Методы оптимизации параметров теплоэнергетических установок

МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК [c.15]

К числу проблем, имеющих важное значение для развития энергетики нашей страны, относится проблема оптимального проектирования и перспективного развития тепловых электростанций на органическом и ядер-ном топливе. Для решения этой проблемы с учетом всей совокупности влияющих факторов и ограничивающих условий в последние годы успешно применяется метод комплексной оптимизации параметров теплоэнергетических установок, базирующийся на совместном использовании метода математического моделирования, методов решения многофакторных экстремальных задач и электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ). [c.3]

В математическом плане в работах по оптимизации параметров теплоэнергетических установок, выполненных в последние годы с использованием ЭЦВМ, наряду с современными методами нашли применение два старых метод вариантных расчетов с целью определения лучшего варианта из числа рассматриваемых и метод нахождения и приравнивания нулю частных производных величин приведенных расчетных затрат по оптимизируемым параметрам для получения экстремальной точки. Использование этих методов безусловно сузило возможности оптимизации теплоэнергетических установок. [c.6]

Процессу оптимизации параметров теплоэнергетических установок свойственны определенные погрешности. В [19] рассмотрены погрешность метода решения задачи оптимизации и вычислительная погрешность, а также дан анализ источников их появления. В то же время мало исследован весьма важный вопрос о соотношении между погрешностями определения функции цели и решения задачи. Положения работ [2, 19] позволяют определить погрешность нахождения функции цели АЗ. Это очень важный показатель качества решения задачи. Вторым не менее важным показателем является погрешность решения задачи АХ, т. е. разница между значениями параметров теплоэнергетической установки, полученными в результате решения задачи, и действительно оптимальными значениями параметров. Вопрос о количественной оценке погрешности решения задачи АХ разработан мало. Практически для ее нахождения используются знания о величине погрешности определения функции цели и характере поведения функции цели в зоне оптимальных значений параметров. Последнее, как правило, определяется в результате расчетных исследований на ЭЦВМ с использованием математических моделей. [c.12]

Оптимизация параметров теплоэнергетических установок о постановках задачи и методах решения см. в [115]. [c.189]

Дан анализ свойств исходной и искомой информации. Изложены методы решения задач оптимизации теплоэнергетических установок при недетерминированном задании информации. Предлагаются методы исследования системных параметров теплоэнергетических установок. [c.2]

В связи с созданием и внедрением в энергетику крупных теплоэнергетических установок с высокими параметрами пара, усложнением их технологических схем и режимов эксплуатации, повышением требований к их экономичности и надежности необходимо выполнение трудоемких инженерных расчетных исследований, которые практически невозможно провести в нужные сроки без применения современных ЭВМ и методов математического моделирования. В то время как общие вопросы математического моделирования теплоэнергетического оборудования электростанций как объекта оптимизации получили большое отражение в литературе, вопросы теплового расчета статических и динамических характеристик основного теплоэнергетического оборудования на ЭВМ, методов математического моделирования стационарных и нестационарных режимов этого оборудования, специфики реализации этих методов на современных ЭВМ не систематизированы и недостаточно освещены в печати. [c.3]

В главе 2 изложены методы и алгоритмы оптимизации параметров и профиля теплоэнергетических установок. Здесь дано описание алгоритма оптимизации непрерывно изменяющихся параметров, использующего идеи градиентного метода алгоритма направленного дискретного спуска, сочетающего возможности метода покоординатного спуска и метода случайного поиска метода динамического программирования в применении к оптимизации компоновки парогенератора. Обсуждаются вопросы сходимости предложенных алгоритмов, а также даны примеры их практического использование . [c.3]

В главах 4—7 последовательно излагаются вопросы оптимизации параметров атомных электростанций, комбинированных энергетических установок с МГД-генераторами, парогазовых установок И теплоэлектроцентралей. Здесь освещены особенности построения математических моделей теплоэнергетических установок различных типов, методы представ- [c.3]

На первый взгляд, использование второго метода позволяет достаточно просто решить задачу оптимизации параметров и профиля теплоэнергетической установки. Однако это не так. Существуют математические трудности при его реализации и ограничения сферы его применения. Последнее связано с тем, что рассматриваемый метод позволяет определить экстремум функции при отсутствии ограничений на оптимизируемые параметры [8]. Между тем при оптимизации теплоэнергетических установок приходится иметь дело с системой ограничений в форме равенств и неравенств. [c.6]

В наибольшей мере к решению задачи комплексной оптимизации теплоэнергетических установок применимы методы нелинейного математического программирования. Здесь целесообразно отметить, что нелинейное программирование как новое математическое направление возникло и развилось за два последних десятилетия из-за невозможности учета ограничений — неравенств на оптимизируемые параметры и на нелинейные функции с помощью классических методов решения экстремальных задач. [c.7]

