 然后再通过设置中间转输水箱进行垂向分区, 分区内可采用串联减压、并联减压、单阀减压等减压方式各区减压装置减压后送至各区给水系统的给水方式。高位水箱重力供水系统, 对于一般火灾, 可以不用启动消防泵, 仅用屋顶水箱重力向系统给水, 由于系统有两路水源供水, 因此可靠性最高。

3 高位水箱给水设计中减压水箱和转输水箱的容积确定

GB 50045—95高层民用建筑设计防火规范 (2005年版) (以下简称《高规》) 第7.4.7条明确规定:“当采用临时高压给水系统时, 应设高位消防水箱, 通常一类公共建筑不应小于18 m3;二类公共建筑和一类居住建筑不应小于12 m3”。另外, 条文说明也规定“消防水箱指屋顶消防水箱, 也包括垂直分区采用并联给水方式的各分区减压水箱”。

虽然在《高规》中规定消防水箱包括垂直分区中采用的减压水箱, 但并没有明文规定减压水箱和转输水箱的具体取值。在一般设计中, 以上2种设备的容积都按高位消防水箱的规定选取为18 m3。在消防给水系统设计中, 减压水箱、转输水箱是消防给水系统中的必备设施, 而高位消防水箱仅仅作为稳高压系统加强系统可靠性的措施。因此, 在设计中不能简单的将高位消防水箱的规定容积复制到减压水箱、转输水箱的容积设计上, 而是应考虑实际消防用水要求。

发生火灾时, 减压水箱可使用的水量应满足刚起火时的消防水量要求, 即10 min的消防用水, 按一般高层建筑消防灭火用水量标准, 室内消防用水量 (67.8 L/s) =喷淋用水量 (27.8 L/s) +室内消火栓用水量 (40 L/s) , 10 min用水总量为67.8×60×10/1 000=40.68 m3。与一般设计中规定的18 m3相比, 减压水箱容积按火灾初期的10 min消防用水量确定为40.68 m3, 水箱的容积和占地增加不多, 但极大提升了消防系统的可靠性和安全性。

转输水箱作为高层给水系统中的过渡环节, 它的容积主要根据在消防系统中所处的位置和作用确定。转输水箱在消防系统中的设置一般分为两种, 一种是在各区水泵分别串联加压供水系统, 转输水箱直接作为第二水源通过转输水泵抽水直接向室内消火栓和自动喷淋系统供水;另外一种情况在地下消防水池中抽水供往屋顶消防水池时作为消防系统的第二水源的接力水箱。在第一种情况中, 转输水箱作为直接供水装置, 可以通过扩大容积以提高供水可靠度;在另一种情况中, 转输水箱只作为接力水箱, 对容积要求比第一种情况低, 只要不小于转输水箱进水管的容积即可。因此, 在第一种情况中, 按直接供水系统的10 min容积概念, 按转输水泵10 min水量作为设计容积即可。在第二种情况中, 以进水管内水流速度1.5 m/s计, 如系统给水管道长度为150 m~200 m, 则水流经过100 s~134 s即可进入转输水箱。在一般设计中可按水泵3 min流量确定水箱容积即可。为避免水泵吸水口存在一定的吸水高度的影响, 提高系统可靠度, 转输水箱按水泵流量的5 min容积即可满足要求。

4 自动喷淋系统中报警阀的设置

报警阀是自动喷水灭火系统的一个重要组成部分, 在自动喷水灭火系统中主要起到接通或关断报警水流、防止水倒流和接通或关断向配水管道的供水等作用, GB 50084—2001自动喷水灭火系统设计规范 (2005修订) (以下称“喷规”) 中明确规定了一个报警阀组控制的喷头数:“湿式系统、预作用系统不宜超过800只;干式系统不宜超过500只。”

然而, 在实际工程设计中, 在大面积、大体量、超高层建筑的消防系统中, 往往会设置上万个喷头。如果一个报警阀组只能控制不超过800个的喷头, 那整个建筑中就要设置起码十几个报警阀组, 相应配套的配水干管则要更多。大量干管设置在消防管井中, 将会极大增加管井的建设面积, 占据室内空间, 造成管道敷设困难, 并且提升工程造价。

针对一个报警阀组控制的喷头数, “喷规”进行了相应的条文说明:一是为了保证维修时, 系统无需大面积关停;二是为了保障系统平稳运行。传统设计方法中, 采用报警阀分散设置以减少管道集中敷设产生的占据空间问题。通过将功能分区设置或移至各楼层报警阀间, 减少过路水平管及干管的数量。但使用这种方式布置, 需分布设置报警阀间, 不利于集中管理, 同时报警阀间仍要占据一定空间。因此, 分散设置的方式并没有很好的解决问题。

在报警阀设置中, 可以学习消火栓系统布置成环状管网的设计方法, 在湿式报警阀后自喷管网成环状布置, 然后接入各个防火分区, 使系统的供水可靠度提升。同时, 为解决维修时自喷系统无法正常作用的问题, 可以并联设置备用阀。依据以上思路, 在高层建筑自喷系统只需设置4个报警阀组, 除保证系统可靠度外, 还可省掉一大部分的干管, 简化系统, 节省建筑空间和费用。

5 结语

本文以高层建筑消防系统设计为研究对象, 对消防系统设计中的一些优化方法进行探讨。从建筑高位水箱给水方式中的转输水箱和减压水箱容积确定, 及自动喷淋系统中的报警阀设置等两方面提出了消防给水系统设计优化建议。希望能通过以上优化途径, 起到节省能源, 节省建设资金的目的。

摘要：阐述了建筑消防系统设计应遵循的主要原则, 并从建筑消防系统给水设计优化开展讨论, 提出了一些设计优化思路, 以期为今后高层建筑消防给水系统设计提供参考借鉴。

关键词：高层建筑,消防给水系统,优化设计,节水节能

参考文献

[1]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施——给水排水[M].北京:中国计划出版社, 2009:133-134.

