热电联产机组柔性控制仿真研究

随着新能源发电大规模发展,热电联产机组需要灵活运行以平抑新能源接入电网带来的波动。为了满足机组灵活运行时控制要求以及机组运行安全性,设计了一种基于灵活性评价的热电联产机组柔性控制策略。首先,根据机组电负荷、热负荷和机前压力的响应特性,提出一种可以表征机组负荷适应能力以及运行安全性的灵活性评价指标的计算方法,并以此作为最优柔性因子选取的依据。然后,仿真分析了单一工况下柔性因子对控制系统性能的影响。最后,在确定不同工况最优柔性因子的基础上,设计了随工况变化的自适应柔性因子并应用到柔性控制中。仿真结果表明：该控制策略不仅在机组大范围工况变化时可以取得较好的控制效果,也可以对低压缸切缸后的机组实现较好的控制,满足机组灵活运行的控制要求,保证机组运行安全性。     

灵活运行空冷机组频域自适应背压控制与优化

在“双碳”目标驱动能源转型背景下，针对灵活运行空冷火电机组变工况频繁导致的汽轮机背压调节品质问题，提出一种频域自适应PID控制算法。考虑变工况模型的实用性与精确性，基于机组现场运行数据，采用改进粒子群算法对空冷机组多工况进行动态系统辨识，然后基于多工况运行被控对象的标称模型，采用传递函数组态方式自适应方法，实时计算PID控制器的优化参数，以适应灵活运行下被控对象模型参数的变化，克服了PID控制器结构以及参数固定导致的控制品质问题。仿真结果表明，频域自适应PID控制器可以很好地跟踪负荷不同工况点下模型参数的变化，使得背压控制一直保持良好的控制品质。     

抽水蓄能机组调速系统非线性预测控制方法研究

调速系统是抽水蓄能机组频率及出力控制的主要部件,其控制性能及控制品质对于工况变化频繁,在电网中担任削峰填谷任务的抽水蓄能机组尤为重要。本文针对传统抽蓄机组的PID控制器中控制参数受工况影响大,控制器缺乏状态预测能力等缺点,提出一种适用于抽蓄机组调速系统不同工况的快速非线性预测控制方法。该方法应用抽蓄机组全特性曲线作为水泵水轮机模型,考虑压力引水管道的水击现象,利用模糊PID控制与预测控制的滚动状态预测原理计算得到调速器控制信号,使得调速器在根据运行工况精确控制机组频率与出力的同时,保证了控制计算的实时性。通过以某抽水蓄能电站实际资料进行抽水蓄能机组发电方向开机和负荷调节动态过程仿真,结果表明该预测控制方法较传统控制方式效果优越。     

直接空冷乏汽提质供热系统变工况特性研究

直接空冷机组高背压供热方式受热网循环水回水温度和空冷岛换热单元协调控制的限制，运行经济性和发电出力两者之间难以平衡。为解决上述矛盾，采用商业软件Ebsilon Professional对直接空冷乏汽提质供热系统在不同负荷下的空冷岛背压、汽轮机出力、汽轮机热耗和喷射器引射比等关键性能进行了变工况计算和分析。计算结果表明，乏汽提质供热系统在冬季低负荷时最佳运行背压为13～20 kPa，可以实现供热能量的梯级利用和机组出力的平衡，并满足防冻安全的运行要求。     

燃气-蒸汽联合循环机组效益计算与运行优化

燃气-蒸汽联合循环机组效益计算需要建立在热电成本合理分摊的基础上,本文提出一种新的热电成本分摊方法。该方法首先拟合机组在多种运行方式下的气耗量曲线,并考虑市场供电价格、供热价格、天然气价格以及固定成本和厂用电,在联合循环机组多种运行方式下建立热电成本分摊模型。该热电成本分摊模型可以计算机组实时经济效益,基于机组的气耗量曲线,计算得到机组的实时供电与供热利润平衡点及热电转换比曲线,据此给出机组实时最优发电出力和供热出力运行优化方案,同时分析了机组在固定供热量下的最大发电功率,可供运行人员在机组做深度调峰时参考。     

