[发明专利]一种提高火电机组深度调峰能力的干/湿态转换自动控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种提高火电机组深度调峰能力的干/湿态转换自动控制方法及系统。首先，将超临界热电联产机组作为研究对象并分析其在深度调峰需求下干/湿态转换的难点；然后，结合多目标模型预测控制算法为其设计干/湿态转换自动控制策略及系统。最后，依托仿真平台验证本发明干/湿态转换自动控制方法的可行性。本发明的研究对象分析中，将干态和湿态下的超临界热电联产机组均简化为不同的四输入四输出系统，更准确表征了其动态特性。此外，本发明综合考虑机组的发电成本、碳交易成本、操纵变量的平滑度及负荷跟踪误差构建多目标模型预测控制算法，使机组在低碳、经济及稳定运行的基础上实现深度调峰能力的提高。

技术领域

本发明涉及火力发电机组深度调峰的干/湿态转换自动控制技术领域，更具体地，涉及一种提高超临界热电联产机组深度调峰能力的干/湿态转换自动控制方法及系统。

背景技术

高比例可再生能源电力的渗透有效加快了低碳清洁电网的转型。但随之而来的间接性也加剧了电网的波动。超临界热电联产机组因其能够同时向用户提供电能和热能，比常规的纯凝机组具有更高的灵活性运行能力。此外，直流锅炉内工质的高参数特性带来的较高热效率使热电联产机组一直是我国北部地区供电和供热的主力机组。而超临界热电联产机组内直流锅炉的干/湿态转换效果对机组的深度调峰能力具有十分重要的影响。因此，为深入发挥热电联产机组的削峰填谷作用进而接纳更大规模的可再生能源电力并网，急需为其设计一套能够促进直流锅炉干/湿态平顺转换的自动控制算法及系统。

超临界热电联产机组是一类能够同时生产电能和热能的火力发电机组。我国北部地区现役热电联产机组大多数以燃煤的方式将其化学能转化为电能和热能。纯凝汽式发电机组的热效率一般为25％～30％，而热电联产机组总热效率则在45％以上。此外，热电联产机组能够通过调整其抽汽供热量迅速改变电能输出进而平抑可再生能源电力带来的波动。因此，深入挖掘热电联产机组的深度调峰能力发挥其削峰填谷作用对清洁电网的转型具有推进作用。作为超临界热电联产机组能量转换的核心组件，直流锅炉内部工质的汽水流程比较复杂。汽水流程的控制效果对直流锅炉的热效率产生直接影响。当机组在30％及以上额定负荷运行时，直流锅炉内蒸汽通常为干态。而当机组在30％以下额定负荷运行时，直流锅炉内蒸汽通常为湿态。可见，超临界热电联产机组参与深度调峰时，直流锅炉内不可避免地涉及蒸汽的干/湿态转换。若直流锅炉内蒸汽能够实现干/湿态的平顺快速转换，则超临界热电联产机组可较好地发挥其深度调峰作用。然而，超临界热电联产机组在干态和湿态模式下运行时，其直流锅炉内工质的动态特性完全不同，且均具有多变量、非线性及强耦合的特征。而现役超临界热电联产机组的干/湿态转换仍主要采用人工调节的方式，这在很大程度上受限于运行人员的经验，且转换的速度和效果已很难满足灵活性需求。因此，本文将超临界热电联产机组作为被控对象，结合改进的多目标模型预测控制算法为其设计先进的干/湿态转换自动控制方法及系统，为提高大型火力发电机组的深度调峰能力提供有效参考。

模型预测控制算法被认为是最先进的控制方法之一，因为它在处理具有大延迟、多变量、多约束、不稳定的复杂工业过程上表现出很卓越的性能。预测模型、滚动优化和反馈校正是模型预测控制算法的三部曲。其中，滚动优化环节具有的在线优化特性使模型预测控制算法拥有极好的设定值跟踪性能、扰动抑制性能和鲁棒性。此外，模型预测控制算法因能够有效处理多变量多约束问题在能源电力、航空航天领域得到广泛成功应用。因此，将灵活性背景下超临界热电联产机组的低碳、经济及稳定运行需求纳入总优化目标，构建多目标模型预测控制方法，为设计直流锅炉干/湿态转换自动控制系统提高机组的深度调峰能力奠定坚实基础。

发明内容