[2]杨琦.超限高层建筑水灭火系统选择的研究[J].给水排水, 2011, 37 (6) :91-95.

给水系统优化调度篇4

关键词：消防,单元式高层住宅,消防给水,消防卷盘

1 高层住宅存在的主要消防安全问题及火灾特点

1.1 高层住宅的消防管理

目前,物业管理单位没有很好地介入消防安全管理,管理工作趋于重防盗轻防火,消防管理制度不健全,一些已验收合格投入使用的高层住宅建筑消防设施器材无人管理维护,不能正常使用,甚至丢失缺损,物业管理人员不懂消防安全知识,消防设备不会操作,保安人员大多属于临时雇用性质,消防安全意识与技能差。物业管理涉及开发建设单位、业户、公安、居委会及城市管理的多层面,他们之间的诸多权利义务关系不清,给物业管理造成一定的困难。以天津市南开区为例,有以下3类主要的消防安全隐患:

(1)高层住宅消防设施存在故障影响正常使用。2008年,天津市南开区某公寓15层一居民住户内起火,辖区中队到场后发现室内消火栓无法使用,只能从一楼铺设水带,延误了最佳扑救时间,火灾蔓延到起火的整个单元房间。该小区投入使用时间长,没有正规物业公司进行管理。

(2)许多高层住宅室内消火栓箱内的消防水带、消防水枪丢失现象严重。

(3)许多高层住宅消防设施控制室无人值班,或者值班人员未经过专业培训,持证上岗。

1.2 高层住宅的消防监督

高层住宅消防监督以前未作为消防监督工作的重点,只是在消防安全进社区、高层建筑专项治理等工作中有所涉及。2009年新修订的《中华人民共和国消防法》实施后,住宅类建筑建设列为备案项目,部分高层住宅不用经过消防设计审查和竣工验收即可施工和投入使用,容易造成消防施工不合理。公安部第107号令《消防监督检查规定》原则要求公安派出所可以对居民住宅区的物业服务企业实施日常消防监督检查,但由于派出所工作任务繁多,且高层住宅消防系统复杂,很难监督检查到位。其根源在于目前法律规定和国家工程建设消防技术标准的强制性条文尚难保障高层住宅建筑中消防安全功能的实现,对高层公共建筑的消防安全管理规定较多,对高层住宅建筑的消防安全管理要求较少。

1.3 高层住宅的火灾特点及灭火难点

(1)火势猛烈蔓延速度极快。

高层住宅火灾荷载分布特点:一是公共部分大多为防火墙及防火门围合,装修材料多为不燃及难燃材料;二是户内含有大量可燃物,如家具、窗帘、地毯、吊顶装饰等。因此,高层住宅火灾多发生在户内,一旦发生火灾,燃烧猛烈。由于户门多为具有防火性能的三防门,火灾从户门向外蔓延的几率比较小,多由外檐门窗向邻近单元蔓延,而高层建筑外檐外保温多采用A级以下的保温材料,加速了火灾蔓延的速度。

(2)初起火灾灭火、控火效果不理想,造成火势蔓延。

高层住宅消防应立足于“自救”,室内消火栓是国内外目前最基本的消防设施,但高层住宅内的居民往往不具备自行使用室内消火栓系统扑救初起火灾的能力(室内消火栓系统水压较高,未经培训的人员,无法掌控),从而错过灭火的最佳时期,造成火势蔓延。2011年2月,某居住小区一19层居民阳台发生火灾,火灾原因是在春节期间楼下燃放大型礼花打进窗台引燃可燃物起火,辖区消防中队及时到场使用室内消火栓将火扑灭,火灾损失为与阳台相连的客厅。该小区是刚投入使用的新小区,火灾发生时室内有人,居民不会使用消火栓,物业人员也没有经过培训,只有等消防队到场后使用消火栓将火扑灭,如果在第一时间居民使用消火栓灭火,损失将会更小。

(3)公共空间紧凑,增加了室内消火栓水带展开施救难度。

高层住宅公共空间都非常狭小,以一梯四户的单元式高层住宅为例,一般公共走道的长度不超过10 m,而高层住宅建筑室内消火栓均配置25 m标准水带,增加了室内消防水带展开施救难度。

(4)人员疏散困难。

高层建筑层数多,垂直疏散距离长,疏散到室外地面或避难层所需的时间也相应增长。由于高层建筑人员相对集中,火灾时增加了疏散的难度,容易造成重大伤亡事故。高层建筑发生火灾后,常因通信联络失控,往往下层发生火灾,上层仍然未知有其事,给安全疏散增大了困难,更易导致惨重事故。

2 提升扑救初起火灾能力的设想

2.1 增加户内消防卷盘系统

与室内消火栓设备比较,具有操作简便、机动灵活等优点,居民可以一人操作。因此,非常利于扑灭初起火灾。高层住宅建筑火灾易通过外檐门窗洞口蔓延,如发生火灾,相邻住户可利用消防卷盘防止火势向户内蔓延。新增消防卷盘系统水源拟与生活给水共用系统,而不与室内消火栓系统共用。