В настоящее время известны теоретически обоснованные и проверенные практикой методы нелинейного программирования, например градиентные, наискорейшего спуска, покоординатного спуска, возможных направлений [8—12]. Накоплен опыт применения методов нелинейного программирования и для решения задач оптимизации параметров и профиля оборудования теплоэнергетических установок. Разработанные программы расчета на ЭЦВМ позволяют осуществить совместную оптимизацию 300— 500 различных параметров [1, 2, 4, 7]. [c.7]

С помощью разработанных математических моделей теплоэнергетических установок и программ, реализующих методы нелинейного программирования, проведены исследования для выбора оптимальных параметров мощных конденсационных паротурбинных блоков применительно к условиям некоторых районов страны, парогазовых установок, в том числе для покрытия пиковой части графика нагрузки энергосистем, атомных электростанций с реакторами различных типов, установок с МГД-гене-раторами и др. (например, [7, 13—181). Степень комплексности подхода к решению задачи оптимизации параметров установок в указанных работах различна. Однако во всех этих работах получен значительный положительный эффект. [c.7]

Теоретические доказательства корректности применения некоторых экстремальных методов при большом числе разнородных переменных и сложности системы ограничений трудно осуществимы. В таких случаях центр тяжести доказательств корректности и эффективности используемых алгоритмов целесообразно переносить на анализ вычислительных процессов при решении задач на ЭЦВМ. Подобный анализ (см. 1 главы 2) позволил, в частности, отказаться от некоторых усложнений алгоритма оптимизации непрерывно и дискретно изменяющихся параметров реальных теплоэнергетических установок и их элементов. Необходимы дальнейшие постановки вычислительных экспериментов для определения наилучших значений критериев окончания решения отдельных подзадач и процесса оптимизации теплоэнергетической установки в целом. [c.12]

Особенностью таких однородных групп узлов, с одной стороны, является взаимозаменяемость в процессе их проектной оптимизации, а также возможность изменения их количества, направленности процессов по участкам схемы теплообмена, последовательности расположения элементов и других компоновочных преобразований без существенного изменения общей конфигурации термодинамического цикла. Это создает возможности взаимосвязанных перестановок элементов и сравнительно свободного перемещения в пределах их однородной группы. С другой стороны, любые компоновочные преобразования отличаются дискретным либо комбинаторным характером изменения признаков вида тепловой схемы и типов конструкций. Это, а также сложность и трудоемкость теплотехнических расчетов служат причиной неразработанности методов решения задач оптимизации конструктивно-компоновочных параметров и характеристик оборудования и технологической схемы теплоэнергетических установок. [c.40]

Комплексная оптимизация теплоэнергетических установок имеет целью выбор термодинамических и расходных параметров рабочих процессов установки, конструктивно-компоновочных параметров и характеристик элементов оборудования, а также вида тепловой схемы, которым соответствует минимум расчетных затрат по установке. Разработанные к настоящему времени методы математического моделирования и комплексной оптимизации теплоэнергетических установок применимы для достаточно эффективного выбора термодинамических, расходных и конструктивно-компоновочных параметров установки с фиксированной или изменяемой в узком диапазоне тепловой схемой. Решение более общей задачи, включающей оптимизацию вида тепловой схемы установки, встречает серьезные трудности в создании эффективного метода расчета тепловых схем установок и в разработке метода оптимизации вида схемы. [c.55]

При создании математических моделей для комплексной оптимизации параметров теплоэнергетических установок в СЭИ СО АН СССР разработаны метод и алгоритмы расчета тепловых схем [1, 64]. В основе метода лежало представление структуры тепловой схемы при помощи матрицы инциденций узлов и дуг графа, соответствующего рассчитываемой тепловой схеме, и задание матрицы функциональных связей между параметрами. Алгоритмы были реализованы применительно к ЭЦВМ среднего класса (БЭСМ-2М), что предопределило их недостаточную гибкость и универсальность. [c.56]

Проведенный анализ показал невыпуклость области допустимых значений параметров теплоэнергетических установок. В сочетании с дискретностью изменения некоторых параметров и технологических характеристик узлов и элементов установки это обусловливает возможность существования множества локальных минимумов функции расчетных затрат по теплоэнергетической установке. В настоящее время нет общего эффективного метода определения абсолютного оптимума из множества локальных. При решении задач оптимизации пока приходится ориентироваться на применение приближенных методов [1, 2, И], что требует дальнейших разработок методов поиска абсолютного минимума функции цели. [c.12]

Возможность существования особых точек (седловых, типа гребней и оврагов и т. д.), разрывности функционала и изменений переменных условных экстремумов на границах допустимых областей, многосвязности, многоэкстремальности функционала, ограничений типа неравенств, дискретность переменных и т. д. — все это приводит к практической непригодности аналитических методов оптимизации теплоэнергетических установок. Применение ЭВМ. и численных методов нелинейного программирования позволяет в основном преодолеть эти затруднения. При малом числе оптимизируемых переменных и при узких пределах их изменения отыскание глобального экстремума практически обеспечивает метод сплошного перебора на ЭВМ вариантов путем обхода в определенном порядке узлов многомерной сетки в пространстве независимых переменных и вычисление в каждой точке значений функций ограничений и функционала. При этом отбрасываются те точки, в которых ограничения не выполняются, а среди точек, для которых ограничения справедливы, выбирается точка с наименьшим (или наибольшим) значением функционала. При оптимизации по большому числу параметров применяются методы направленного поиска оптимума градиентные, наискорейшего спуска, покоординатного спуска (Л. 21]. [c.57]

