نشریه تخصصی مهندسی صنایع، دوره 49، شماره 2، پاییز و زمستان 1394، از صفحه 165 تا 176

بهبود روش های بهره برداری از یک نیروگاه سیکل ترکیبی با استفاده از رویکرد ترکیبی برنامه ریزی ریاضی و سیستم های خبرة فازی

سیدعلی ترابی1* محسن شایگان 2 و محمد محمدی3 ‌
دانشیار دانشکدة مهندسی صنایع دانشگاه تهران
کارشناس ارشد مهندسی صنایع دانشگاه خوارزمی تهران
استادیار گروه مهندسی صنایع دانشگاه خوارزمی تهران

)تاریخ دریافت 24/03/93 ـ تاریخ دریافت روایت اصلاح شده 07/11/93 ـ تاریخ تصویب 18/3/94( چکیده
در این مقاله، روشی جدید برای بهره برداری از یک نیروگاه سیکل ترکیبی ارائه شده است. در حالت بهره بـردار ی عـاد ی از نیروگـاه ، دو پـ ارامتر بازدهی و ریسک اهمیت بسیاری دارند. در وضعیت فعلی، مقدار تولید درخواستی از نیروگاه از طرف مرکز کنترل )مدیریت و راهبری شبکة برق ایران( اعلام می شود و مرکز کنترل و بازار برق و اپراتورهای نیروگاهها به صورت مساوی این مقدار درخواستی را بین واحدها توزیع می کنند کـه از نظر بازدهی و ریسک، اقتصادی و بهینه نیست. در روش پیشنهادی، داده های لحظه ای واحدهای نیروگـاه ، پـس از فـاز ی شـدن وارد سیسـتم خبرة فازی می شوند. سپس با توجه به شرایط واحدها، دو مقیاس به عنوان بازدهی و ریسک برای هر واحد، مشخص و به صورت غیرفازیشده در خروجی سیستم خبره ارائه می شود. سپس، این پارامترها در یک مدل برنامه ریزی ریاضی دوهدفه به عنوان ضرایب معادلهها بـه کـار مـ یرونـد و پس از حل مدل ریاضی، بهترین ترکیب ممکن از توزیع بار واحدهای نیروگاهی، براساس بازدهی و ریسک آن ها به برنامـه ریـ ز ارائـه مـ ی شـود .
درنهایت، بهکمک مثالی عددی، میزان تأثیر و کارایی روش پیشنهادی در عمل بررسی میشود.

واژه‌های‌کلیدی: برنامه ریزی ریاضی، بهره برداری نیروگاه، روش حدی تقویتشده، سیستم هـا ی پشـت یبان تصـم یم،
سیستم های خبرة فازی، سیستم های مبتنیبر قاعده.

مقدمه
در زمینة انواع فراینـد تولیـ د انـرژ ی الکتریکـ ی، روش هـا و فناوری های متفاوت و متنوعی توسعه یافتـه انـد . درنتیجـه ، عملیات بهره برداری از آن ها نیز بایـ د بـه روش هـا ی خـاص هریک صورت گیرد. بهره برداری از نیروگاه ها شامل عملیات و مانورهای بسیار زیاد و گسترده و هماهنگی عملیات است، اما به طورکلی، در شرایط بهره برداری نرمال، هـدف ، اجـرا و کنترل فرایندها به نحوی است که بازده فرایند تولید انـرژ ی الکتریکی تا حد ممکن زیاد باشد و درعین حال، کل فراینـد به صورت ایمن و مطمئن و با حداقل هزینه و آلودگی محیط زیست انجام گیرد.
در فرایند حسـاس و پیچیـ دة تولیـ د انـرژ ی الکتریکـ ی، علاوه بر اینکه پارامترهای یک طراحی پیشرفته و بهینه برای تجهیزات- که از طرف سازنده رعایت می شود- در بازدهی و