高层住宅火灾荷载主要位于住户户内,消防卷盘设于户内利于扑救。消防卷盘设于户内可避免配件丢失,减少维护费用,提高系统可靠性。

2.2 优化室内消火栓系统

2.2.1 高层住宅消火栓系统优化方案

由于居民户内增设了消防卷盘,提供了扑救初起火灾的时间,考虑将室内消火栓作为消防员火场开路及扑救的专用设施。因此,对室内消火栓系统做如下优化:

(1)减少室内消火栓配置数量:仅消防电梯前室设置一处双阀双栓室内消火栓栓口(如无消防电梯前室,设于公共区域内)。

(2)消火栓仅设置栓口,不再配置消防水带及水枪。

2.2.2 优化方案的立足点

(1)室内消火栓系统仅供赶到的消防员使用。

(2)由于目前高层住宅消防水带及水枪丢失现象严重,物业重复购置的费用不足,且配置水带型号单一,现场展开水带困难,影响扑救。因此,建议取消消防水带及水枪的配置,而是由消防队员随身携带10、25 m长消防水带,分别连接到双阀双栓消火栓上,根据建筑内实际需要展开长度使用。

3 高层住宅消防卷盘的可行性分析

高层住宅设置与生活给水系统共用的消防卷盘可行性分析,主要包括:水源可靠性即火灾时水源不间断供给的保障能力;消防卷盘流量保障能力即市政流量或生活加压泵所提供的流量是否满足消防卷盘所需水量;消防卷盘水压保障能力即市政水压或生活加压泵所提供的水压是否满足消防卷盘所需水压。建议在高层住宅中选用6 mm水枪,最不利点输入水压按0.1 MPa选定,胶管长度应根据建筑平面选择。

3.1 案例分析

3.1.1 案例概况

某高层住宅小区,建设有4栋28层高层住宅,其中2栋为1梯4户(每户1个卫生间),2栋为1梯3户(每户2个卫生间),总建筑面积5万m2,居民人数1 350人。

市政给水水压为0.2 MPa,室外给水消防合用管网(DN200)由两路DN200市政接入管供水。该小区1～4层采用市政供水,4层以上分区加压供水即5～12层;13～20层;21～28层。

小区生活水箱分2座,总有效容积20 m3,由一路DN100给水管道供水。

3.1.2 水源可靠性分析

消防卷盘采用6 mm水枪在0.1 MPa下流量为0.2 L/s,即10 min消防水量为0.12 m3,1 h消防水量为7.2 m3。市政区供水由两路DN200市政给水管道供水,安全可靠性满足消防水喉要求。加压区水箱仅由一路DN100市政给水管道供水,但水箱总容积为20 m3,且分为2座,即使是其中1座进行冲洗时,若市政断水,另外一座的储水量也完全能满足消防卷盘所需消防水量。

3.1.3 流量可靠性分析

每个消防卷盘采用6 mm水枪在0.1 MPa下流量为0.2 L/s,仅相当于2个洗涤盆同时开启的流量,既考虑火灾发生临近单元均开启消防卷盘,相对于整个供水系统流量来说所占权重也较小。因此,无论市政区还是加压区,给水系统提供的流量完全满足消防卷盘所需流量。

3.1.4 压力可靠性分析

各分区最不利点消防卷盘均按0.1MPa考虑。市政区水压为0.2MPa,最不利点(4层)与市政供水管几何高差为11～12m(消防卷盘安装高度按1.1m),扣除管道损失,消防卷盘入口输入压力为0.07～0.08 MPa,略低于0.1MPa,致使消防卷盘有效射程缩短。因此,建议在改造项目中,适当增加消防卷盘胶管长度,以弥补有效射程减少造成的影响;新建项目则建议将市政供水区域降低为1～3层。

加压区各分区水泵扬程完全可以满足最不利点消防水喉所需压力0.1MPa。这是因为按目前二次加压供水管理部门要求,二次供水设计中卫生器具流出水压不得低于0.1MPa,这一数值与消防卷盘所需水压恰好一致。

3.2 可行性分析结论

高层建筑中设置于生活给水系统合用的消防卷盘系统,无论是旧建筑改造还是新建建筑均技术可靠,安全可行,并大大提高了扑救初起火灾的能力。所增加的成本也小于传统系统维护费用。

值得注意的是,目前高层住宅生活泵房一般仅采用单电源,为提高供水系统的可靠性,建议设置消防卷盘与生活供水合用系统的生活泵房采用双电源供电。

参考文献

[1]高锦田,徐洁.消防工作社会化现状与策略[J].消防科学与技术,2011,30(3):254-257.

优化供水调度系统策略研究篇5

关键词：供水,调度系统,策略分析

在当前的供水调度系统中,对水压测量不准确,没有引入先进的测量技术,整个过程还是以经验调度为主。除此之外,在进行经验传授的时候,都是口口相传,而没有形成一个完整的知识体系,导致其他新员工在工作中,很难及时将这些经验消化吸收,因此在人员培训方面存在很大问题,导致这方面的人才有限,供水调度质量得不到提高。

1当前供水调度系统中所存在的问题分析

1.1供水压力测量不准确

对于当前的供水调度系统而言,大多数供水公司在实际运营过程中,都需要进行水厂二泵房和管网的SCADA系统的供水压力进行分析,当满足管网末梢用户供水需要的前提下,要合理的调整水库泵、增压泵,调整加压泵站和水厂二泵房的供水方式,该调度方式的操作质量,和操作人员的经验有直接的关系,如果在这些方面经验不足,那么供水调度就会出现很大问题。在决策过程中,调度人员要根据SCADA系统反应的相关测压点的压力值[1],保证决策符合实际要求。在此基础上,根据测压点压力的动态变化,有效控制水厂二泵房增减泵的数量,以及运行时间。对于这种调度而言,其是建立在以压力为主要调度依据上的经济调度模式,但是归根结底,其仍然是以经验调度为主,如果调度公司调度人员经验不足,那么很难做到合理调度,那么出现的后果非常严重。

