[发明专利]面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法

说明书

本发明公开了一种面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法。首先通过机理建模确定不同热电解耦情况下机组的宽负荷运行模型结构；然后采用改进型T‑S模糊辨识确定模型的未知参数。在模糊辨识中引入混沌双量子鸽群优化算法实现训练数据的自动聚类，再通过带遗忘因子的指数加权最小二乘法进行参数辨识；最后，依托仿真平台验证该建模方法的快速性、所得模型的精确性和通用性。本发明充分考虑了热电联产机组热电耦合情况差异对动态特性的影响，更贴近灵活性需求下机组的实际特性。此外，融合了机理建模和数据驱动建模的优势，在宽负荷工况下始终保持理想精度，为实现大规模新能源接入下的电网深度、快速调峰奠定基础。

技术领域

本发明涉及火电机组灵活性运行建模技术领域，更具体地，涉及一种面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法。

背景技术

在全球能源环境危机的影响下，国家迈入能源战略转型新时期，新能源发电成为电力行业节约能源、降低排放、实现可持续发展的关键。近年来，随着风、光等波动性新能源并网规模的不断增大，电网安全、稳定运行所面临的挑战日益显著，需要火电机组逐步从“主体型电源”向“调节型电源转变”，通过灵活性运行实现深度、快速调峰，平抑新能源大规模接入带来的电网波动。因此，如何提高火电机组的灵活性运行能力成为当前发电领域亟待解决的问题。

热电联产是一项可有效提高火电机组能源利用效率的技术，将机、炉及供热系统进行有机融合，通过余热利用实现燃料能量的最大转化。因此热电联产机组在我国发电领域的占比逐渐增加。然而，相比于仅用于供电的纯凝机组，热电联产机组一般遵循“以热定电”的运行模式，该模式下存在的热电耦合使其动态特性更为复杂，机组在额定供热条件下的功率可调范围仅为纯凝机组的一半，调峰能力不足，给灵活性运行带来极大阻碍。需要通过热电解耦技术实现该类机组发电和供热过程的相对独立，深入挖掘调峰潜力，提高机组的灵活性运行水平，为更大规模的新能源消纳提供保障。目前，热电解耦技术大多基于热泵、电锅炉、储热罐、低压缸改造等，不同解耦技术的应用将导致热电联产机组动态特性的变化，进而影响机组灵活性运行控制策略的设计。此外，现有热电联产机组动态特性建模研究大多考虑50％额定负荷及以上运行工况，忽略了低负荷和极低负荷运行工况，基于所得模型设计的控制策略无法满足电网深度调峰的需求。因此，建立不同热电解耦情况下的机组宽负荷运行动态特性模型对提高其灵活性运行能力意义重大。

机理建模和数据驱动建模是两种常见的建模方法。其中机理建模通过质量守恒、能量守恒和动力学方程等反映待建模系统内部的动态特性，建模的每一步都遵循一定的物理意义，使建模过程有理有据；数据驱动建模可对工业系统实际运行数据进行深入挖掘，原理简单，便于实现，且辨识精度较高。虽然上述两种建模方法都表现出各自的显著优势，却依然存在难以克服的缺陷：机理建模分析过程复杂，且模型参数的经验取值一般难以满足建模精度要求；数据驱动建模则经常出现训练数据覆盖工况较少导致的模型失效问题。机理建模和数据驱动建模的有机结合使建模过程更为合理高效，所得模型能实时、精确地反映机组动态特性。数据驱动的T-S模糊辨识通过IF-THEN规则将数据聚类与参数辨识相结合，描述变量间的非线性与不确定性，进而有效处理多变量系统非线性、强耦合等复杂特性。此外，该方法具有较强的适应性和较大的改进空间，在工业领域，如热力系统建模等方面均获得了广泛的关注。因此，将该方法引入热电联产机组宽负荷运行动态特性建模之中，对提高建模过程快速性、精确性具有战略意义，同时为机组灵活性运行控制优化设计奠定基础，对实现电网深度、快速调峰具有极大的促进作用。

发明内容

本发明旨在提供一种热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法，为机组灵活性运行控制优化设计奠定基础，进而提升大规模新能源接入下热电联产机组的灵活性运行能力，满足电网深度、快速调峰需求。该方法充分考虑了不同热电解耦情况下热电联产机组的动态特性差异，结合机理建模和数据驱动的改进型 T-S模糊辨识算法快速建立机组的宽负荷运行动态特性模型，所得模型在机组宽负荷运行工况，尤其是低负荷工况下始终保持理想精度。

本发明所提出的面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法，由以下6个步骤组成：