* نویسندة مسئول: تلفن: 02161114267

ایمنی تولید نقش بسیار مهمـ ی دارد، روش بهـره بـردار ی و استفاده از فرایند نیز در این بازدهی و ایمنـ ی )پـا یینبـودن ریسک( از اهمیت بسـ یار برخـوردار اسـت . درحـال حاضـر ، علیرغم پیشرفت های زیاد در سیستم های کنترل نیروگاه ها و اتوماسیون فرایندها، هنوز در بسیاری از موارد، تصمیم هـا از سوی شخص بهره بردار یا سرپرست به صورت سلیقه ای یـ ا تجربی اتخاذ می شود که در آن بـی تردیـد ، در شـرا یطی بـا محدودیت زمانی یـ ا فنـ ی، لـزوم یـ ک سیسـتم پشـت یبان و درعین حال هوشـمند و خبـره بـرا ی کمـک بـه بهـره بـردار احساس می شود.
تمامی پارامترهای مؤثر بر هزینـه و همچنـ ین آلـودگ ی محیط زیست و حتی ایمنی و اطمینان، درهرصورت به طـور مستقیم یا غیرمستقیم بر دو پارامتر مهم بازدهی و ریسـک Email: [email protected]
تأثیرگذارند. البته بازدهی به طور مستقیم قابـل انـدازه گیـ ریاست، اما این امر به طور مستقیم امکانپذیر نیست بنابراین، مقیاس ریسک به صورت صفر تا صـد تعریـ ف شـده اسـت و مقدار آن نیز با توجه به دیدگاههای افراد خبـره بـه صـورت احتمال آسیب به واحد یـ ا ازدسـت رفـتن تولیـ د در شـرا یط مختلف تعیین شـده اسـت بـ رای مثـال ، افـزا یش بـازده ی نشان دهندة کاهش مصرف سوخت به ازای یک سطح تولیـ د معین است که علاوهبر کاهش هزینه، به علت مصرف سوخت کمتر در آن، آ ینده های زیست محیطی کمتری نیز منتشـر می شود. همچنین کاهش سطح تولیـ د واحـد ی- کـه مـثلاً لرزشهای1 بیشتری در یاتاقـان دارد- درواقـع ، دورشـدن از شرایط ریسک است که علاوهبر کاهش پارامتر ریسک- کـه در مدل به صورت یک مقیاس تعریف شده است- در کاهش هزینههای درازمدت )بابت تعمیر و رفع آسیب های واردشده به یاتاقان ها بر اثر لرزش در ایـ ن مثـال ( و نیـ ز هزینـه هـا ی کوتاه مدت )بابت کاهش احتمال خروج اضـطرا ری واحـد 2 و ازدستدادن تولید و درواقع درآمد( تأثیر بسیاری دارد.
پارامتر ریسک در پژوهش حاضر با توجه به مطالعة فرایند تولید انرژی الکتریکی، به صورت ریسک توقف فراینـد 3 بـه کـار می رود. فرایند نیروگاه سیکل ترکیبی، خود متشکل از چندین زیرفرایند است و آن ها نیز ممکن است از زیرفرایندهای دیگر و درنهایت، از تجهیزات تشکیل شده باشند. بـه طـورکل ی، بـرا ی کاهش ریسک توقـف تولیـ د، از تجهیـ زات پشـت یبان اسـتفاده می شود برای مثال، اگر در زیرفرایندی به دستگاه پمـپ نیـ از باشد، از همان پمپ، دو دستگاه در فرایند نصب می شـود کـه یک دستگاه به صورت نرمال در مدار و دیگـر ی آمـاده اسـت و درصــورت بــروز اشــکال در پمــپ اول، پمــپ دوم بلافاصــله به صورت اتوماتیک در مدار قرار می گیرد.
حال اگر یک تجهیز یا فراینـد پشـت یبان دچـار اشـکال باشد، ریسک )احتمـال ( توقـف فراینـد افـزا یش مـ ییابـد و درصورت بروز اشکال در تجهیز یا زیرفرایند مورد نظر، کـل فرایند متوقف میشود و این به معنای بروز حادثه )فنی( است.
