[发明专利]一种基于多目标优化算法的分布式余压发电系统及调控方法

权利要求书

1.一种分布式余压发电系统的调控方法，其特征是，分布式余压发电系统包括透平膨胀机(8)、发电机(11)、变频器(12)和蒸汽管道(14)；所述蒸汽管道(14)的输汽末端与透平膨胀机(8)连接，所述透平膨胀机(8)与轴承(17)的一端连接，所述轴承(17)的另一端与发电机(11)连接，所述发电机(11)与电力线路(18)的一端连接，所述电力线路(18)的另一端与变频器(12)连接，所述透平膨胀机(8)的出口与透平出口管道(15)的一端连接，所述透平出口管道(15)的另一端连通至低蒸汽压力用户(13)；所述蒸汽管道(14)上按照输汽方向依次安装有一号电动压力调节阀(2)、流量计(4)、一号电动截止阀(5)和电动流量调节阀(6)，且一号电动压力调节阀(2)的前端连通至高蒸汽压力用户(1)；所述透平出口管道(15)上按照输汽方向依次安装有二号电动压力调节阀(9)和背压阀(10)；所述蒸汽管道(14)上还安装有疏水阀(3)，所述疏水阀(3)位于一号电动压力调节阀(2)和流量计(4)之间；

所述分布式余压发电系统还包括急停旁路(16)，所述急停旁路(16)上安装有二号电动截止阀(7)，所述急停旁路(16)的一端连接在流量计(4)与一号电动截止阀(5)之间的蒸汽管道(14)上，所述急停旁路(16)的另一端连接在透平出口管道(15)上；

调控方法步骤如下：

1)针对分布式余压发电系统的输入端工质参数和输出端负荷需求多变、难以预测的特点，以分布式余压发电系统的输出稳定性高、运行效率高及设备使用寿命长为目标，建立分布式余压发电系统的多目标优化模型；

2)根据供能侧及用能侧参数的变化，采用非支配排序的遗传算法实时求解分布式余压发电系统中各个阀门的开度，从而提高分布式余压发电系统的运行效率；

3)从多目标优化算法的一组pareto解中选择最优解，系统执行机构实时根据所计算的最优解调节分布式余压发电系统中各个阀门的开度；

分布式余压发电系统的目标函数如下：

1)系统稳定性

以一年T＝8760h作为评估系统供电可靠性的周期，并将这个评估周期分为8760段，假设每段Δt分布式余压发电系统的供能侧工质参数及用能侧负荷是不变的，则以分布式余压发电系统一个评估周期内缺能率LSRQ表征系统稳定性的目标函数如下：

式中，LSRQ表示评估周期T内分布式余压发电系统的缺能率，Q_load(t)表示t时刻分布式余压发电系统的负荷量，Q(t)表示t时刻分布式余压发电系统输出的功率,η_chg表示分布式余压发电系统的转换效率；

2)系统经济效益

系统能量损耗越小，则经济效益越高，故以系统能量损耗Q_loss表征系统经济效益的目标函数如下：

式中，Q_loss表示评估周期T内分布式余压发电系统的能量损耗；Q_out(t)表示t时刻分布式余压发电系统供给热用户的能量，P_out(t)表示t时刻分布式余压发电系统输出的电能量，Q_in(t)表示分布式余压发电系统t时刻输入的总能量；

3)设备使用寿命

设备使用寿命可用分布式余压发电系统中电动阀门的动作次数来表征，故其目标函数表达如下：

式中，opet表示评估周期T内分布式余压发电系统的电动阀门动作次数，n表示分布式余压发电系统中电动阀门的数量，eov_i(t)表示第i个电动阀门t时刻的动作状态；

多目标优化算法的约束条件如下：

1)等式约束

Q_in(t)-(Q_out(t)+P_out(t))＝Q_loss(t)

式中，Q_loss(t)表示t时刻分布式余压发电系统的损耗；

2)设备约束

式中，表示电动阀门i可承受的最大动作次数；

3)电功率约束

P_out(t)≤P_SM

式中，P_SM表示分布式余压发电系统发电机的最大功率；

多目标优化算法的决策变量X(t)是分布式余压发电系统中各个电动阀门的实时开度，具体如下：

X(t)＝{Vov₁(t)，Vov₂(t)，...Vov_n(t)}

式中，Vov_n(t)表示t时刻分布式余压发电系统中第n个电动阀门的开度。