Однако применение этого метода для систем с ограничениями на области допустимых значений независимых переменных только третьего рода встречает значительные трудности, вызванные отсутствием выражений для внутренних относительных КПД термодинамических процессов в малоисследованных эле.ментах установок. Кроме того, значительное число связей и ограничений, налагаемых на параметры реальных теплоэнергетических установок, имеют вид числовых и функциональных неравенств (ограничения первого и второго рода соответственно), а также целочисленных ограничений. Корректный (в математическом отношении) учет этих ограничений в дифференциальном методе оптимизации невозможен, хотя в его рамках имеются способы их приближенного учета [85]. Это обстоятельство является вторым недостатком расс.мотренного метода. [c.38]

В перспективе ближайших 10—15 лет перед теплоэнергетикой стоят большие задачи форсированное развитие атомных электростанций различных типов с агрегатами единичной мощностью (электрической) до 1000—1500 Мет наращивание конденсационных электростанций блоками мощностью 500, 800,1200 Мет и выше, в том числе с пониженными капиталовложениями, экономически соответствующими работе на дешевых сибирских углях создание специальных пиковых и полупиковых электростанций большой мощности с газотурбинными, парогазовыми и паротурбинными агрегатами создание новых видов комбинированных энергоустановок (парогазовые циклы, установки с МГД-генераторами, установки с низкокипящими рабочими веществами, водофреоновые циклы и др.). Решение указанных задач связано с определением рационального вида технологической схемы и оптимальных значений термодинамических, расходных и конструктивных параметров различных типов теплоэнергетических установок, что немыслимо без широкого использования метода комплексной оптимизации теплоэнергетических установок. Только в этом случае возможно получить решение, эффективное по времени, затратам и широте охвата факторов. [c.8]

Комплексная оптимизация теплоэнергетических установок имеет целью выбор параметров термодинамического цикла, конструктивнокомпоновочных характеристик агрегатов и элементов установки, а также вида технологических схем, которым соответствует минимум расчетных затрат по установке. Существующие методы нелинейного программирования позволяют достаточно эффективно производить оптимизацию непрерывно изменяющихся параметров, к которым принадлежит подавляющая часть расходных и термодинамических параметров установки. [c.11]

Технологические схемы теплоэнергетических установок с оптимальными свойствами могут быть синтезированы путем последовательного применения методов нелинейного программирования для множества технологических графов, отображающих различные структурные состояния технологической схемы теплоэнергетической установки. Эта наиболее общая задача оптимизации теплоэнергетической установки должна решаться с учетом как иерархической взаимосвязи между подзадачами оптимизации параметров узлов, элементов, агрегатов и установки в целом, так и алгоритмических особенностей оптимизации непрерывно и дискретно изменяющихся параметров. Соответственно в методике решения задачи синтеза оптимальных схем теплоэнергетических установок должны быть итерационно взаимосвязаны алгоритм нелинейного математического программирования, принятый для оптимизации непрерывно изменяющихся термодинамических и расходных параметров установки алгоритм дискретного нелинейного программирования, с помощью которого осуществляется оптимизация дискретно изменяющихся конструктивно-ком-поновочных параметров элементов, узлов и агрегатов установки алгоритм оптимизации вида тепловой (технологической) схемы установки с учетом технических и структурных ограничений. Конструктивные приемы решения этой очень сложной задачи находятся в стадии разработки. [c.11]

Математические модели исследуемых ПГУ представлены в виде системы программ для ЭЦВМ БЭСМ-4. Эта система состоит из двух частей программы расчета тепловой схемы установки и программы определения суммарных расчетных затрат по установке. Алгоритм удовлетворения ограничений на технологические характеристики включен во вторую часть, а на независимые и зависимые параметры — в первую часть. Алгоритм оптимизации параметров ПГУ, основанный на применении градиентного метода, реализован в виде отдельной программы, не содержащей никаких вычислений, кроме подсчета величины шага. Эта программа в значительной степени универсальна и может быть использована для оптимизации большого класса теплоэнергетических установок [75, 88]. [c.135]

Большая экономическая устойчивость оптимальных решений подтверждает высокую эффективность метода комплексной оптимизации параметров и профиля теплоэнергетических установок. О надежности получаемых результатов в задачах оптимизации можно судить по соотношению двух величин эффекта оптимизации и возможной погрешности решения задачи. При решении задач в условиях детерминированного задания исходных данных иногда высказывалось опасение, не превышает ли не учитываемая в явном виде погрешность задания исходных данных эффекта оптимизации, хотя косвенная оценка этой погрешности могла быть определена [19]. Оптимизация теплоэнергетических установок в условиях неопределенности и анализ устойчивости полученных решений показали несостоятельность подобных опасений. Анализ ряда решев- [c.191]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...