بدینترتیب، با توجه به مدت توقف، تا بازیابی مجدد فرایند یا تجهیز و بازگشت شرایط بـه حالـت نرمـال ، زیـ ان مـال ی نیـ ز متوجه کل مجموعه میشود.
در پژوهش حاضر، امکان تلفیـ ق یـ ک سیسـتم خبـره و مدل برنامه ریزی ریاضی، برای ایجاد یک سیسـتم درجهـت پشتیبانی از تصمیم گیری بهره بردار در فرایند تولیـ د انـرژ یالکتریکی در یک نیروگاه سیکل ترکیبی بررسـ ی مـ یشـود .
فرض بر این است که با طراحی چنین سیسـتم ی بتـوان در شرایط مختلف، بازدهی را افزایش و ریسـک را کـاهش داد.
میزان تغییر در این دو پارامتر نیز در یک مطالعة موردی در نیروگاه سیکل ترکیبی گیلان، بررسی و تحلیل میشود.
مرور ادبیات
در این پژوهش، برای بهینه سازی تولید واحـدها ی نیروگـاه سیکل ترکیبی، از تلفیق یـ ک سیسـتم خبـره و یـ ک مـدل ریاضی استفاده شـده اسـت بـه ایـ ن ترتیـ ب کـه بخشـ ی از پارامترهای مدل ریاضی در سیستم خبـره – کـه بـه صـورت فازی است- تعیین شده است. با تکمیل مدل ریاضی و حل
آن، جواب های بهینـه بـه دسـت مـ ی آیـ د کـه مقـدار تولیـ د تخصیص یافته به هر واحـد تولیـ د انـرژ ی الکتریکـ ی اسـت .
درنهایت، با اعمال این مقادیر در فرایند، علاوه بر رسیدن بـه بیشــترین بــازدهی ممکــن و کمتــرین ریســک، رعایــت دســتورالعمل هــای ارائــه شــده بــرای بهــره بــرداری و نیــز دستورالعمل هـا ی سـازنده تضـم ین مـ یشـود . ایـ ن شـ یوه، دراصطلاح، برنامه ریزی برمبنای قوانین4 نام دارد.
پروفسور فیگنبـام 5 ]1[، یکـ ی از پیشکسـوتان فنـاوری سیستم های خبره، تعریفی از سیستم خبره دارد: «برنامهای کامپیوتری و هوشمند کـه از دانـش و روش هـا ی اسـتنتاج برای حل مسائلی استفاده می کند که بهدلیل دشـوار ی، بـه تجربه و مهارت انسان نیاز دارند.» از نظـر سـاختار داخلـ ی، سیستم خبره از دو بخش تشکیل می شود. بخش اول پایگاه دانش6 است. این پایگاه، حاوی دانشی است که بخـش دوم، یعنی موتور‌استنتاج7، بهکمک آن نتی جهگیری می کند.
در شکل 1، ساختار یک سیستم خبره مشاهده میشود.
برای اطلاعات بیشتر به ]2[ مراجعه کنید.
تعاریف جدید سیستم های خبره، آن را سیستمی بـرا ی پشــتیبانی از تصــمیم گیــری مــدیران8 در موقعیــت هــای نیمه ساختاریافته معرفی می کند. DSS به عنوان یک سیستم در کنار تصمیم گیران، بـرا ی افـزا یش قابلیـ ت آن هـا درنظـر گرفته می شود، اما جایگزین قضاوت آن هـا نمـ ی شـود . ایـ ن سیستم ها در جاهایی بهکار میرونـد کـه نیـ از بـه قضـاوت وجود دارد یا تصمیم گیری به صورت کامل به وسیلة الگوریتمقابلانجام نیست.

Knowledge-Base Database
Rule: IF -THEN Fact
Inference Engine Explanation Facility
User Interface
User
شکل 1. اجزای یک سیستم خبرة مبتنی بر قاعده

برای آگاهی بیشتر از سیستم های پشتیبان تصمیم، بـه منابع ]3[، ]4[، ]5[ و ]6[ مراجعه کنید )شکل 2(.

Decision Support System

User

GUI

Model Base

Knowledge Base

Database

Decision Support System

User

GUI

Model Base

Knowledge Base



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید