综合优化控制

综合优化控制（精选九篇）

综合优化控制 篇1

关键词：潮流优化,海上油田群电网,非线性优化问题,多目标优化

0 引言

随着海上油气开采的规模不断扩大,其生产模式已由传统的单平台作业模式发展为油田群开采模式。两者比较而言,后者可有效地降低平台建设、运行和维护的成本[1,2,3]。多平台相连的油田群电网互联在一起构成了海上油田群电网,它是为油气生产提供动力的重要基础设施,通常是由布置在陆上的终端、海上平台上的发电站和/或配电站通过海底电缆联立构成的发、输、配、用一体化的电力网络。与陆上电网相比,海上油田群电网有其独有的特点:(1)采用油田伴生气发电,燃料的经济价值非常高;(2)系统整体惯性小,电源和负荷耦合紧密、动态平衡要求高;(3)燃气轮发电机的响应非常快,但过载能力非常小,容易在功率越限时跳机;(4)负荷相对固定,通常不需要复杂的负荷预测;(5)系统规模相较于陆上电网小,容易求解;(6)海缆的充电功率很大,运行过程中要考虑海缆的热稳定极限以及充电功率对系统的影响。

目前,中国的海上油田群电网处于独立运行状态,规模相比于陆上电网较小,但是较之于传统的单平台模式规模已十分庞大,其运行控制问题也较为复杂。如何优化控制海上油田群电网的潮流运行是保证油田群电网安全、可靠、优质、经济运行所必需解决的问题。目前,数据采集与监控(SCADA)系统作为油田群电网的主要监控系统,只提供基本的数据采集和监视功能,电网潮流仍依赖于电网调度员手动控制或采用简陋的机组平均出力模式。随着油田群电网规模的逐步扩大,电网运行方式的逐步增多,现有潮流控制方式越来越不科学,且给电网安全运行埋下了较大的隐患。

在陆上大电网中,能量管理系统(EMS)及其自动发电控制(AGC)/自动电压控制(AVC)功能已得到广泛应用;前者通过控制调频机组的出力使得系统在满足安全性前提下实现系统的经济运行,后者通过无功功率调控来提高电压质量、降低网损并提升运行经济性[4]。实践中AGC和AVC大多是作为相对独立的控制系统[5];但也有研究考虑到有功功率、无功功率以及电压之间的耦合关系,进而提出AGC/AVC综合控制体系[5,6]。相较于陆上电网,海上油田群电网规模较小,变量较少,且燃气轮机组功率响应速度很快,因此可将发电控制、电压控制和经济调度协调起来进行,以在较短的时间周期(5s)内兼顾功率平衡、电压质量和运行经济性,使电网的运行自动趋优。需注意的是,这种组合的潮流控制与陆上电网AGC/AVC是存在差别的,可视为后者在较短时间尺度上的一种简化组合。

本文针对国内率先实现电力组网的涠西南油田群电网建立了一套潮流优化控制模型与方法,实现了油田群电网的状态监控、状态估计、潮流优化控制等功能。采用现场数据进行测试,结果表明该系统可以很好地协调电网各项安全、可靠、优质、经济运行指标,能够保证电网的优质、经济运行。

1 潮流优化控制的数学模型

海上油田群电网的潮流控制问题,即当电网结构、参数和负荷确定后,通过调节控制变量,在满足约束条件下,使潮流分布实现运行性能优化。通过适当规范控制变量、状态变量、优化目标和约束条件,可将控制问题转化为多约束非线性优化模型[7,8]。

1.1 控制变量与状态变量

在油田群电网的潮流优化模型中,控制变量包括:可控燃气轮机组的有功和无功功率Pgi和Qgi(i=1,2,…,NG)、带载调节变压器变比ki(i=1,2,…,NT)、电抗器投切状态SQci(i=1,2,…,NC)和静止无功发生器(SVG)功率QSVGi(i=1,2,…,NSVG)等,其中NG,NT,NC,NSVG分别为电网内发电机、变压器、电抗器和SVG的数目。状态变量包括各节点电压横、纵分量ei和fi(i=1,2,…,ND),其中ND为节点数目。

SVG采用内环电压控制和外环无功控制模式,前者响应时间快,在动态过程中稳定接入母线的电压,后者响应速度慢,接受EMS的指令输出给定无功功率。亦即动态过程中,SVG起到电压支撑作用;但在稳态潮流控制中,通过调节其无功值,实现全网的潮流优化目标,因此在“潮流”时间尺度上,可将其建模成一个可控的无功功率源,在潮流计算中作为一个有功功率为0(或一个很小的负值,模拟损耗)、无功功率可调节的PQ“发电机”来处理。

1.2 优化目标

潮流控制包括经济性和运行质量两类性能指标。

1)经济性指标1:发电燃料费用

发电燃料即油田伴生气(可加工成液化天然气)的费用fC表示为:

fi(Pgi)可采用二次函数拟合模型:

式中:ai,bi,ci均为发电费用参数。

2)经济性指标2:系统网损

网损可由下式计算:

式中:PDi为各节点负载的有功功率。

3)运行质量类指标:节点电压偏差

电压偏差表示系统各节点电压幅值与标称值的差异,为便于计算,电压偏差定义为:

式中:Vn为标称电压幅值。

1.3 约束条件

1)等式约束,即潮流方程:保证了电网在负荷功率发生变化后能调整机组出力以保证功率平衡。

2)不等式约束,即安全性约束,包括:(1)节点电压约束;(2)各支路输电容量约束;(3)控制变量,即机组有功和无功出力、变压器变比和SVG无功功率的上下限约束。

各约束条件的详细公式表达可参见附录A。

综上,潮流优化控制的整体数学模型如式(5)所示,其中各约束条件的上下限是根据设备规范或实际要求由现场运行人员设定的。

式中:wC,wloss,wV分别为发电燃料费用、系统网损和节点电压偏差的权重;PGi和QGi分别为节点i注入的发电有功和无功功率;QDi为节点i的负载无功功率;Gij和Bij分别为节点i和j之间的互电导和互电纳;Sijmax为节点i和j之间支路传输功率的上限值;NL为系统支路数;Vimax和Vimin分别为节点电压幅值的上下限;Pgimax,Pgimin和Qgimax,Qgimin分别为机组有功、无功出力的最大和最小值;kimax和kimin分别为变压器变比的最大和最小值;QSVGmax和QSVGmin分别为SVG无功功率的最大和最小值。

2 优化控制问题的求解

优化问题(式(5))是一个典型的非线性约束优化问题,本文设计并实现了一套基于内点法的优化求解方法。同时考虑到问题中有部分参数(变压器变比、电抗器投切状态)是离散变量,对于这种含离散变量的非线性优化问题,已有一些求解方法[9,10,11,12],其基本思路是首先将离散变量作为连续变量进行优化求解,然后根据优化的结果对离散量进行就近归整。对于海上油田群电网来说,由于节点较少,为降低优化求解的计算量,实践中采用文献[9]的分支定界法进行优化。首先用内点法求解对应连续变量的最优化问题,然后对连续解进行分支,沿目标值较小的那一条分支求解至最末端,从而得到原混合变量优化问题的解。

简化分支定界法可应用于所有离散变量,但其解的优劣与变量分支顺序有关。一个较好的分支顺序,可以得到一个较好的解。结合目标电网的特点,对整数变量采用如下排序方法:首先是变压器分接头,考虑到实际系统中电压等级高的分接头对电压影响较大,故在分步规整过程中,变压器分接头按照电压等级从高到低来排序;其次是电抗器投切,考虑到最优解与离散值差距越大,其规整后对系统的影响越大,因此电抗器的投切按照得到的最优解与离散值的差距从大到小排序。这种规整方法虽然只能保证获得一个次优解,但是大大降低了计算量,且考虑了分支定界法的经验,相对于直接规整更加精准,所获得的次优解是可接受的。

3 初步应用情况和现场数据分析结果

涠西南油田群位于中国南海北部湾涠洲岛西南方向,是国内第一个大范围、多机组的油田电力组网。涠西南油田群电网连接了8组平台,包括1组岛上终端平台和7组海上平台,现有燃气轮发电机9台(单机最大容量为5 MW)、35kV变压器8台、海底电缆总长约100km、负荷总量约35 MW,系统结构如图1所示。

上述潮流优化控制系统于2012年12月投入试运行,其部分实测结果分析如下。优化控制的目标函数包括发电燃料费用、系统网损和电压偏差3个分指标,并通过权重设置来协调其间的关系。测试中潮流收敛门槛值为0.000 1(标幺值),各节点电压设定的标称值都为1.0(标幺值),重点考察了以下5种运行模式。

模式1:仅以系统网损为优化目标。

模式2:仅以系统电压偏差为优化目标。

模式3:仅以系统发电燃料费用为优化目标。

模式4:以系统发电燃料费用(权重为1)和网损(权重为10)为综合优化目标。

模式5:以系统发电燃料费用(权重为1)、网损(权重为10)和电压偏差(权重为1)为综合优化目标。

2012年12月15日上午10:00涠西南油田群电网的实时拓扑图见图1(其中部分机组停运,未在图中标示)。系统的完整参数见附录B,各节点电压(标幺值)、发电机出力情况分别如表1和表2所示。

以上述现场数据为初始方式和优化起点,在5种运行模式下进行潮流优化,得到的控制变量以及各节点电压偏差分别如表3至表7所示;并将模式5的优化结果下发到各控制设备,进行了现场测试。

不同控制模式下电网的网损、总燃料费用和电压偏差分别如图2至图4所示。

对比发现,模式1的有功损耗最小,模式2的电压偏差最小,模式3的发电燃料费用最小,这是因为它们分别是以网损、电压偏差、发电燃料费用为单一目标的控制模式;这些单一目标控制模式下,其他性能指标都不理想。模式2仅以降低电压偏差为目标,会导致发电机无功输出高时,电抗器补偿也变大,虽然电压偏差小了,但增大的无功潮流导致较高的网损。模式4仅以经济性为优化目标,则系统电压普遍偏高。对比模式3和模式4,其结果基本一致,这是因为它们具有一致性的经济性目标,而网损比发电燃料费用要小很多,使得网损目标的作用不明显,若将网损的权重系数设置很大(如10 000),则优化结果与模式1接近。模式5将经济性目标和运行质量两类目标综合起来,既可有效降低发电燃料费用,又能保证系统的电压质量,对系统运行起到综合调控的作用,是一种折中而效果较佳的控制模式。

将模式5控制策略实际执行后,重新采集了系统的参数,并进行新一轮状态估计,得到的潮流数据与模型计算结果基本一致,功率和电压偏差在0.03 MVA和0.1kV(对应35kV母线)之内,这主要是由于机组功率的调控分辨率有限(约为2%)以及测量误差造成的。

4 结语

海上石油平台供电模式已由单平台供电模式转变为多平台组网供电模式;油田群电网的潮流优化控制对于保证油田群电网的安全、可靠、经济、优质运行具有重要的作用。本文针对中国首个油田群电网———涠西南电网,综合考虑系统发电费用、网损、电压偏差等目标,将潮流优化控制问题归纳为非线性约束优化问题,采用内点法进行求解,并借助分支定界法优化变压器变比和电抗器投切状态等离散变量,可高效求解优化问题。对所提出的方法进行了现场初步验证,表明可根据实际需要调节发电费用、网损和电压偏差的权重,进而达到实现不同控制目标的效果,而三者综合协调控制,可兼顾多目标而达到总体最佳控制性能。

大学生综合素质测评优化模型 篇2

大学生综合素质测评是测评主体采用科学的方法，收集被测评者在主要活动领域中的表征信息，针对某一素质测评目标系做出量值或价值的判断过程。大学生素质综合测评的提出与一般的素质测评相比有着明显不同的特点，是高校根据国家的教育方针，采用科学的方法，制定出符合高校教育目标的测评指标，收集大学生在校学习、生活等主要活动领域中反映出的素质的表征信息，并对其做出量值或价值的综合评定及判断过程。大学生素质测评的目的不仅在于它是教育管理的一种有效手段，而且也是教育者施加于被教育对象的教育目标的具体体现。

建立一套比较具有科学性、可操作性、时代性，开放性的测评体系，以便在大学生综合素质测评过程中能够做到测评工作严肃、透明、客观、公正，是必要的。

附件是一份某校大学生综合素质测评表，请你对此测评体系的科学性作出评价，并根据你的理解给出改进的测评体系。

附件：大学生综合素质考评实施办法

为全面贯彻党的教育方针,激励学生德智体全面发展，培养具有创新精神和实践能力的合格人才，为评定奖学金、优秀毕业生等荣誉称号提供客观依据，根据高等院校的培养目标，结合我校实际，特制定本办法。

一、考评指标与权重

（一）考评指标

学生综合素质考评 指标 内容

德育 思想品德

遵纪守法

诚实守信

宿舍文明

智育 学习成绩

英语、计算机等级考试

体育 早锻炼

课外体育锻炼

体育达标

体育竞赛

能力 基本职业技能

学术论文（设计）

数学建模

美术创作

小发明、小创造等

（二）权重系数

指标权重年级德育 智育 体育 能力

一 12% 70% 8% 10%

二 12% 70% 8% 10%

三 12% 65% 8% 15%

四（上）12% 65% 8% 15%

二、考评内容

（一）德育

1、日常行为分

（1）基本分50分

（2）加减分

①加分标准

级别加分内容 国家 省 市 校 院 班 备注

先进事迹受表扬 15 12 9 6 2 1 集体表彰减半加分

优秀团、学干部 15 12 9 6 4

积极分子、优秀通讯员 / ／ ／ 4 2

社会实践先进 10 8 6 4 2

注：一学期内被评选为不同级别、同一项目的加分取最高分。

②减分标准

项目 通报批评 警告 严重警告 记过 留校察看

班 院 校

减分 1 2 6 20 30 40 50

（3）由校公寓区学生教育与管理领导小组办公室根据学生在公寓区的表现情况，组织公寓区学生品行考核，考核分最高为20分。

（4）学期全勤的同学每人加20分，缺课一节扣1分，旷课一节扣5分（三次迟到或早退作一节旷课），扣完为止（生病住院等情况除外）。

（5）在校期间，无正当理由拖欠学费、借款不按期还贷款、申请或享受资助政策过程中有弄虚作假行为者，扣德育分10分。

2、最高分为100分，超过100分按100分计，走读生按80分计。

3、走读生日常行为表现=100/80*Y（Y等于走读生除宿舍规范分外的日常行为表现分）

（二）智育

1、学习成绩计算公式为：

课程学分绩点和=（∑必修课绩点×学分）/∑必修课学分×[1+（选修、辅修学分总和）×K](K为变量，目前暂定0.01）

素质学分根据学分制管理条例冲抵相关学分，但不列入智育评价成绩。

2、英语、计算机获得等级证书加分标准：

内容加分类别 英语 计算机

三级 四级 六级 八级 二级 三级 高级程序员

本科生 专业 ／ 1 ／ 2 ／ ／ 1

非专业 ／ 1 2 ／ ／ 1 2

专科生、音体美本科生1 2 3 ／ 1 2 3

注：

1、从获得成绩的学期起每学期加相应分值。

2、英语等级考试加分，按考试成绩核算，凡分数达到等级考试总分60%以上者，视为通过考试并给予相应加分。

（三）体育

1、体育达标加分标准参照<<学生体质健康标准>>，由教务处提供成绩。

2、早锻炼以及课外体育锻炼活动满分100分。早锻炼出勤率低于80％则取消奖学金一、二等奖评选资格。

3、体育竞赛加分标准

等级加分级别 一等奖 二等奖 三等奖 鼓励奖

国家级 60 50 30 15

省级 30 20 15 8

市级 15 10 8 4

校级 8 6 4

院级 4 2 14、体育成绩=体育达标分*70%+早锻炼以及课外体育锻炼*30% +体育竞赛加分，其中走读生体育成绩＝体育达标分+体育竞赛加分。

5、最高分为100分，超过100分按100分计。

6、体育课成绩计入智育。

（四）能力

1、基本分50分

2、加分

（1）以班级为单位，每学期组织一次与本专业紧密相关的技能竞赛加分标准：

等级 一等 二等 三等

比例 20％ 50％ 30％

加分 20 15 10

（2）书法、表达、文艺等方面获奖加分标准：

等级加分级别 一等奖 二等奖 三等奖 鼓励奖

国家级 60 50 30 15

省级 30 20 15 8

市级 15 10 8 4

校级 8 6 4

院级 4 2 1

（3）文学作品、调研报告等发表加分标准：

省级（公开报刊）市级（公开报刊）

第一作者 第二作者 第三作者 第一作者 第二作者 第三作者8 5 6 3 1

（4）学生本人独立或以第一作者在正式刊物上（有公开刊号的学术期刊）发表学术论文加分标

准：

级别 一级 二级A类 二级B类 三级（一般院校学报）正式出版物

分数 80 65 50 40 10

学术论文的级别认定以科研处制定的标准为依据。

（5）数学建模、小发明、小创造等获奖加分标准：

级别 国家级（三等奖以上）省级

一等 二等 三等

分数 60 40 30 20

（6）同一项目不重复加分取最高分，团体获奖减半加分。

3、除第（2）项获省级三等奖以上、市级一等奖及（4）、（5）两项加分外，其余加分超过100分按100分计。

三、考评办法与步骤：

（一）考评办法

班级每月开一次班会，表扬好人好事，批评不良行为，学院每两个月对学生管理工作进行小结，表扬先进，激励后进，对受到表扬、批评的学生按规定给予加、减分，做到加减分规范，校、院、班级表扬与批评及各种奖惩均以书面材料为准。

（二）考评步骤

1、班委要及时将每位同学的各项综合素质考评得分情况记入《综合素质考评记分表》；

2、学期末加以统计汇总，并在班级张榜公示一周；

3、公示结束后上交学院辅导员；

4、学院辅导员根据《综合素质考评记分表》和教务处提供的成绩，进行学生综合素质测评。

四、学生综合素质考评结果归入学生本人档案。

综合与优化生物教学方法 篇3

生物课堂教学较常用到的教学方法有讲授法、讨论法、谈话法、引导发现法、自学辅导法、实验法、情境教学法等。因此，教师要想在生物课堂中收到良好的教学效果，就要发挥出教学方法的优势性，克服其劣势，采用优化与组合的教学方法，通过合理协调的互补方式，更好地进行处理，最终使学生掌握生物知识。

例如，高中生物“水分代谢”的教学：①导言部分：把绿色植物代谢说明作为主要介绍内容，学生对这一内容的概述只需要做简单的了解，教师只需要采用讲授法和谈话法进行阐述。②其中一项内容“吸胀吸水”作为重点，学生不但需要了解内容，还需要通过了解将初中生物学习与日常的生活经验建立联系，在具有一定感性认识的基础上，联系已有知识，进行更深层的解析。③“渗透吸水”的原理，是重点和难点，是需要学生掌握的内容。主要教学要求包括三点：一是了解什么是渗透作用；二是理解细胞是一个渗透系统，从理论上明确细胞具备渗透吸水的条件；三是通过质壁分离和复原实验，证明细胞确实能通过渗透作用吸水或失去水分。④初中教学中学生了解到的知识：植物中水分的运输、散失和利用现象了解。教师授课中通过旧知识的温习，会发现学生对于知识的掌握程度，在学生感知基础较好的程度上，适时采用自学辅导的教学方法，分组讨论；在感知基础较差的程度上，则可采用谈话法教学，耐心、认真地引导。

另外，在教学中适当地运用教具、模型、多媒体或形象的肢体语言，都可以发挥意想不到的效果。

对于各种教学方法的综合与优化，没有机械的模式可搬，关键在于这种组合是否有利于教学目标的达成，是否符合学生的实际，是否符合教材内容的特点，是否符合特定的教学环境。具体来说应体现下列原则：

一、以教学目标为依据的原则

在选择综合与优化教学方法时，必须遵循以教学目标为依据的原则。生物教学目标大体上可分为认知目标和非认知目标两类。以认知目标为主要目标的课堂教学，多采用讲授法、谈话法等接受型的教学方法；以非认知目标为主要目标的课堂教学，多采用探究法、引导发现法等发现型的教学方法。而且，教学方法的综合与优化要以实现完整的教学目标为目的。

二、与教学内容相适应的原则

不同学科的教学内容具有不同的特点，同一学科的不同内容也具有不同的特点。如初中生物学科内容，有关于结构的，有关于生理的，有关于分类的，有关于进化的，有关于生态的，有关于遗传的；有的是微观的，有的是宏观的。在教材的编写形式上也各不相同，有叙述式的，有探究式的，有讨论式的。对于不同的内容应采用不同的教学方法。

三、从实际出发的原则

所谓从实际出发，即指从学生、教师、学校的实际出发。为了使教学方法切合学生实际，就必须深入了解学生学习生物学的心理特点和障碍，充分利用学生的潜在优势，尽量采用那些有利于端正学习态度、形成学生良好学习习惯、提高学生学习能力的教学方法；为了切合教师实际，在选择教学方法时，就要扬长避短，既发挥教师自己的优势，又不断尝试改革，逐步克服短处。从现代教学手段的发展来看，应特别注意现代化教学手段的运用。要逐步改革“粉笔加黑板”的原始教学手段，要重视采用现代化的教学技术媒介进行教学，为创造适宜的教学环境、提高教学效率创造条件。

教学方法的改革不是单纯的“方法”改革，也包括教学思想、观念的转变，教学思想对教学方法的选择和组合有着决定性的作用。以学生为主体，贯彻启发式的教学思想，坚持认知和非认知的协调发展，应该是我们在选择与组合教学方法时遵循的根本性原则。在这种转向中，中学生物的教学优化，还有许多要探讨的课题。除了课堂教学优化以外，还有现代教育观念的普及、教学效果评价方式、学生学习创新精神的培养、教学设备的更新，等等。生物教师要怀着强烈的责任心和热切的希望，面对一个个实际问题，坚持不懈地努力参与。

综合优化控制 篇4

无论从人类对环保和能源紧张局势所提出的需求还是电网结构的发展方向来看,分布式电源(DG)的接入使配电网有源化成为未来的 发展趋势[1,2]。当前输电网的电压控制已经比较成熟,而配电网电压控制通常只到变电站的低压母线,控制设备采用有载变压器分接头(ULTC)和并联无功补偿电容器(shunt capacitors,SCs)调节。当DG接入之后,配电网的电压分布发生了较大的变化,传统电压控制方法也因此受到挑战[3,4,5]。

针对上述问题,文献[6-9]考虑DG参与电压控制。文献[6]根据DG数量和灵敏度矩阵将网络动态划分为多个本地控制区域,使DG的有功和无功均参与区域内电压的控制。文献[7]针对传统电压控制方法均无效的情况,采用削减DG有功输出的方法使越限的节点电压恢复正常。文献[8]实现了对DG有功和无功的直接控制,可满足接入点电压和线路热容量限制。文献[9]同时考虑DG的有功、无功输出以及储能设备的充放电来实现一段时间内网络的DG功率利用率最大。然而,上述文献都忽略了DG与传统配电网的调压设备相互协调配合的调压问题。

综上所述,本文提出一种新型综合优化调压方法———两阶段法,从而实现了传统调压手段和DG结合的协调控制。该方法下,各节点的负荷及DG有功输出日前预测值较为准确,且DG有功输出在0~Pmax之间连续可控的前提下(其中Pmax为该时刻下DG可发出的最大有功功率),以减少网损和设备调节次数、提高DG功率利用率为目标,保障电网中各个节点电压满足要求的约束,运用两阶段法构建综合电压控制数学模型,并选择差分进化算法和动态规划(DP)算法对模型两阶段进行求解。

1 基于两阶段规划的综合电压控制

本文考虑的调压手段既有传统的变压器分接头调节与电容器组的投切,又有DG的输出功率协调电压控制问题。为减少网损和调压设备调节次数,提高DG有功利用率,设总目标函数f如式(1)所示:

式中:ΔT为单位时段,根据不同情况分为分钟级和小时级;CDG为DG单位售电电价;CLoss为电网供电电价;Ctap为每操作一次变压器分接头造成的损失;Ck为每操作一次电容器组投切造成的损耗;EhDG和PhDG分别为时段h内DG因参与调压不能有效利用的电能和平均功率;EhLoss和PhLoss分别为时段h内的网损电能和网损平均值;bhtap为时段h内变压器分接头所在挡位;khc为时段h内电容器投入的组数;phLoss和phDG分别为时段h内网损及DG因参与调压不能有效利用的有功功率。

由目标函数可以看出,DG的输出是连续型变量,变压器挡位和电容器投切是离散型变量,并且相邻时段之间的控制结果相互影响。因此,这是一个多阶段决策过程的混合规划问题。两阶段法是一种具有2层递阶结构的系统优化模型[10],首先基于第2阶段决策给定的方案对第1阶段进行优化,并将决策的最优值反馈回第2阶段;之后,第2阶段再根据第1阶段反馈的最优值选定使得全局效益最优的决策。据此可将目标函数拆分为两阶段进行处理。

1.1 第1阶段规划模型

第1阶段规划是在第2阶段规划给定变压器分接头挡位和投入电容器组数的方案下,满足负荷供给与电压质量的条件,以优化DG的有功功率利用率,降低网损为目标。第1阶段的目标函数为:

其中

式中:Whwaste为时段h内DG因参与调压不能有效利用的电能损失与网损之和;NDG为DG的个数;βhn为时段h内第n个DG的有功功率利用系数;Phn,max为时段h内第n个DG有功输出的最大值;Phreal为时段h内的实际输出有功功率;Phmax为时段h内预测最大功率跟踪输出;NB为配电网中节点的个数;Gi,j和θi,j分别为两端节点i和节点j的线路电导和电压相角差;Vih为时段h内节点i的电压有效值。

约束条件为:

式中:Vmax和Vmin分别为规定的电压上、下限;λhn和λn,min分别为第n个DG在时段h的功率因数和功率因数限值;Qhn,DG为第n个DG在时段h内发出的无功功率。

需要说明的是,此处DG参与调压只考虑有限功率因数范围的DG并网要求。如果并网允许,也可采用最大装机容量的约束。

1.2 第2阶段规划模型

第2阶段的规划以减少变压器分接头的调节次数和电容器组的投切次数为目标,是综合第1阶段规划的反馈结果,其表达式如下:

式中:khc,n为第n组电容器在时段h内投切状态,投入时该值取1,切断时则取0。

约束条件为:

式中:btap,max和btap,min分别为变压器分接头的上、下限;Atap为1d内变压器 分接头的 最大可调 次数;Ak,m为第m组电容器的日累计可投切最大次数。

1.3 两阶段规划控制框架

上述两阶段的控制框架如图1所示。

首先,第2阶段根据配电网的实际情况对不同时段内变压器挡位和电容器组投切可能出现的各种场景进行组合,并分配给第1阶段,第1阶段根据分配的组合结果并行进行局部优化,即确定每个DG的有功功率利用系数和无功输出量,使得该时段内的DG总有功功率利用率最大,同时保持电网的电压水平,减小网损。之后,再将该局部最优解(称为有效状态)反馈给第2阶段。

第1阶段除了上述功能外,还负责对第2阶段可能产生的不良场景组合进行识别,例如在重负荷的时段降低变压器电压且不投入电容器组。而此时仅靠DG的调节无法满足系统的电压水平要求。当存在不良场景组合时,则在该阶段将不良组合信息反馈给第2阶段,第2阶段在进行全局优化时将该组合删除。

2 第1阶段差分进化算法

2.1 有源配电网弱环运行潮流计算

在第1阶段优化DG的输出时,需进行多次潮流计算。考虑到有源配电网运行情况的复杂性,为了提高供电可靠性,弱环运行的情况将日趋普遍。而此时传统的辐射网潮流计算将失效。为了应对上述问题,本文通过对合环处联络开关状态的判断,实现对系统弱环运行的识别。当联络开关均断开时,系统为传统辐射状配电网,本文采用前推回代法进行潮流计算。当检测出系统中存在联络开关闭合时,系统为弱环运行。本文基于叠加原理的思想,在前推回代法的基础上进行改进,得到一种两层潮流方法[11],用于解决弱环运行潮流计算问题,其流程如图2所示。

2.2 差分进化算法

第1阶段的目标是优化各时段内DG的有功和无功输出,在满足系统安全的条件下,优化配电网运行。差分进化算法的特点是从初 始群体中开始搜索,具有较高的并行性,能较好地解决极大值收敛问题,且使用概率转换规则调整并确定其搜索方向,确保搜索过程在不断改进的区域中进行,其算法收敛速度优于传统方法。本文采用差分进化算法来获取各个时段下的有效状态。

在求解有效状态时,目标函数为式(4),约束条件为式(7)至式(10),控制变量是DG的有功功率利用系数和无功输出。由于各节点的电压既属于状态变量又处于约束条件中,可通过罚函数的形式将其引入目标函数,从而避免对约束条件另行处理所造成的不便[12]。则目标函数将变为:

式中:Fh为电压越限的罚函数;α 为电压越界的惩罚因子;Vlim为经上、下限限定后的电压值。

由于目标是求取函数最小值,因此,希望Fh越小越好,仅当Fh=0时,即满足所有节点的任意时刻电压均 在允许范 围内,才有可能 取得最小 值。式(8)至式(10)是对决策变量DG的有功功率利用系数和功率因数的约束,通过对定义域的处理即可满足要求。

3 第2阶段 DP算法

将各时段的所有有效状态反馈给第2阶段后,第2阶段求解次日最优控制预案的过程可描述为以下问题:如何从各个时段中分别取出一个有效状态,使得式(11)的目标函数值最小。这是一个多阶段决策问题,前一个时段的决策结果和当前时段的决策结果是相关联的。DP算法可以有效地解决此类问题[13]。

本文采用DP的逆序解法。设时段h内第j个有效状态到末时段决策 的最小损失为Sjh,则时段h-1内第i个有效状态到末时段决策的最小损失为:

式中:Dhh,-j1,i为时段h-1内有效状 态i转换到时段h内有效状态j的总损失。

式(18)为DP算法基本方程。这样,从h=23开始,按时间的逆序记录各时段全部有效状态到末时段有效状态的最小损失及最小损失对应的索引号,直到记录到初始时段,获得全局最优解,即次日各个时段的最优控制预案。第2阶段流程见图3。

4 算例验证及结果分析

为验证本文所提方法的有效性及其在电力系统中应用的可行性,本文采用美国PG&E 69节点配电系统进行仿真设计[14]。系统结构图如图4所示。图中,系统的基准电压为12.66kV,调压设备的参数如下:1变压器容量为50MVA,r=0.878Ω,x=31.828Ω(高压侧阻抗),挡位数为17,电压调节范围为-10%~10%(高压侧调压);2补偿电容器共计2组,每组容量为1.5 Mvar。

测试系统包含69个负荷节点,系统未来24h内各个时段的总负荷如图5所示。根据国家电网公司的规定,10kV配电网中A类点(节点1)的供电电压允许偏差范围 为额定电 压的0~7%,C类点(各馈线节点)允许的偏差为-7%~7%[15]。

令图4中DG1和DG4对应于输出特性1,DG2对应于输出特性2,DG3对应于输出特性3,所得的3种典型的DG输出特性如图5所示。

由图5可见,特性1的DG输出功率 恒定为1 MW,特性2的DG最大输出功率特性和负荷相似,特性3的DG最大输出功率特性与负荷相反。3种特性1 d内输出的 总能量相 同,都是24 MW·h。DG的功率因 数在超前0.98至滞后0.98之间连续可调。

令分接头的初始位置为9,电容器的初始接入组数为1,联络开关 设置为断 开,CDG=600元/(MW·h),CLoss=1 000元/(MW ·h),Ctap=400元/次,Ck=400元/次,Atap=10,Ak,m=3。在MATLAB环境下应用本文提出的两阶段规划法所得的次日的控制预案如表1所示。表中,β1,β2,β3,β4和Q1,Q2,Q3,Q4分别为DG1,DG2,DG3,DG4的有功功率利用系数和无功功率输出。

由表1可知,变压器分接头的调节次数为4,电容器的投切次 数为0,配电网1d内的总损 失为7 537元,绝大多数情况下能使DG的有功功率得到充分利用。

为表征1d中系统电压的变动程度,定义电压变动累计值YSSVF如下:

可求得两阶 段规划法 下测试系 统1d内的YSSVF=1.464kV。在相同系统参数条件下,表2对比了DG定功率因数1运行且仅有传统调压与两阶段法调压的控制效果。

由表2可知,对比于采用两阶段法调压,当仅采用传统调压手段时,虽然DG的有功功率得到了充分利用,但是变压器分接头的调节次数增加了2倍多,极大地缩短了变压器有载调压开关的使用寿命。

图6对比了DG定功率因数运行时传统调压法与两阶段规划法的控制效果。

由图6可以看出,由于05:00至10:00和19:00至24:00间负荷的变化幅度较大,为保证电压不会越限,变压器分接头进行了多次调节。而当DG与传统调压手段协调控制时,缓解了传统设备因负荷波动较大所导致的频繁调节。

通过YSSVF的对比可 以看出,使用传统 调压法时,系统1d内的电压波动性明显大于两阶段规划法所得的结果,这是由于传统调压手段仅能实现对电压的离散控制,无法实现DG通过调节输出功率达到对电压的连续控制。而两阶段规划法可较好地协调DG的出力,与传统调压相配合,且在各节点电压满足限值的情况下具有较小的电压,也较为稳定。

为验证控制方案应对主动配电网不同拓扑的适应性,针对系统弱环运行,在保持其他条件不变的情况下进行仿真,得到的控制效果如表3所示。

由表3可知,在弱环运行下,基于两阶段规划法的方案各项指标均优于传统调压法。值得注意的是,与表2对比,弱环运行条件下网损较高,但YSSVF较小。这是由于环网中的回路电流导致系统网损进一步升高,反之,回路电流的产生使得节点电压分布更为均衡。

5 结论

本文针对DG、负荷功率的波动性和DG接入配电网后潮流的双向性所带来的电压越限问题,采用两阶段规划法,实现了DG出力与传统调压手段相配合的新型协调方式,得到了以下结论。

1)算例结果验证了模型的有效性和合理性。当负荷较重时,适当增大DG的有功、感性无功的输出将有利于提高系统的节点电压,避免节点电压过低,反之亦然。对比传统调压法的调压手段不灵活,多次调节会导致设备寿命缩短,影响设备的运行安全和经济效益等一系列问题。本文所采用的两阶段规划法有助于减少设备的调节次数,提高系统运行的经济性。

2)在相同的运行条件下,与放射状系统相比,系统的弱环运行网损更高,但电压分布更加均衡。合理地改变系统拓扑结构可作为解决主动配电网因DG接入导致电压越限问题的手段之一。

综合优化控制 篇5

随着节能减排观念日益深入, 利用太阳能、风能等可再生能源成为了解决目前严重的化石能源危机和环境污染问题的有效途径[1,2,3]。冷热电联供 (combined cooling heating and power, CCHP) 系统[4,5,6,7]以其能效高、污染少、可以实现能源的梯级利用等特点, 成为未来分布式供能系统的发展趋势。

为了社会的可持续发展, 实现绿色经济, 将太阳能并入CCHP系统中, 可以减少联供系统的非可再生能源的消耗, 同时弥补可再生能源不连续、不稳定的缺点, CCHP系统与太阳能相结合的研究已成为当今国内外研究的热点。

文献[8]设计了一种集成太阳能利用和内燃机驱动传统联供系统的冷热电三联产系统, 基于生命周期分析法, 对系统的设备容量和运行策略进行了优化。文献[9]介绍了2种与可再生能源相结合的CCHP系统:一种是太阳能热动力CCHP系统, 另一种是太阳能燃料电池可再生CCHP系统。文献[10]以西班牙一栋建筑物为研究对象, 证明引入了太阳能后, 联供系统可实现电费和燃气费的节约, 并指出了吸收式制冷机在节能中起到了至关重要的作用。文献[11]提出了一种基于金属氧化物, 与太阳能相结合的CCHP系统, 并与2种传统联供系统进行了比较, 证明该新型系统在综合性能方面具有一定的优势。

本文将太阳能和天然气驱动的传统CCHP系统相结合, 设计了一种能够实现太阳能光伏光热综合利用, 并同时满足系统的冷热电负荷的联供系统。在此基础上, 建立了能源、环境、经济指标, 并利用判断矩阵法将上述3个指标形成了一个综合指标, 同时设定了以热定电和以电定热这2种运行方式, 分别设计了3种控制策略, 对已建立的系统进行了优化设计、容量配置和控制策略的评估, 从而使系统能够实现最大化的综合效益。

1 系统介绍

本文所研究的太阳能综合利用的CCHP系统能量流程如图1所示。

由图1所示, 本文研究的CCHP系统由太阳能光伏发电、太阳能集热器、微型燃气轮机和燃气锅炉驱动的传统CCHP系统[12]组成。太阳能光伏发电为系统提供电能Epv, 太阳能集热器为系统提供热能Qpv, 其中Qpv1直接供给系统的热负荷, Qpv2供给吸收式制冷机用于系统制冷。燃气轮机以天然气作为燃料, 为系统提供电能Emt, 其产生的高温烟气所携带的热能Qre由余热锅炉回收。燃气锅炉作为热能补给机组, 仍以天然气为原料给系统提供热能Qgs。Qre和Qgs中的一部分热能Qre1和Qgs1提供给系统的热负荷需求, 另一部分Qre2和Qgs2提供给吸收式制冷机制冷, 吸收式制冷机制冷量用Qab表示, 另外系统的冷负荷还可以由电制冷机供给, 电制冷机消耗电能Eac制冷, 制冷量为Qac。整个负荷分为3个部分:用户电负荷EN由光伏发电机组、燃气轮机和电网Egrid共同供给;用户热负荷Qh由太阳能集热器、燃气锅炉和余热锅炉供给;用户冷负荷Qc由电制冷机和吸收式制冷机供给。

系统中燃气轮机的制电效率、制热效率均与自身容量、负载水平有关[13]。图2为燃气轮机在不同负载率下制电效率ηmtE和制热效率ηmtH的变化曲线。

由图2可知, 微型燃气轮机的制电效率随着机组的负载率升高而升高, 而制热效率随着机组的负载率升高而降低, 然而无论负载率在0.5至1之间取何值, 微型燃气轮机的制热效率都大于制电效率。

考虑到系统中其他设备的效率在不同负载率下的波动较小, 本文研究过程中假定这些设备的效率都不随设备负载率的变化而变化。

2 系统的运行优化数学模型

2.1 系统优化的评价准则

CCHP系统是一种复杂的能源系统, 在可持续发展的要求下, 为了更加科学地评价CCHP系统, 需要从能源、环境和经济性这3个方面综合考虑。

1) 能源指标:一次能源消耗量

一次能源消耗量 (YPEC) 是指系统消耗的燃料量和购买的电量统一化为标准的一次能源, 表示为:

式中:Egrid为从电网购买的电量;Fm为系统消耗的天然气燃料量;σe和σf分别为购买每千瓦时能量的电量和天然气所对应的一次能源的转换系数。

2) 环境指标:二氧化碳排放量

CCHP系统的环境性能评价和低碳经济密切相关, 因此二氧化碳排放量 (YCDE) 是一个重要的环境性能评价指标, 表示为:

式中:μe和μf分别为每千瓦时能量的电量和天然气所对应的二氧化碳的排放系数。

3) 经济性指标:系统运行成本

系统运行成本 (YCOST) 包括系统运行时所购买的电量和所消耗的天然气量的成本费用, 以及系统的运行管理等费用, 表示为:

式中:Ce和Cf分别为系统购买电力和燃气的价格;Cc为二氧化碳排放税;Cmtom, Cblom, Cgsom, Cpveom, Cpvhom, Cacom, Cabom分别为燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、太阳能光伏发电、太阳能集热器、电制冷机和吸收式制冷机的运行维护费用;ηbl为余热锅炉的集热效率。

2.2 多评价指标权重的处理

本文构建了基于能源、环境和经济性3个评价准则的综合性能评价指标 (YIPC) , 即

式中:ω1, ω2, ω3分别为3个评价准则的权重系数。

利用判断矩阵法[14], 将各个评价指标根据重要性进行分级, 确定权重系数:经济性指标反映了系统的经济运行情况, 作为第1级指标;能源性指标反映了系统消耗一次性能源情况, 作为第2级指标;环境性指标反映了系统排放二氧化碳的情况, 作为第3级指标。综合以上分析, 构建如下的判断矩阵:

经过矩阵处理后得到各个权重系数ω1=0.258 3, ω2=0.104 7, ω3=0.637 0。

3 系统的运行控制策略分析

联供系统运行性能的优劣很大程度取决于运行策略的选择, 对于微型燃气轮机来说, 目前最广泛的控制策略是以热定电 (OPH) 和以电定热 (OHP) [15]这2种方式, 而对于照射在建筑物表面上的光照, 以何种方式分配给太阳能光伏发电机组和太阳能集热器机组, 使其光伏光热综合利用的效益更优, 也是本文所讨论的内容, 故基于上述讨论, 本文分别就以热定电和以电定热2种方式下各制定了3种运行控制策略。

3.1 以热定电运行方式

1) 吸收的太阳能全部用于光伏发电机组发电, 冷热负荷全部由微型燃气轮机供给, 而系统的电负荷由微型燃气轮机产生的电能和光伏发电机组产生的电能共同满足, 不足的部分由电网供给。

2) 吸收的太阳能全部用于太阳能集热器机组产热, 不足的部分由微型燃气轮机补给, 而微型燃气轮机因此产生的电能用来满足系统的电负荷, 不足的部分由电网供给。

3) 吸收的太阳能一部分用于太阳能光伏发电机组发电, 一部分用于太阳能集热器产热用于满足系统冷热负荷。不足的热能部分由微型燃气轮机供给, 微型燃气轮机因此产生的电能和太阳能光伏发电机组发的电能共同承担系统的电负荷, 不足的部分由电网补给。

3.2 以电定热运行方式

1) 吸收的太阳能全部用于光伏发电机组发电, 不足的部分由微型燃气轮机供给, 微型燃气轮机因此产生的余热由余热锅炉收集满足系统的冷热负荷, 不足的部分由燃气锅炉补给。

2) 吸收的太阳能全部用于太阳能集热器机组产热, 电负荷全部由微型燃气轮机提供, 系统的冷热负荷由余热锅炉收集的微型燃气轮机的余热和太阳能集热器产生的热能满足, 不足部分由燃气锅炉补给。

3) 吸收的太阳能一部分用于太阳能光伏机组发电以满足系统的电负荷, 一部分用于太阳能集热器制热, 不足的电能部分由微型燃气轮机供给, 微型燃气轮机因此产生的余热由余热锅炉收集, 与太阳能集热器产生的热能共同承担系统的冷热负荷, 不足的部分由燃气锅炉补给。

4 系统的优化变量和算法流程

4.1 系统的优化变量

1) 电制冷机的最优制冷比λac

系统的冷负荷由电制冷机和吸收式制冷机共同提供, 电制冷机通过消耗电能制冷, 而吸收式制冷机通过消耗制热机组的制热量制冷。本文设定电制冷机制冷比λac (即电制冷机制冷量占总的冷负荷的比例) 为优化变量, 研究当其取何值时, 系统运行效益最优。

当采用以热定电运行方式时, 系统是通过余热锅炉收集燃气轮机的余热或者太阳能集热器吸收太阳能制热或者两者同时进行, 再供给吸收式制冷机制冷, 在此过程中电制冷机并没有参与运行, 默认的最优制冷比λac为0。

因此, 本文主要是针对系统处于以电定热运行模式下, 3种不同控制策略对最优λac进行优化。

2) 太阳能光伏发电机组的最优容量

由于照射在建筑物表面的太阳能被分配在太阳能光伏发电和太阳能集热器分别用于发电和发热, 而对于固定建筑, 所能照射在建筑物表面的太阳能辐射量是有限的, 因此二者的容量选择存在相互的制约, 约束条件如下:

式中:Smax为可收集到太阳能最大的辐射量;Ne和ηpve分别为太阳能光伏机组的容量和机组的效率;Nh和ηpvh分别为太阳能集热器的容量和机组的效率。

在以热定电的策略3和以电定热的策略3中, 太阳能光伏机组的容量Ne也被选为一个优化变量进行优化, 以实现太阳能光伏光热的综合利用。

4.2 系统的算法流程

由于本文中2个优化变量λac和Ne涉及寻优过程, 故本文采用粒子群优化 (PSO) 算法[16]进行寻优求解。在算法寻优过程中, 粒子群体规模取为60, 最大迭代次数设置为100次。

当选取最优制冷比λac为优化变量时, 将综合指标YIPC作为目标函数, 分别对以电定热的3种运行策略进行计算, 寻求最优的λac。当选取太阳能光伏发电机组容量Ne为优化变量时, 则分别以YPEC, YCDE, YCOST和YIPC为目标函数, 也采用PSO算法, 来求解最优的Ne。

当系统处于以电定热的策略3时, 涉及λac和Ne都需要优化, 故同时设置2个优化变量, 采用PSO算法同时进行寻优计算。

以热定电和以电定热2种运行模式的算法流程框图见附录A图A1和图A2。

5 算例系统分析

5.1 算例系统

为了验证本文所提模型的正确性, 并找出系统的最优设计方案和运行策略, 综合考虑太阳能光照条件和城市发展情况, 本文选取合肥一家宾馆为研究对象, 光伏发电机组和太阳能集热器安装在楼顶, 该建筑物楼顶面积为300m2, 以夏季的某一天为研究时段, 取时间间隔为1h, 分24个时段, 算例系统的参数见附录B。由附录B表B3可知, 1d中照射在建筑物表面的Smax约为170kW。

5.2 电制冷机的最优制冷比λac

图3给出了以电定热运行方式下, 分别采用3种控制策略时, 一天24h的最优电制冷机制冷比λac的变化曲线。

由图3可知, 当太阳能全部用于发电时, 电制冷大部分小于0.5, 也就是系统制冷大部分采用吸收式制冷机。这是由于选取的研究对象为夏季的某一天, 系统的冷负荷需求很大, 而在以电定热策略1中, 太阳能全部用来发电, 不足的部分由燃气轮机补给, 微型燃气轮机的制电效率较低, 并且低于燃气锅炉的效率, 因此系统大部分依靠燃气锅炉产热供给吸收式制冷机制冷;而当太阳能全部用于制热, 系统的制冷比大部分为1, 即制冷大部分依靠电制冷机制冷, 这是因为此时电负荷全部由燃气轮机满足, 燃气轮机的负载率大于0.5, 其效率高于燃气锅炉的运行效率, 因此系统的冷负荷大部分通过微型燃气轮机发电供给电制冷机来满足;在以电定热策略3中, 太阳能一部分用于发电一部分用于制热, 其制冷比位于前两者之间。

5.3 太阳能光伏发电机组的最优容量

以太阳能光伏发电机组容量Ne为优化变量, 分别以YPEC, YCDE, YCOST和YIPC为目标函数进行计算, 得到以热定电和以电定热2种运行模式下系统的综合性能优化过程曲线, 如图4和图5所示。

当系统采用以热定电运行模式 (图4) 时, 采用YPEC, YCDE, YIPC为优化目标时, 各自的最优太阳能光伏发电容量Ne分别为50, 60, 50kW, 此时太阳能集热器的容量分别为75, 65, 75kW, 这表明太阳能辐射量基本平均分布在太阳能光伏发电机组和太阳能集热器机组。

然而当以热定电选用YCOST为优化目标或者当系统处于以电制热运行模式 (图5) 时, 其最优太阳能光伏发电容量Ne为0kW, 而太阳能集热器的容量为130kW, 此时全部的太阳能都用于太阳能集热器产热。这种优化结果说明, 当处于夏季时, 冷负荷需求量大, 不管系统采用什么运行方式, 一部分或者全部太阳能用于制热可以使系统的综合性能更优。

5.4 系统运行控制策略的评估分析

当系统处于以热定电和以电定热2种运行方式时, 分别有3种控制策略, 将这6种控制策略用于系统的运行, 分别得到YPEC, YCDE, YCOST和YIPC各个指标的值, 如表1和表2所示。

当采用以热定电运行模式 (表1) 时, 不管采用何种评价指标, 策略3的值最优, 其次是策略2, 最后是策略1。这说明了当一部分太阳能用于发电, 一部分太阳能用于制热, 实现太阳能光伏光热综合应用时, 系统的性能最优。

而当系统采用以电制热的运行方式 (表2) 时, 不管采用哪种运行方式和评价指标, 策略2的值最小, 其次为策略3, 最后是策略1, 也就是说当太阳能全部用于制热的情况最优, 这也验证了5.3节的讨论结果。在夏季冷负荷大于电负荷需求时, 部分太阳能乃至全部太阳能用于制热时, 系统的性能最优。

同样当系统分别处于以热定电的策略3和以电定热策略2时, 也就是分别处于2种运行方式的最优运行策略情况时, 联供系统的各个指标如表3所示。

由表3可知, 相比于以电定热运行方式, 采用以热定电运行方式时, 一次能源消耗量 (YPEC) 可以减小2.4%, 系统运行成本 (YCOST) 可以减小14%, 综合指标 (YIPC) 可以减小0.21%, 但二氧化碳排放当量 (YCDE) 要高出0.06%, 这说明了系统采用以热定电的运行方式时, 其能源、经济和综合效益更好, 而采用以电定热运行方式时, 其环境效益更佳。而且在以热定电运行方式下的最优运行策略为策略3, 也就是太阳能一部分用于发电一部分用于制热的控制策略, 从这个角度也体现了系统采用以热定电的运行模式, 可以更好地体现太阳能光伏光热综合化利用的优势。

6 结语

本文构建了一种结合太阳能光伏光热综合利用的CCHP系统, 建立了能够体现能源、环境和经济的3个指标, 并采用判断矩阵法将上述3个指标形成一个综合评估指标, 从能源、环境、经济和综合这4个角度出发, 分别对系统进行了优化设计、容量配置和控制策略的评估。通过算例分析可以得到, 电制冷机的制冷量关系到CCHP系统的综合效益的提高, 而CCHP系统控制策略的选择也影响到电制冷机制冷量的优化设计。太阳能发电机组的容量选择影响到系统的性能优化, 当选用不同的性能目标、不同的运行方式时, 太阳能光伏发电机组最优容量不同, 当系统处于以热定电运行方式时, 其最优控制策略为太阳能一部分用于发电一部分用于制热, 优于以电定热的运行方式, 且可以更好地体现太阳能光伏光热综合利用的优势。

附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。

摘要：随着节能减排观念日益深入, 利用太阳能等可再生能源成为解决目前严重的化石能源危机和环境污染问题的有效途径, 而冷热电联供 (CCHP) 系统以其能效高、污染少、可以实现能源的梯级利用等特点, 成为未来分布式供能系统的发展趋势。在此背景下, 将太阳能与CCHP系统相结合, 设计了一种能够实现太阳能光伏光热综合利用且同时满足冷热电负荷需要的联供系统。分别建立了能源、环境、经济评价3个方面的评估指标, 并利用判断矩阵法将上述3个指标形成了一个综合评估指标, 同时设定了系统以热定电和以电定热2种运行方式, 并分别设计了3种不同控制策略。通过算例分析了系统的电制冷机最优制冷比、太阳能光伏发电最优容量和运行控制策略的评估, 验证了所提模型和控制策略的有效性和可行性, 为太阳能综合应用于CCHP系统提供了参考。

综合可靠性优化的化工过程参数优化 篇6

A———单元设备可用性所组成的向量

A0———单元设备基本可用性向量;

Amax———单元设备最大可达可用性向量;

Asys———系统可用性;

c———原料流量;

C———系统年原料费用;

D———系统单元设备总数;

f, f'———等式约束;

F———产品产量;

g, g'———不等式约束;

H———系统原料总类数;

I———系统年收入;

J, J'———目标函数;

L———系统总能耗点数;

m———单元设备年维修费用;

mh———单元设备单位时间维修费用;

M———系统年维修费用;

N———系统产品总类数;

P———产品或原料价格;

q———能耗点所消耗的能量;

Q———系统年总能耗;

Top———年操作时间;

V———设备投资费用;

x———决策变量;

下标:

i———产品或原料;

j———设备;

l———能耗点。

化工过程中, 参数优化是使系统经济效益达到设计目标的一种有效方法, 通过建立优化模型, 采用优化算法, 不断调整设计参数, 使设计结果不断接近目标值[1]。系统可用性是影响整个过程经济效益的重要参数, 系统非计划停车会导致产品产量降低[2,3]。因此, 在以经济效益为目标函数的参数优化过程中, 同时考虑系统可用性, 将其作为优化参数之一, 从而对提高系统运行阶段的可用性具有非常重要的意义。同时, 化工过程模型一般较为复杂, 会导致参数优化过程中计算量大, 优化不易实现。

针对以上问题, 笔者首先将可用性作为修正因子对系统产品产量进行修正, 加入到过程物料平衡中, 从而建立综合可用性优化的参数优化模型;然后利用流程模拟软件Unisim对系统的实时跟踪能力, 计算过程模型, 实现其优化;最后将以上方法应用于天然气处理系统中, 证明了算法的可行性和有效性。

1 综合可靠性优化的参数优化数学模型*

系统可用性可分为系统操作可用性、系统可达可用性和系统内在可用性。系统操作可用性同时考虑计划维修、非计划维修以及系统操作和管理期间的时间损失, 系统可达可用性考虑计划维修和非计划维修时间, 系统内在可用性只考虑非计划维修时间[2]。对系统进行参数优化时, 系统操作和管理期间的时间损失无法估计, 又由于系统装置结构和尺寸确定, 系统计划维修时间一定, 因此笔者主要考虑的是提高系统的内在可用性 (下文均简称为系统可用性) 。

分析过程的系统可用性主要方法有系统可用性逻辑框图[4]及故障树分析方法[5]等。笔者采用逻辑框图法, 根据流程逻辑顺序建立可用性模型, 通过可用性模型对系统可用性进行分析, 从而建立系统可用性Asys与过程中各个单元设备可用性的函数关系:

因此在不改变原流程的情况下, 可改变单元设备可用性实现系统可用性优化[6]。

在假设平均失效率为常数的情况下, 单元设备可用性A在其基本可用性与最大可达可用性之间有如下关系:

其中, 最大可达可用性由技术和资金决定, 单元设备的基本可用性由单元设备故障前的MTTF与相邻故障间平均工作时间MTBF决定[3], 即:

一般化工过程参数优化问题可描述为:

在考虑系统非计划停车导致产品产量降低时, 引入系统可用性对系统产品产量进行修正, 对由系统失效所造成的产品损失进行补偿, 具体表达式为:

当系统可用性Asys等于1时, 系统不会出现非计划停车, 系统产品产量修正值等于系统实际产量。又根据系统物料守恒方程, 系统产品产量F由过程各个参数x决定, 即:

因此式 (4) 可改写为:

所以, 加入系统可用性修正因子后, 问题P1可改写为P2, 即综合可靠性的化工过程参数优化模型:

2 综合可靠性优化的参数优化Unisim实现

首先建立化工过程系统的利润模型, 然后以最大化利润模型为目标函数, 结合Unisim软件对过程实时跟踪能力, 实现综合可用性优化的化工过程参数优化。

2.1 利润模型

系统费用计算过程中, 系统的费用不但包含原料总费用和能耗费用, 还应包含维修费用和设备投资费用, 因此系统利润模型可表示为:

其中系统收入I与产品产量成正比关系, 引入上述系统可用性修正因子和年操作时间, 系统年度总收入可表示为:

同理可得到系统年原料费用C与操作参数和系统可用性的关系式:

不考虑系统预防维修, 设备j单位时间维修费用mhj一定时, 通过单元设备可用性修正, 可得修正后单元设备年维修费用:

而系统年度维修费用M是所有单元设备年度维修费用总和, 即:

对于系统能耗, 主要是系统公用工程所消耗的能量。由过程能量平衡方程可得到系统中各个能耗点的能耗ql, 由系统操作参数决定。因此系统年度总能耗Q可表示为:

虽然可选择可用性较大的单元设备来提高整个系统的可用性, 但单元设备可用性与设备投资费用存在一定的函数关系, 单元设备可用性的提高会影响设备的投资费用。而单元设备j的设备投资费可表示为[7]:

其中, V0, j是传统方法计算得出的设备投资费用, 与单元设备结构、尺寸相关和设备年折旧系数有关。本文中, 单元设备结构和尺寸基本确定, 在假设设备折旧系数一定的情况下, V0, j为常数。

2.2 具体实现

为了实现以最大化经济利益为目标的综合可靠性优化的参数优化, 首先在模拟软件Unisim中建立研究对象的过程模型, 然后建立适合所建模型的优化器Optimizer, 实现整个优化过程, 具体流程如图1所示。

图1显示了优化器的优化过程和与流程模拟软件Unisim的通信过程。其中优化器包括4个部分。第一部分对所建立的模型取初值, 初始化优化模型, 其中初始产品产量F0、原料量C0和系统参数值来自Unisim中的稳态模型, 假设系统可用性初始值A0等于系统基本可用性A0;第二部分计算系统利润;第三部分根据寻优准则, 在约束范围内, 寻找新的操作参数和各个单元设备的可用性, 并将新的参数传回Unisim模型中 (Create new x, A) ;第四部分是优化结果的输出。

3 实例分析

笔者以某天然气处理过程为研究对象, 实现其综合可靠性优化的参数优化设计。

根据已有的设计知, 该天然气处理系统包括原料气缓冲单元、分子筛脱水单元、冷冻分离单元、脱乙烷塔单元、液化气分离单元和脱戊烷塔单元。原料天然气首先进入原料气缓冲单元和分子筛脱水单元, 含水量小于0.01‰后进入贫富换热器进行预热。经过预热后的原料气, 再经过J-T阀膨胀制冷, 进入低温分离器进行气液分离, 分离后的干气经贫富换热器复热后外输, 分离出来的液体进入脱乙烷塔, 作为脱乙烷塔的进料。脱乙烷塔为30层浮阀塔板盘的提馏塔, 塔顶气经复热后作为全场燃料, 塔底液烃与脱丁烷塔底稳定轻烃经脱丁烷塔进料换热器换热后进入脱丁烷塔。脱丁烷为填料塔, 塔顶气经空冷器、水冷器冷却后, 一部分返回脱丁烷塔, 另一部分作为液化气进入液化气罐区。脱丁烷塔液烃经换热后进入脱戊烷塔, 脱戊烷塔也为填料塔, 其塔顶气一部分返回脱戊烷塔, 一部分作为戊烷产品去缓冲罐, 塔底稳定轻烃经脱戊烷塔底泵加压, 经空冷器、水冷器冷却后送至稳定轻烃罐区。

3.1 基于Unisim的系统过程模型建立

进入Unisim模拟软件, 首先定义组分, 选择合适的物流包;然后进入模拟环境, 选择适合原流程中各个设备的模块和合适的解算方法, 然后将各个模块连接起来, Unisim自动对过程的物料平衡方程及能量平衡方程等过程特征进行计算。至此, 原流程的过程模型搭建成功。

3.2 费用参数及系统可用性分析

对过程流程分析可知, 直接影响系统收入的产品有天然气、液化气和稳定轻烃, 原料气直接来自气田, 系统的主要能耗是电、冷水及导热油等公用工程所消耗的能量。据市场调查, 相关产品价格和公用工程费用如下:

天然气2.1元/m3

液化气6 440元/t

稳定轻烃1 400元/t

电能0.889 6元/ (k W·h)

冷水4.9×106元/k J

导热油58.1×106元/k J

将上述天然气处理过程按照其逻辑结构顺序搭建可用性模型, 如图2所示。流程中, 虽然J-T阀的可用性是影响整个系统可用性的重要因素, 但在结构设计中, J-T阀为冗余结构, 因此, 在此可用性模型中忽略了J-T阀的可用性。

显然, 建立的可用性模型为串联模型。所以, 研究对象的系统可用性可表示为:

设备可用性A取值时, 单元设备最大可达可用性Amax均假设为1。用于计算单元设备基本可用性A0的相关数据可由文献[8, 9]查得, 见表1。

对于优化过程中的其他参数, 假设单元设备初始可用性为其基本可用性, 系统年操作时间为8 500h, 各个单元设备每小时维修费用均为175元, 用于设备投资费用计算的λ均为估计值。

3.3 优化过程和结果分析

首先根据过程特点, 分析出影响系统经济效益的参数x;然后将上述所给出的参数带入优化模型中;最后利用3.2节提出的方法对系统进行优化, 得到优化结果 (表2~4) 。

元

元

表2给出了优化前后各个单元设备可用性和系统可用性对比, 表4中给出了优化前后维修费用与年度利润对比。表2中除低温分离器的可用性不发生改变外, 其他单元设备可用性和系统可用性均有所提高。低温分离器可用性不发生改变, 是因为提高其可用性会带来较大的设备投资, 从而影响整个系统的利润。由于系统和各单元设备可用性的提高, 表4中年维修费用有了明显的降低, 并且系统年度总收入和年利润均有了明显提高。

4 结论

4.1提出了系统可用性修正因子, 对过程物料平衡模型中的产品产量进行修正, 从而建立起综合可靠性优化的化工过程参数优化数学模型。

4.2建立了一个考虑到系统可用性、年维修费用和设备投资费用的利润模型。

4.3利用模拟软件Unisim对系统的实时跟踪能力, 计算过程模型和系统利润。在优化器Optimizer中实现了综合可靠性优化的过程参数优化。

4.4以某天然气处理系统参数优化设计为例, 证明了笔者提出的方法易实施且可行性高。

参考文献

[1]沈静珠.过程系统优化[M].北京:机械工业出版社, 1990:8~12.

[2]Grievink J, Smit K, Dekker R, et al.Managing Reliability and Maintenance in the Process Industry[C].Conference on Foundation of Computer Ainded Operations.NJ:Colorado, USA, 1993:133~157.

[3]Goel H D, Grievink J, Herder P M, et al.Integrating Reliability Optimization into Chemical Process Synthesis[J].Reliability Engineering and System Safety, 2002, 78 (3) :247~258.

[4]Henley E J, Gandhi S L.Process Reliability Analysis[J].AIChE, 1975, 21 (2) :677~686.

[5]Cordier C, Fayot M, Leroy A, et al.Integration of Process Simulations in Availability Studies[J].Reliability Engineering System Safety, 1997, 55 (2) :106~116.

[6]Kuo W, Prawad V R, Tillman F A, et al.Optimal Reliability Design[M].Cambridge:Cambridge University Press, 2001.

[7]Ishii N, Fuchino T, Muraki M.Life Cycle Orientated Process Synthesis at Conceptual Planning Phase[J].Computer Chemical Engineering, 1997, 21 (z1) :953~958.

[8]CCPS.Guidelines for Process Equipment Reliability Data with Data Tables[M].New York:American Institute of Chemical Engineers, 1989.

格力电器:综合能力优化 篇7

信息化框架设计合理

位于重庆市高新区二郎科技新城的格力电器(重庆)有限公司,成立于2001年7月,是珠海格力电器股份有限公司独资兴建的子公司,隶属于重庆市九龙坡区经信委管辖的国有控股企业。经过一、二、三期的开发建设,该公司已形成14条分体式空调生产线,并建设有国内领先的实验室9个;其生产的产品涉及普通定频及直流变频34个系列,137个品种,全部为高效节能产品,销往西部及华中的大部分地区。

应国家有关部门对企业信息化和工业化深度融合发展要求,格力电器(重庆)有限公司自成立以来大力发展企业信息化建设,加大企业软硬件的投入,截止目前整个企业网内已经形成了拥有IBM系列、HP系列核心服务器40多台、PC计算机1200多台的规模,企业网络已经普及到公司内部的每一个工作岗位,并延伸到供应商、经销商和客户。此外,公司局域网还实施了SEP网络安全系统和文档加密系统,从根本上保障了企业计算机网络的信息安全。

格力(重庆)进一步搭建了推进两化融合的政策引导、实施步骤和工作目标框架,以“总体规划、分步实施、自主创新、注重实效”为指导原则,并特别成立计算机中心,主要负责公司的信息化建设,根据公司经营目标,满足各部门生产、管理需要制定软件系统的开发任务、实施开发以及委外、总部软件引进的接洽和实施;负责公司网络系统的规划、建设、维护和管理,建立、维护、管理计算机网络系统、电话网络系统和监控网络系统,满足公司管理需要;提供技术保障确保公司电子信息安全,并对公司电子信息安全进行监控管理。

在公司制定的《公司两化融合五年规划》中,逐步完善两化融合投入机制建设,坚持以市场为导向,技术创新要结合市场需求统一规划;坚持中长期投入和即时投入统筹兼顾的原则。加大对企业两化融合的基础资源投入,并将两化融合投入列入年度财务预算基础上,逐步纳入企业中长期规划中,为两化融合的顺利推进提供了机制和政策保障。

系统综合集成度高

经过推进实践的深化提炼,2011年,格力(重庆)进一步优化了两化融合发展思路,即:以信息化带动工业化发展,以四大系统(Baan ERP,P D M,M E S,B I)为主脉,其中尤以Baan ERP为核心,在执行层面上实施MES,以进行物料管理及产品跟踪/追溯,生产过程控制管理和品质管控等信息流管理。在销售前端,通过Baan ERP系统进行市场营销管理,渠道管理,合作管理和销售管理;在设计端,实施业界先进成熟的PDM系统,以进行协同设计,设计文档管理和产品档案管理;面对高层的决策分析需求,需要在以上系统的业务数据的基础上,按照一定的统计和筛选规则进行抽取和运算,建立商业智能平台(BI),以实现供应链智能、生产智能、销售智能的综合报表,决策支持。涵盖了从研究开发到生产制造管理、质量管理等公司全业务流程,目前公司利用MES实时管理平台,能够实现对产品情报收集、制造过程数字化管理,并且对采购、库存、物料消耗、制造工艺、财务指标的实时分析,为决策提供数据支持。

在未上MES(制造执行系统)之前,其所有的生产、质量、物流、采购过程全靠人工进行监控管理,实施MES制造执行系统以后,能够实时为各级管理层提供包括采购、生产、物流、销售、质量、财务在内的关键数据,整个系统的数据的透明度和共享性更高。管理人员可以更广泛地运用所获得的数据来支持决策过程,同时也使各部门之间的沟通更为畅通。物料配送及时准确率由85%增长至98%。

到2013年,在信息化和工业化融合体系初步完善下,格力工业主导产业的信息技术应用水平较大提升,信息化对企业创新的促进作用明显提高,信息化和工业化融合综合指数提高15%。

信息化实施方案升级

根据公司目前的信息化状况,格力根据其系统建设工程,遵循“总体规划、分步实施”的方针,制定了一套分期、分步的实施方案。根据规划,其整个信息化规划进度分为四个阶段进行。

在2011年6月到2012年6月,是信息化平台基础建设的第一个阶段,整个集团部署信息化平台、逐步应用ERP系统、生产制造执行系统、OA系统、人力资源等系统,为公司搭建管理信息系统平台奠定基础,并完成公司硬件、网络环境部署,构建信息化基础平台,围绕企业日常运营,建设项目管理支撑平台。

在刚刚过去的2013年,格力经历了信息化平台升级建设和息化平台建设完善两个阶段。到2013年6月,整个公司预算管理系统、项目成本管理体系、大型设备管理、NC系统部署基本完成。完善绩效考核、集团资金实时监控、实时查询分析各项资金信息、对企业资金进行全面的监督、管理和分析的管理控制等功能的实现,让信息化成为公司业务管理的运行载体和提升工作效率的平台,构建起了公司的预算体系,加强公司的支出控制。到2013年底,完善生产制造执行系统、企业门户等系统集成应用。系统一体化的建设,打通了集团、子公司、项目多级多业务多方向管理,实现部门之间各业务信息传递的无缝链接,打造基于战略管控的一体化运营平台,为管理层提供多维度多层次的决策信息支持。

优化阅读教学提高综合素质 篇8

一、培养阅读兴趣, 提高学生的审美情趣

良好的阅读兴趣可以确保将阅读知识和阅读方法贯彻到学生的阅读实践中去, 从而转化为学生的阅读能力。在具体的阅读教学实践中, 我经常以分小组竞读的形式激发学生的阅读兴趣, 让他们在具体的阅读实践中不断地积累阅读经验, 体验阅读的乐趣, 领略阅读的妙处, 从而收到阅读的实效。

根据不同的阅读材料, 我注意采用不同的教学方法进行阅读教学。比如古代诗文作品的教学, 我一般采用熟读成诵的教学方法, 先让学生自由读, 建立语感;然后由教师示范朗读, 学生跟读, 锻炼学生的听知能力, 营造良好的阅读氛围;再由学生齐读, 加强理解和记忆, 陶冶学生的性情。对于人物多、对白多的课文教学, 我注意训练学生表情朗读能力和创造性朗读能力。比如在教学《皇帝的新装》时, 我安排学生分角色朗读课文, 并给予方法指导, 通过学生表情丰富的角色朗读, 激发了学生的阅读兴趣, 让学生理解了课文中人物语言的特点和人物的个性特征, 并进一步理解课文所包含的审美情趣。

二、传授阅读知识, 丰富学生的语文积累

阅读主要是通过阅读作品达到对作品所包含的思想情感的认识, 学生要理解并吸收作品的内容就必须对语言文字学、语言学、修辞学等方面的知识有所了解, 它们是用来帮助学生正确打开汉语书面语言文字的“密码”。传授学生一些阅读知识, 丰富学生的语文积累, 是达到正确阅读的基础, 是培养阅读能力, 达到阅读教学目的的必要前提。

在平时的语文教学活动中, 我经常提醒学生积累课文中的新词语, 摘抄精美语句或语段, 指导他们用新词语组合造段, 鼓励他们仿写文章的精美语句或语段练习。比如在教读《在山的那边》时, 我要求学生联系自己的实际生活去理解“山”和“海”的象征意义, 重点体会能引起感情共鸣的语句, 并把它们积累起来, 学会创造运用。通过积累和练习, 提高了学生运用语言文字的能力, 也提高了他们的阅读兴趣。

三、传习阅读方法, 提高学生对语言信息的加工处理能力

阅读方法是达到正确阅读的有效途径, 能否根据阅读作品的需要, 正确熟练地选用恰当的阅读方法是一个人阅读水平高低的重要标志。

根据不同的作品内容, 我指导学生采用不同的阅读方法, 比如古诗词作品, 我示范朗读并带领学生朗读, 感受作品意境从而把握作品主题;对于小说作品, 我要求学生速读, 圈点, 把握情节发展过程, 分析人物特征;对于散文作品, 我们采取泛读和精读相结合的方法, 理解散文的“神”之所在。由于学生掌握了灵活的阅读方法, 阅读能力提高了, 学生对语言信息的加工处理能力也随之提高了。

四、养成阅读习惯, 丰富学生的人文思想

阅读教学要充分利用作品丰富的人文思想资源和审美资源优势, 对学生进行审美教育和思想道德情操教育, 激发他们的审美热情, 让他们养成自觉阅读的习惯, 在阅读中吸收营养, 丰富自己的人文思想。在每一篇教读课文中, 我都会注意引导学生分析一些重点语句, 从而挖掘文章丰富的内涵, 比如在教学《走一步, 再走一步》时, 我引导学生重点分析“脱险”的部分, 并指导学生思考我们该如何对待生活中的困难, 通过阅读, 让学生明白了:信心和正确的方法是克服困难的法宝;在教学《风筝》时, 我介绍了作者当时的写作背景, 然后引导学生分析“我四周却俨然是严冬”, 进一步理解作者悲哀的心情, 以及当时的愚昧落后的社会风气也正像严冬一样笼罩在作者周围, 让学生明白:要形成好的社会风气需要大家的努力, 从而增强他们的社会责任感;在教学《羚羊飞渡》时, 我特别指导学生分析第一对老少羚羊飞渡的情景, 突出老一代为少一代所付出的牺牲, 并联系实际生活, 指出这种现象的普遍性, 教导学生要理解长辈, 尊重长辈, 充分发扬人性中的美德。

如在教学《塞翁失马》这则寓言时, 通过反复阅读之后, 学生理解了这则寓言的内容, 我进一步引导学生谈谈寓言的寓意, 要正确看待得失, 要懂得换角度看问题。学生积极发言, 发表了他们的看法, 我趁机引导他们联系生活来理解寓意, 这样激发了他们的学习热情, 也丰富了他们的人文思想。

五、拓展阅读材料, 提高学生的应用创新能力

就阅读活动的整个过程来看, 感知认读是阅读的起点, 理解是阅读的核心, 鉴赏评价、存贮、应用创新是阅读层次的提升。

依靠教材所提供的阅读材料, 并有选择地补充一些与主题相关的课外材料, 不仅有助于学生理解课文的内容, 而且能提升学生灵活运用语言文字的能力。比如在教学《散步》和《金色花》《纸船》之后, 我补充了一些尊老爱幼的阅读材料, 突出“母爱”这一主题, 帮助学生进一步理解这个单元的文章, 并且指导学生完成这一专题的写作。通过这样的训练, 我们将阅读和写作结合起来了, 提高了学生应用和创新的能力。

总之, 阅读教学是语文教学的重头戏, 直接影响着教育的质量和效率, 优化阅读教学, 能有效地促进语文教学, 并能不断提高学生的综合素质。

摘要：在多年的语文科教学实践活动中, 我优化阅读教学, 充分利用教材的阅读材料, 传授阅读技巧和方法, 培养学生良好的阅读习惯, 提高学生对阅读材料的理解、分析和概括能力, 最终丰富学生的文化素养, 促进学生的全面发展和终身发展。

综合着力优化初中语文教学 篇9

一.优化教学流程, 发挥课前课后环节作用

开展初中语文教学不仅要抓好课堂教学环节, 还要将课前预习、课后巩固环节的作用发挥出来, 构建课内外相结合的综合教学体系, 更好地提升教学成效。在课前预习环节, 教师要培养学生课前预习的良好习惯, 这一点尤为重要, 在灌输模式教学中, 许多学生并未养成课前预习的习惯, 还是习惯于将学习活动全部放在课堂45分钟之内, 效率低下、针对性低。对此, 教师应当强化预习习惯的培养, 要让学生自觉地开展预习, 在预习活动中解决基础内容, 提高重难点突破效果, 为接下来的语文课堂教学奠定良好基础。教师要对学生进行预习技巧的辅导, 提高学生预习效率, 既要将各种先进的预习经验模式介绍给学生, 同时也要结合学生的实际情况和学生共同分析研究高效的预习方法。笔者在语文教学中和学生共同探究出了三步预习法, 效果比较显著, 第一步是解决文学常识和生字词, 将这一部分内容的学习放在课前, 第二步是对照预习思考题分析查找答案, 第三步是将自己无法解决的问题罗列出来, 并撰写预习心得, 通过这样的方式提高预习活动在增强课堂学习针对性方面的效果。

二.优化教学手段, 为课堂增加生动的信息

随着教学条件的改善, 信息化教学手段能够为初中语文教学增添活力, 尤其是在增加信息容量、提高演示生动效果方面更为明显。首先, 教师可以利用多媒体手段为语文课堂增加信息量, 语文教材以文字的形式表现出来, 其背后涉及的知识量是巨大的, 缺乏了多媒体手段的辅助, 这些信息难以融入课堂。有经验的语文教师都将多媒体手段作为辅助工具, 无论是在教学设计环节搜集资料, 还是在课堂教学环节演示补充, 这一手段发挥了较好的促进作用。另一方面, 多媒体手段还可以通过影音展示的方式对教材内容进行补充与完善, 效果也较为显著, 例如在一些写景的说明文教学中, 学生因为没有去过描述的景点, 也就缺乏感知的直观印象, 导致学习中难以产生身临其境的感受, 影响理解效果。对于这样的状况, 教师可以通过多媒体手段演示补充的方式, 让学生通过视频短片了解教材所描写的景观, 在学习中将文字描述与实地场景有效结合起来, 有助于学生加深理解效果。

三.优化教学互动, 体现学生学习主体地位

受中考应试模式的影响, 许多语文教师教学活动中没有能够充分体现学生主体地位, 具体表现为教学过程的单向性, 完全以自己的灌输讲解代替学生的思维过程, 导致学生在学习活动中兴趣低下, 综合能力培养不足。对此, 教师要强化学生主体地位的体现, 将单向灌输的教学模式转变为师生互动的高效模式, 实现知识、能力与情感的综合目标实现。在教学活动中, 教师一方面要给予学生互动的平台与线索, 可以将学生组织为多个学习合作小组, 并为学生提供思考探究题作为线索, 让学生自主地开展学习研究。在学习小组的编排上, 教师要体现均衡性和高效性原则, 将不同层面的学生均衡地进行分组编排, 保证小组既要发挥引导作用, 同时也要体现帮带功能。在学习线索的设置上, 探究思考题要涵盖整个教学目标, 使其与教学目标的实现同步。另一方面, 在学生开展自主学习的过程中, 教师要积极与学生开展互动, 在放手让学生自主学习的同时, 还要开展小组巡视活动, 帮助学生解答疑难问题, 开展思维方式点拨, 通过这样的师生互动对学生自主学习发挥促进帮助作用, 尤其是帮助学生解决难点、沿着正确的方向进行学习, 为教学活动的顺利完成奠定良好基础。

四.优化教学评价, 全面科学评价学习状态

对学生学习成效进行评价, 也是初中语文教学的重要环节, “一张试卷论英雄”的评价模式较为狭隘, 带有明显的应试教育色彩。在当前的教育改革背景下, 体现学生综合能力的发展应当成为评价的主要目标, 笔者在教学活动中对学生进行了知识、能力、情感三维一体的教学评价, 依靠卷面测试检查学生知识掌握情况, 对写字、朗读、发音等方面语文基础能力则采取等级制的方式进行评价, 而对学生的学习态度情感投入程度则以评语进行评定, 通过这样的方式全面评价学生语文学习状态。另外, 在对学生进行语文学习评价的过程中, 笔者始终坚持正面评价和激励为主的原则, 对学生多表扬少批评, 多发掘学生的长处, 委婉地批评学生的不足, 以此增强学生内心的积极情感, 为教学活动的有效开展增添动力。