1.2后续人才得不到培养

调度人员要求有长时间的工作经验,经历过很多困难,在实践中总结出了很多经验教训,而且这些经验必须经过提炼,通过不断的强化,才能成为实际工作中使用的调度知识。在进行调度知识传授过程中,由于没有课本,因此都是口口相传,师傅带徒弟的方式可以扩散到整个班组中,在学习中存在一定的障碍,人工经验调度决策方式存在一致性差,全面性差,稳定性差,可继承性差的缺点,必然会影响供水调度的效果。由于其是新入职的员工,由于没有实际工作经验,在一些问题的理解上比较困难,因此极大的制约了公司年轻技术人员的发展,导致这方面的人才出现断层,如果出现大批经验员工离职,那么供水调度面临瘫痪的危险,这些方面的问题相关责任人都应该及早的认识上去,及时想办法予以解决,提高供水调度的质量。

2优化供水调度系统的策略分析

2.1对供水调度目标进行优化

对于供水的调度目标而言,就是要保证供水的水量和水质,再使用SCADA系统的收集功能,将在实际供水过程中的输送和生产参数记录分析,这样就可以对不同的水厂进行合理的分配水压和水量,除此之外,其还能对供水设施等进行控制,达到预定的控制目标,在优化供水目标的时候,主要遵循的原则是供水系统的总运行费用最低,除此之外,对设备出现的故障危险等进行考虑,考虑调度人员、管网等因素。在优化调度目标的时候,要求投入最少,而达到最好的调度目标。因此要求调度系统是一个完整的输入,决策,输出控制和反馈闭环的不断优化的一个系统,为了达到这一效果,应该引入SCADA系统,设立管网动态模型,引入专家决策系统,在保证水质和水量的基础上,还能控制整个供水系统的水源,对供水管网进行控制。

2.2对调度系统的结构进行优化

对于调度系统的优化而言,其不是一蹴而就就能完成的,在优化过程中,涉及到很多设备和系统,整个决策过程比较复杂,对于输入的内容主要包括外部数据接口,数据内容包括水利数据、天气数据、异常情况处理输入数据、环保数据等,在此基础上,还可以对用水量的输入工作进行预测,GIS属于一种静态的数据,建立在动态管网模型的基础之上,该模型在使用前要利用SCADA系统进行效验,对于用水量数据而言,其主要是作为模拟用水量预测的基础数据,在使用SCADA系统过程中,工作人员经过长期的经验积累,建立了数据强大的综合数据库,同时也建设了专家知识库,这就就进一步对决策方案等进行了优化,有效构成了专家库系统,通过这些系统的优化,合理的配置,就能很好的对调度系统方案的决策进行判定,而且准确性非常高,具体而言,在该决策方案制定的前期,一定要人工参与进来,之后当相关数据信息不断积累的时候,开始过渡到自动决策,如果条件允许,引入配套的设施,其还能直接步入到自动运行当中,该系统还能对知识库自动更新,进而达到全自动化的调度。该系统的调度输出方式有很多种,主要涉及到SCADA直接执行多种结果输出、图形表达、WEB发布。

2.3对调度流程的优化分析

对于完整的调度系统而言,要将不同的专业系统进行整合,进而组合成一个综合的调度系统,因此相关调度企业可以结合公司当前的基础条件,把相关的专业系统融合到一起,在不断的工作运用中,将各个系统不断的磨合,对存在的问题进行处理,对相互的配合性不断的提升和优化,逐渐形成适合自身的调度系统,可以很好的提高工作效率。在制定调度决策过程中,其必须要建立在SCADA、地理信息系统、水力学模型基础之上。基本的信息依据,就是对取水口、泵站、受水厂、管线的实时情况进行检测和记录,收集相关的历史信息,结合气候、节假日、季节的变化情况,制定第二天24小时内,或者是下一周的全市总需水量预计和输水计划,提前做好计划,然后对完成计划进行落实,提前发现其中的问题,然后及时予以解决,提高工作质量。

3实践应用情况分析

3.1三遥技术的应用分析

某自来水公司在供水调度工作中,为了实现节能降耗,达到安全供水的目标,在供水调度工作中应用了“三遥”系统,遥测、遥信、遥控系统作为水厂监控系统的延伸,将各水厂的实时生产运行参数通过有线或无线的形式送到总公司的生产调度中心,结合计算机日常运行中所收集到的三遥历史数据,科学确定各个水厂二泵房扬程H、流量Q、测压点、以及运行费用之间的函数关系,在此基础上,保证各个数据的准确性,就能够建立一个很好的宏观模型,根据在管网测压点上所得到的返回数据,有针对性的对管网模型的节点上的流量大小进行调整,然后及时反馈给有关部门,为节能降耗,安全优质供水做出应有的贡献。最后对设定模型有出入的地方进行更正并做最终的调整,这些调度优化一定要建立在正确的数学模型基础上,通过管网测压点送回的压力参数,调整模型节点流量,并做好最后的优化调度计算,实现最终的节能降耗,安全优质供水。

3.2在智能水务工作中的优化技术

在2014年江苏某水务集团,设立了一个“智能水务”项目,在运行操作中就充分应用了水管网模型,同时应用了优化调度算法,这些技术的应用,都离不开相配套决策软件的研发,在具体实施调度工作中,其优化效果十分明显。该项目的调度方案完全符合城市供水要求,而且符合系统对控制点压力的要求,还很好的降低了能耗,实现了用科学技术进行节能。不仅如此,随着该项工作的深入,以及相关技术的不断积累和成熟,在以后的工作中,没有建立管网水力模型,但是很好的应用了信息系统平台,科学开发了供水管网科学调度辅助系统,避免在调度中出现操作失误等问题,提高了工作效率。