提升直流炉供热机组灵活性的电热协调控制策略EI北大核心CSCD

为克服“以热定电”对直流炉供热机组变负荷性能的影响,该文引入并改进双重控制方法,从而实现电热的协调控制。基于运行数据,辨识获得热–电负荷转换的动态模型,建立直流炉供热机组电热协调控制模型;重构热负荷偏差积分信号,实现对热负荷能量的全程检测;设计电热协调的双重控制策略,一方面通过供热抽汽流量主动响应提升发电负荷响应速率,另一方面通过热负荷精准能量平衡实现热负荷的全程自主恢复。仿真结果表明:电热协调双重控制策略可使机组的变负荷速率达到额定负荷的3%/min,自动发电控制(automatic generation control,AGC)调节性能至少提升了一倍,并能维持热负荷等主要参数的稳定。所提控制策略实现了直流炉供热机组的电热协调控制,可显著提升机组的运行灵活性。     

热电联产机组在深度调峰模式下的负荷智能分配

本文提出一种新的不同供热负荷、发电负荷下的供热煤耗率和发电煤耗率的计算方法,并据此拟合出不同供热负荷下,随发电负荷变化的供热煤耗率曲线、供电煤耗率曲线以及最大发电功率和最小发电功率,利用拉格朗日插值法得到机组在可行域内随发电负荷和供热负荷变化的供热、发电煤耗率曲面。然后结合当地的深度调峰政策、燃料成本和热电售价等,准确计算出热电联产机组的实时成本和利润。最后基于自适应遗传算法找出在给定供热负荷的条件下使得2台机组总利润最大的发电负荷分配方式。本文方法既能给出热电联产企业实时成本和利润,又能给出机组当前调峰时期较优的负荷分配方式,从而指导运行决策人员做出更合理的运行策略。     

基于可中断负荷的机组组合优化调度模型

机组组合是制定日前调度计划的重要内容,主要是确定机组的有功出力和启停状态。在智能电网大力建设背景下,需求响应成为重要的互动资源,本文综合考虑电源侧与负荷侧的特点,比较不同需求响应手段的使用范围,选取可中断负荷并将其作为一种虚拟的发电资源,融入到机组组合中,建立优化调度模型。算例结果表明,所建模型有效降低了系统运行成本,减少效率差的小型机组的频繁启停,同时用户还获得收益,说明考虑可中断负荷的机组组合优化调度模型有利于电力系统的可靠经济运行。     

多时间尺度协调的区域控制偏差超前控制方法

根据机组响应控制指令时间长短不同,提出一种多时间尺度协调的区域控制偏差(area control error,ACE)超前控制方法。首先分析了现有ACE超前控制方法的不足,给出目标时刻控制区理想总发电的预测模型;然后分析了计划机组计划与执行的关系,提出计划机组出力偏差的预估方法;进而综合考虑总发电、计划机组发电和自动发电控制(auto generation control,AGC)机组的希望运行点,计算出目标时刻协调AGC机组的希望总出力;最后,通过一个优化模型把协调AGC机组的希望总出力分配到各协调AGC机组上。文章所提方法已在四川电网投入现场试运行,结果证明了该方法的可行性。     

利用燃气机组和热泵减少不确定因素影响的电网调度

电网运行因传统电力负荷预测的不确定性和光伏、风电等随机性电源规模导入而日益受到影响。基于智能电网调度系统,提出通过控制集中式供热、发电设备的热、电出力,并使分散式热泵与之相配合,让热力管网起到一个储热系统的效用。这样可以利用热、电传输特性存在的差异,在建模过程中将热源与终端用户之间的热水管道传输距离和热泵耗电负荷作为新的优化变量。针对电力负荷跟踪问题,1通过减小燃气机组的供热,增加了发电出力可调节范围,配合分散式热泵耗电供热所增加的电力负荷,可以等效改变电力负荷,跟踪目标负荷曲线;2不同热泵性能系数(COP)下的负荷跟踪效果一致,但COP越大节能效果越好。针对并网间歇性电源等效发电出力波动最小的目标函数,可以将热电联产机组和电厂侧集中式水源热泵构成联合热电源,增加其热、电的调节范围。计算结果表明:间歇性电源发电等效出力得到了有效平滑;不同空间分布的热负荷对平滑效果差异影响较小,但对于能耗有较大影响;远端型热负荷分布下节能效益最好,约为3%。     

供热机组调峰运行中的最小出力分析

针对供热机组"以热定电"的运行方式与机组调峰合理调度之间存在的矛盾,通过对2台供热机组最小出力的计算,提出了应根据机组特性和实际热负荷计算出每台机组最合理的发电功率和“以热定电”理论考核曲线的建议,并分析了供热机组出力调整及参与电网调峰的运行方式。     

“三北”地区电网有偿调峰服务费用计算

针对“三北”地区电网热电机组比重大、纯凝机组等非供热机组承担系统调峰的问题,提出有偿调峰服务费用的计算方法。在对纯凝机组和热电机组分别建模基础上,构建一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡的优化调度模型。通过求解热电机组按纯凝发电和热电联产两种方式运行时系统各机组的出力,分别确定纯凝机组、风电机组以及水电机组的深度调峰容量,并将非供热机组深度调峰区间内销售电量所得利润之差定为有偿调峰费用。算例分析证明了该有偿调峰费用计算方法的合理性。     

新能源大规模并网条件下火电机组深度调峰控制策略优化

火电机组深度调峰运行是消除电源侧与电网侧双随机扰动、提高可再生能源消纳率的有效措施,为此机组协调控制系统也需要进行改进,保证在大范围变工况运行时发电负荷-机前压力的控制品质。针对典型亚临界机组简化非线性动态模型,通过机理分析确定机组由额定负荷向深调峰负荷变化时模型中主要参数的变化规律,再将经典PID参数整定方法同仿真分析相结合,得到主要工况点协调控制系统最优参数,并提出适应工况变化的变参数控制逻辑。将此方法应用到某330 MW机组深调峰改造中,优化后的协调控制系统可在33%～100%负荷范围内投入,并具有良好的控制品质。     

补偿风电扰动的供热机组快速变负荷控制方法

电网消纳扰动性风电的能力是制约风电发展的瓶颈。传统火电机组负荷响应速率较低难以完成这一要求。供热机组热网中大量管道、换热器、散热器具有很大的蓄热能力,可以在短时间内利用其蓄热提高其负荷响应能力。在实验验证这一思路的基础上,通过对自动发电控制(AGC)负荷指令进行非线性多尺度分解,构造了供热机组负荷指令,针对典型供热机组简化非线性动态模型,设计了一种机组优化控制系统方案,可以在不影响热用户的前提下,充分利用供热热网蓄热,大幅度提高机组负荷响应速率,补偿风电随机性扰动。     

前馈修正的循环流化床机组脱硝系统多模型预测控制研究

双碳政策的深入推进对燃煤机组负荷灵活调峰能力提出了更高要求,然而机组负荷大范围变化时会造成烟气NO_x浓度的大幅度波动,提升了NO_x超低排放控制的难度。针对大范围变负荷工况下难以快速、精准调控喷氨量的难题,以某循环流化床机组联合脱硝系统为研究对象,建立关键参数前馈修正与多模型预测控制耦合的控制策略,以炉膛出口烟气温度为依据划分工况子模型,根据阶跃扰动试验及改进粒子群算法对各子模型进行参数辨识,并通过隶属度加权方法建立多模型控制器。工程应用结果表明,前馈修正的多模型预测控制方法在平稳负荷工况时波动范围达到±5.8mg/m³,变负荷工况时为±8.1mg/m³,标准差分别为2.10和2.89mg/m³,应用结果证明了该控制方法的有效性。     

凝结水变负荷深度调峰技术实现方法及其经济性评价

目前,国内火电机组参与深度调峰需要满足机组负荷响应速率及中低负荷段运行经济性的要求,虽然主蒸汽滑压运行能在一定程度上提高机组的运行经济性,但单一静态滑压运行曲线没有考虑环境参数变化、供热及工业用汽等影响。本文提出一种凝结水变负荷深度调峰技术的实现方法,通过凝结水节流快速变负荷控制技术及基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制系统,根据电网自动发电控制(AGC)和一次调频指令需求,综合调配机组主蒸汽调节阀和凝结水泵变频器,同时根据环境和供热等工况变化,实时优化给定主蒸汽压力,实现深度调峰滑压节能优化运行,并通过对比试验评价该技术的经济性。结果表明,该技术能显著提高机组的综合经济效益,满足机组电网考核与运行经济性的需求。     

考虑储热装置的风电-热电机组联合优化运行策略

基于日前供热负荷预测和风电出力预测,考虑储热装置运行机理,研究风电场与热电机组联合运行的优化方法。将含储热装置的热电厂和风电场组成一个发电利益集合体,在满足地区供热负荷和提升风电消纳的同时,通过调节热电机组和储热装置的出力最大化发电利益集合体的收益。考虑热电机组的热-电耦合特性和储热装置的运行约束,建立了日前调度模型并进行求解。在此基础上,考虑风电出力的随机性,建立了相应的随机优化模型。算例分析表明,考虑储热的风电-热电机组联合优化所获得的收益高于风电场和热电机组单独运行获得的总收益,并且可在现行"以热定电"运行机制下提高风电的消纳能力。同时采用随机优化模型能有效降低系统联合出力的不确定性,可较好地解决风功率预测中的不确定性问题。     

供热储能和深度调峰工况下火电机组旁路供热自动控制策略研究与应用

针对旁路供热改造后机组运行过程中存在控制难点,提出旁路供热工况下完整控制策略,实现供热工况下的旁路自动控制,同时满足机组供热调节的需求。针对供热工况下对旁路的投退及工况扰动对汽轮机运行稳定性的影响,以及机组安全边界的改变,提出一套包含旁路闭锁及超驰的逻辑设计方案,有效保障机组的安全稳定运行。针对旁路供热状态下汽轮机通流特性、以及锅炉温度压力响应特性的变化特点,提出协调修正的优化策略,通过对原有逻辑的少量改动实现机组自动及协调控制效果的优化,提高机组的涉网控制品质。此外,针对旁路事故关闭的工况,提出旁路快速减负荷(run back,RB)的控制策略,使机组具备在旁路发生故障后的自稳定及自恢复能力。提出的控制方案在超临界直流炉机组中进行了应用,经验证能够实现旁路系统的自动化控制,协调变负荷的控制效果良好,旁路RB动作后机组能够平稳过渡,实现了旁路供热工况下机组的自动、安全控制。     

660MW梯级供热机组耦合电锅炉运行优化

基于对660 MW梯级供热机组耦合电锅炉运行特性分析,提出一种确定机组实时运行最佳经济背压的方法.试验表明控制机组主蒸汽流量和外界热负荷工况,参考最佳经济背压运行能有效增加机组的输出功率,可提高机组运行热经济性.机组梯级供热改造后,供热能力提升约440 GJ.在保证对外供热负荷不变时,梯级供热可降低发电机功率86 MW...     

适应电网快速调频的热电联产机组新型变负荷控制策略

大型发电机组的一次调频特性对电力系统频率稳定与电能质量至关重要。热电联产机组热网中存储了大量蓄热,在短时间内利用这部分蓄热可以显著改善机组的调频性能而又不影响热用户需求。建立了机组释放蓄热的静、动态模型与热电耦合特性模型,提出了“供热抽汽快速动作、锅炉燃料精准追踪、供热抽汽缓慢恢复”的快速变负荷控制思路,并据此设计了供热抽汽调节与传统协调控制相结合的新型变负荷控制方法。以某330 MW机组为例进行了仿真验证,结果表明所提出的控制策略实现了供热抽汽的快速调节与主动恢复,缩短了机组跨出负荷响应死区的时间,提升了机组的变负荷速率,有效改善了机组的自动发电控制(AGC)性能。