4总结

通过以上对供水调度系统的优化策略分析,发现当前供水调度中仍然存在一些问题,影响相关企业的经营效率,针对实际情况的分析,通过引入先进的技术,建立专家决策系统,对调度流程的优化,对调度系统的结构进行优化等,提高水资源调配的准确性和合理性,实现最终的节能降耗,安全优质供水。

参考文献

给水系统优化调度篇6

关键词：调度自动化系统,优化电网,调度,应用

电网调度工作对电网的安全、稳定运行具有重要的意义, 因此, 推动调度自动化系统在电网调度中的科学应用迫在眉睫。

1 电网调度系统的存在问题分析

一是电网调度系统的实际接入容量不足, 在接入新增厂站方面产生严重的制约作用, 尤其是在我国电网建设工程发展迅速的现代, 该瓶颈问题日益明显, 不能很好地满足发展形势的科学需要。

二是调度系统的投运时间比较早, 原来的一些计算机设备等出现了较为明显的老化现象, 有些甚至比其保修服务期还超出多年, 导致调度系统的硬软件不时发生各种各样的故障, 对电网的正常调度运行造成了一定了影响。

三是原调度系统的数据采集通信应用软件技术明显落后于电网调度的发展, 主要表现在数据采集部分出现明显的不支持重要变电厂站的双通道模式, 无法正常切换各主备通道。

四是调度系统不支持IEC61850、IEC61970, 且不具备有效快捷的数据网络传送厂站数据功能, 不能自动备份数据, 只能通过维护人员来实现数据的导出、备份, 工作效率不高, 无法满足自动化调度工作人员的实际使用需求。五是无法实现配网自动化的平台共享。在确保单位安全运行、促进社会和谐稳定、推动经济健康发展等方面, 调度自动化主站系统发挥了重要的作用。

2 新电网调度自动化系统的基本设计原则

一是应科学遵循IEC61970, 合理选用调度系统平台化的结构, 从而实现系统的各种应用功能比如DTS仿真培训、AVC电压自动控制、SCADA高级应用分析等的一体化集成。

二是科学采取可视化调度技术, 借助可视化手段正确、及时显示出电网调度运行的实时状态和具体参数, 为调度人员进行电网调度提供方便的清晰的管理界面。

三是应结合该电网调度工程的实际运行情况, 并考虑工程的智能化发展需求, 以配置更加高级的调度运行应用分析软件, 有效促进该工程的电网调度水平朝智型发展。

四是新系统的建设应能更好地适应企业的信息化发展需求, 并具备一定的可扩性、兼容性、开放性, 可以实现不同应用系统或者不同厂商所开发的应用的互连、软件功能扩展、硬件设备升级等要求, 有利于企业的营、配、调一体化发展。

五是应综合考虑电力企业综合信息平台和调度一体化、自动化平台的接口, 以满足新电网系统的数据自动化集成以及信息共享等需要。

六是应遵循相关的电网系统建设防护规则, 认真做好生产管理网和实时数据网之间的物理隔离、各外部网络和系统之间的安全隔离工作。

七是积极发扬成熟的自动化系统运行管理经验, 根据经济调度及电网安全的实际需求, 推动技术的改造的创新。八是还应综合考虑如何实现新老系统的之间的平稳过渡, 防止新系统的建设对正常的电网调度运行产生不利影响。

3 新调度自动化系统在优化电网调度中的应用

3.1 信息处理能力的增强

首先, 在控制遥测量及遥信量时, 必须确保其正确率, 最好能够达到100%;其次, 应提高并确保遥信动作的高准确率, 应确保遥控准确率大于等于99.99%, 保证遥调准确率能够大于等于99.9%;再次, GPS在系统的实际应用中深受好评, 如果变电站配有GPS, 那么变电站之间的数据记录时间必须严格控制不超过15秒, 而在变电站不配备GPS时, 则数据记录可以控制在25秒的范围内。

3.2 系统实时性的提高

一是遥测量必须严格按照规定的时间及时把超越值传送到主站, 在传送过程中, 应避免其更新时间超过5秒。二是确保厂站监控系统与前置机之间的信息传送时间的精准性, 最大不能超过3秒。而当遥信出现变化时, 从前置机的信息检测到工作站发出警示信息的实际用时不能大于1秒。三是遥控从选择开始到下达执行任务命令的实际用时必须小于3秒。四是系统的实时数据可以进行微调, 通常保持在10秒左右。五是外部网络的通信数据从传送到接受的周期也能够进行调节, 一般也是10秒。六是绝大部分的实时监视画面的调出响应时间必须小于3秒。七是画面实时数据的更新时间大约为10秒。八是刷新模拟盘数据量的用时一般大于等于3秒。九是应保证系统时间和北京标准时间之间的误差最大不能超过1秒。 (10) 应控制系统的频数时间大约为10秒, 以确保系统外部的各种频率采集设备能够很好地满足系统的规范要求。

3.3 保证系统负载率

一是正常情况下, 包括前置机、服务器在内的电网主要节点, 其CPU负载应小于等于30% (10秒平均值) ;二是无论是任何情况, 系统主局域网在任意5分钟内, 其平均负荷率都小于等于20%, 如果主局域网双网的运行方式为分流, 则每一网络的负载率应控制在12%的范围内, 这样即使其中一网发生故障, 单网负载率还是小于24%;三是系统负载率的主要测试条件包括了采集、处理电网的各项显示数据。如果电网发生故障, 那么其测试条件则会进行重新定义。

4 结语

综上所述, 在进行电网的优化建设过程中, 调度自动化系统的广泛、科学运用发挥了重要的作用。相关单位和工作人员必须遵守基本的系统设计原则, 实事求是, 认真做好调度自动化系统的建设工作。

参考文献

[1]王建东.浅议调度自动化系统在优化电网调度中的应用[J].企业导报, 2013, 08:276.

给水系统优化调度篇7

制定水火电力系统短期发电计划的目标是:在满足各种水力、电力约束的前提下,合理地分配水电站各时段发电流量及火电站发电量,以使整个运行周期中火电站的运行成本达到最低。水力和电力约束主要包括:水量平衡约束、水电站和火电站运行区域约束、水库的容积以及流量约束等。因此,求解水火电力系统短期发电计划是一个大规模的、包含等式约束和不等式约束的非线性优化问题。此外,由于火电站和水电站的运行区域限制,该问题也是一个多模态的、非凸优化问题。因此,求解该问题需要利用有效的数学优化工具。

由于制定水火电力系统短期发电计划能够产生巨大的经济效益,因此,该问题的研究在电力系统经济运行中具有重要的作用。从而,在最近二十年中,得到普遍的重视。人们采用了几乎所有的优化技术,求解该问题。目前,求解该问题的方法大致可以分为两大类:传统的优化算法与现代的优化算法。在传统的优化算法中,动态规划被广泛应用于该问题的求解。它可以直接处理各种约束,对目标函数也没有过多限制。但是,它可能会遇到维数灾问题[1,2]。线性规划、非线性规划和网络流优化也被用于该问题的求解。但是,这些方法不能直接处理复杂的约束,必须对原模型进行适当的简化。因此,求出的解也未必是全局最优解[3,4]。基于分解协调思想的拉格朗日乘子法和Bender法被广泛用于该问题的求解。其基本思路是把问题分为上、下两层优化问题求解。下层是对许多子问题进行优化,上层优化用于调整乘子。该方法的缺点是,上、下层优化的时间较长,并且还可能产生振动[5]。

在近几年,许多启发式全局优化技术,如GA[6,7,8,9,10]、EP[11,12]、SA[13]、ES[14],由于能直接处理复杂约束,同时,对目标函数没有任何限制,在水火电力系统短期发电计划的求解中得到广泛应用。

整体分布优化算法是2007年提出的一种新的启发式优化算法[15]。该算法是在对PSO进行系统试验研究的基础上,模拟每次PSO迭代后粒子的分布状态,进而提出的新算法。与PSO比较,具有实现简单、收敛速度快、鲁棒性强等特点。本文提出了一种用整体分布算法求解水火电力系统短期发电计划的新方法。实例研究表明,整体分布算法优化能力和稳定性方面优于其它算法,值得进一步研究。

1水火电力系统短期发电计划的数学模型

在水火电力系统短期发电计划的制定中,其控制期的初、末水位一般由中长期优化调度获得。短期优化调度的目标是:在满足各种约束的前提下,把各个水电站由中长期发电调度确定的整个控制期的固定水量分配到较小的时段,使得火电厂的发电成本最小。

1.1目标函数

$\min F = \sum_{t = 1}^{Τ} \sum_{i = 1}^{Ν t} (f_{i}^{t} (Ρ t_{i}^{t}))$ (1)

通常,发电成本是所发电量的二次函数,可以表示如下:

f $_{i}^{t}$ (Pt $_{i}^{t}$ )=α+β×Pt $_{i}^{t}$ +γ×(Pt $_{i}^{t}$ )2 (2)

式中,F为火电厂的总发电成本,T为控制期总的时段数,t为时段编号,Nt为火电厂的总数,i为火电站的编号,Pt $_{i}^{t}$ 为火电厂i在时段t的发电量,f $_{i}^{t}$ (Pt $_{i}^{t}$ )为Pt $_{i}^{t}$ 的发电成本,α、β、γ分别为火电厂发电成本函数的系数。

1.2约束条件

(1) 系统电力平衡约束

$\sum_{i = 1}^{Ν t} Ρ t_{i}^{t} + \sum_{j = 1}^{Ν h} Ρ h_{j}^{t} - Ρ d^{t} - Ρ l^{t} = 0 t \in Τ$ (3)

水电厂的发电量是流量和水电站容积的函数,可表示如下:

Ph $_{j}^{t}$ =c1j×(V $_{j}^{t}$ )2+c2j×(Q $_{j}^{t}$ )2+

c3j×Q $_{j}^{t}$ ×V $_{j}^{t}$ +c4j×V $_{j}^{t}$ +c5j×Q $_{j}^{t}$ +c6j (4)

式中,Nh电力系统中水电厂的总数,j为水电厂的编号,Pdt为电力系统在时段t的负荷,Plt为电力系统在时段t的网损,Ph $_{j}^{t}$ 为水电站j在时段t的发电量,c1j,c2j,…,c6j分别为第j个水电站发电函数的系数。在本文中,约定Plt=0。

(2) 电站出力约束

$\underline{Ρ t} \leq Ρ t_{i}^{t} \leq \bar{Ρ t}$ (5)

$\underline{Ρ h} \leq Ρ h_{j}^{t} \leq \bar{Ρ h}$ (6)

式中, $\bar{Ρ h_{j}}$ 、 $\underline{Ρ h_{j}}$ 分别为水电站j的最大和最小出力, $\bar{Ρ t_{i}}$ 、 $\underline{Ρ t_{i}}$ 分别为火电站i的最大和最小出力。

(3) 水量平衡方程

Vtj=Vt-1j+Itj-Qtj-Stj+∑Rujm=1[Qt-τm,jm+St-τm,jm]

j∈Nh t∈T m∈Ruj (7)

式中,S $_{j}^{t}$ 为水电站j在时段t的弃水量,I $_{j}^{t}$ 为水电站j在时段t的区间入流,τm,j为水电站m其邻近下游水电站j的流量流达时间,Ruj为水电站j上游邻近水库的集合,Q $_{j}^{t}$ 为水电厂j在时段t的流量。

(4) 水电站容积约束

$\underline{V_{j}} \leq V_{j}^{t} \leq \bar{V_{j}}$ (8)

V $_{j}^{0}$ =V $_{j}^{i n i}$ V $_{j}^{Τ}$ =V $_{j}^{e n d}$ (9)

式中,V $_{j}^{i n i}$ 、V $_{j}^{e n d}$ 分别为水电站j在控制期的期初与期末容积, $\bar{V_{j}}$ 、 $\underline{V_{j}}$ 分别为水电站j的最大和最小容积。

(5) 水电站的发电流量约束

$\underline{Q_{j}} \leq Q_{j}^{t} \leq \bar{Q_{j}}$ (10)

式中, $\bar{Q_{j}}$ 、 $\underline{Q_{j}}$ 分别为水电站j的最大和最小发电流量。

2整体分布优化算法

对PSO进行静态特性试验,研究不同规模种群的PSO,得出其种群的分布规律如图1所示。

如图1所示,粒子在当前最优粒子周围分布的概率最高。并且,种群的规模越大,在最优粒子附近粒子的分布概率也越大。据此,可以提出新的优化思路:在每次找出迄今为止的最优解后,直接以该最优解为中心,产生一个符合正态分布的新种群。周而复始,直到符合迭代结束条件为止。通过对具体函数的优化求解表明,该算法与粒子群优化算法相比,优化性能得到较大提高[15]。求解水火电力系统的具体实现步骤,在3.3节中给出。

3求解方法

在应用整体分布优化算法求解短期发电计划前,必须确定个体的编码方法和定义适应度函数。然后,利用标准的整体分布优化算法求解实际问题。具体方法如下:

3.1编码方法

用随机启发式优化算法求解实际问题时,编码方法非常重要。要求编码既能分辨出不同个体,又能表征整体的信息。考虑到水火电力系统水力联系的复杂性,本文采用水电站各时段的发电流量的实数值,作为个体的编码。由表1所示。

3.2适应度函数

当整体分布优化算法应用于实际问题时,必须定义识别个体以及指导搜索的适应度函数。在本文中,破坏约束越小、发电成本越低的个体越好。因此,适应度函数可以定义如下:

$E V A_{i} = J + \sum_{k = 1}^{Ν C} λ_{k} \times | V Ι Ο_{Κ} |$ (11)

式中:

EVA为解的适应度值;

J为火电厂的发电总成本;

NC为约束数量的总和;

VIOk为约束k被违反的数量;

λk为约束k的惩罚因子。

约束不同,惩罚因子也不同。为了确定惩罚因子的具体数值,可采用试算法。在本研究中,通过对一个由一个水电站和一个火电站的水火电力系统进行了试算,最终确定了惩罚因子的数值。

一个个体的编码确定后,采用如下过程计算其适应度:

步骤1 每个水电站各个时段的发电流量Q $_{j}^{t}$ 由个体的编码确定;

步骤2 每个水电站在各个时段的容积V $_{j}^{t}$ ,可以通过式(7)计算出来;水电站的发电量Ph $_{j}^{t}$ 可由式(4)计算出来;

步骤3 通过电力平衡方程(3)和火电厂的发电成本函数(2),得到火电厂的发电成本f $_{i}^{t}$ (Pt $_{i}^{t}$ );

步骤4 持续从上游计算到下游,从第1时段计算到第24时段。最后,计算出火电厂的发电总成本;

步骤5 根据不同的约束条件(5)、(6)、(8)、(9)和(10),计算出各个约束的破坏量VIOk;

步骤6 使用式(11),计算个体的适应度EVAi。

3.3用整体分布优化算法求解水火电力系统短期优化调度的步骤

步骤1 初始化。在整个定义域内,随机产生种群。同时,初始化正态分布的半径R为覆盖整个定义域的0.5倍;

步骤2 如3.2节所述,计算种群中每个个体的适应度,找出最好的个体;

步骤3 将本次迭代后得到的最好个体,与上次确定的最好个体进行比较。如果好于上次的最好个体,替换上次最好的个体,作为迄今为止找到的最好个体。以该个体为中心,以R为半径,用正态分布产生新的种群;如果差于上次确定的最好个体,则保留上次最好个体作为迄今为止找到的最好个体。以该个体为中心,以R为半径,用正态分布产生新的种群。如果连续5次都未能找到更好的最好个体,则取R=0.95×R,以迄今为止找到的最好个体为中心,用正态分布产生新的种群;

步骤4 检验是否符合结束条件。如果当迭代次数达到了预先设定的最大次数或者R接近于0时,停止迭代,输出最优解;否则,转到步骤2。

4仿真计算

为了验证有效性,整体分布优化算法被应用于文献[6]中水火电力系统短期优化调度的求解。在正式计算前,对一个由一个水电站和一个火电厂的简单系统进行了试算,以确定惩罚函数的具体数值,结果如表2所示。

所有的程序均采用C语言编写,在PC机( 2.00 GHz,512MB RAM )上运行。每个试验分别从不同的随机初始种群运行10次,得到的结果与文献[6,12,16]中的结果进行比较,比较结果由表3所示。电厂的发电出力过程如图2所示。

从表3可以看出,整体分布优化算法与遗传算法和进化规划相比,不但取得了最好的优化效果,而且优化结果非常稳定,每次优化结果的值变化不大。由此说明,整体分布优化算法适合求解短期水火电力系统的发电计划这一类复杂的优化问题。

另外,求解该问题时,研究粒子群优化算法与整体分布优化算法之间的优化性能比较。粒子群优化算法分为两种形式,局部粒子群优化算法(LPSO)和全局粒子群优化算法(GPSO)。其中,LPSO计算复杂,但能保持群体的多样性,使用较少;GPSO实现简单,是粒子群优化算法的基本形式。从表3中还可以看出,用整体分布优化算法求解该问题时的优化性能有较大提高。而采用LPSO时,虽然性能有了较大的提高,但是,实现复杂,计算量大。综上所述,整体分布优化算法更具较大的潜力。

炼油企业生产调度系统优化方法研究篇8

1 生产调度系统的整体设计

1.1 系统优化方案

对于炼油厂生产系统的优化方案, 主要是通过加强对装置级的控制和优化来实现的。整个优化方案主要包括专家智能决策、在线更新、装置优化操作模式离线建模和模型优化求解这四个方面。为了更准确的描述调度优化问题, 整个系统主要采用上层专家决策推理结合下层数学描述优化求解的求解策略, 按照一定的顺序对求解策略就进行优化, 保证每个阶段的优化方案都能够满足油的生产需求。专家上层智能决策推理会结合实际的原油数据、成品油的实际需求以及油的供应等信息, 对这些信息进行推理, 然后对加工装置进行优化操作, 并且还会将推理出来的结果传递给下层数学描述。下层数学描述接收到上级的调度优化模型和决策信息之后, 会对问题进行求解, 然后将求解的结果反馈给上层系统。

系统优化方案主要通过离线建模和在线建模修正的方式实现, 其中离线建模部分根据装置优化和先进控制并结合实际情况得到装置优化的操作模式, 从而对调度优化模型进行更准确的描述, 同时整个模型的优化结果也具有可操作性。调度优化系统最终得到的调度方式的操作性比较强, 所有的加工方案在装置优化操作的模式下都可以实现, 从而实现技术的优化控制。此外, 如果装置运行平稳之后, 对于各个装置的优化操作的生产运行数据, 系统都能够将其收集起来, 然后在线对这些装置的操作模式数据进行更新。

1.2 系统功能设计

对生产调度系统进行优化, 首先应该确定生产调度系统的功能有哪些, 这样才能设计出是实用的优化方案。从系统的功能考虑, 系统应该具有的功能主要包括: (1) 在提供优化求解方案之后, 系统能够根据这些方案为用户提供具有操作性的调度优化方案; (2) 在实际进行生产调度的优化时, 一定要先经过模型试验, 因此软件允许用户通过使用各种图形组态工具建立一个炼油厂的调度模型; (3) 系统需要为用户提供报表信息和各种特异性的图, 因此要求系统具备显示图形的功能; (4) 对于模型数据, 用户可以方便管理, 并且在接口的作用下可以实现DCS集成和MES集成; (5) 装置操作模型能够及时更新, 系统也应该获得装置平稳运行中的所有生产数据, 从而修正装置操作模型的数据。

2 主要模块的设计

2.1 图形化建模

整个系统要求用户可以进行炼油厂的建模, 为了实现建模过程, 要求软件具有图形化建模功能, 这样用户才能真正实现图形建模和编辑。在炼油厂的建模过程中, 用户可以使用各种图形工具进行流程模型的编辑, 可以实现界面输入、数据的复制、黏贴等。图形化建模是在MVC架构开源图形用户控件Netron Light上进行二次开发。

2.2 专家决策推理

在系统的优化求解过程中, 专家决策推理是非常重要的部分, 无论是原油的供应出现变化还是市场对成品油的需求发生变化, 专家决策推理模块都会结合专家推理的规则来对原油的调和调度进行协调, 同时协调下层优化求解模块信息。专家系统的推理决策是建立在逐渐求解的基础上的, 对于成品油的调和、改质装置、二次加工装置以及一次加工装置等的先后顺序进行一步步推理, 从而使操作最小。

2.3 模型数据管理

建模数据的管理主要就是对用户提供数据查询、编辑和维护的功能, 通过用户界面和接口实现对模型数据的操作。模型数据管理主要是对后台数据库进行的管理。

3 结语

炼油企业对生产调度系统的优化主要是使用MILP和MIN-LP模型实现, 对系统进行优化之后, 用户就可以使用图形工具库自行建立炼油的生产工艺模型, 通过模型优化求解和专家智能决策推理来实现对炼油厂的生产调度优化, 并且实现装置操作的最小化。

摘要：在科学技术不断发展的过程中, 炼油企业要想获得更大的经济效益, 生产调度就不能满足与以往的系统, 而是要结合社会以及科技的发展对生产调度系统进行不断改进和优化, 炼油企业生产调度优势是企业在不断发展的社会中寻求发展和机遇的主要途径和手段。本文就炼油企业的生产调度系统优化方法进行分析和探讨。

关键词：炼油企业,生产调度系统,优化

参考文献

[1]刘涛, 王华.炼油化工企业生产调度系统优化方法[J].石油规划设计, 2007, 06:12-16+23+50.

[2]罗春鹏.炼油企业生产调度研究[D].浙江大学, 2008.

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