超低负荷下火电机组协调控制系统优化

摘要

可再生能源发电的并网以及用电侧负荷的复杂多变，造成了电网的双随机扰动，需要火电机组频繁、大幅度的调整发电负荷以消除扰动。尤其是火电机组参与电网深度调峰，即在低于50%的超低负荷下长期运行，易导致锅炉燃烧不稳定、炉膛燃烧温度低、水循环安全性降低等一系列问题。 常规负荷段的协调控制系统，例如机跟炉、炉跟机控制，只能实现单一控制目标如功率或机前压力的稳定，但会造成燃料量、汽轮机调汽门的波动。超低负荷下燃料量的过大波动会造成炉膛灭火，而调气阀门的过大幅度变化则会造成汽轮机振动、胀差、轴向位移增加。因此，机组在超低负荷运行时需要避免燃料量、调气阀门过大波动，以保证运行的安全性、稳定性。本文结合机跟炉、炉跟机的控制特点，设计基于机跟炉、炉跟机的柔性控制系统，并构建柔性因子，通过改变柔性因子实现系统在两者之间的无级切换，完成对多个控制目标的控制要求（AGC响应速率、锅炉稳燃），同时稳定机组运行。 本文通过建模以及对机跟炉、炉跟机、DEB协调控制系统的等效被控对象传递函数的推导来分析其性能指标与执行机构动作幅度间的理论约束关系，并通过仿真来验证推导出的AGC 指令扰动下机前压力变化与燃料量变化的约束关系。同时搭建基于机跟炉、炉跟机的柔性控制系统的SIMULINK 仿真模型，仿真分析柔性因子静态切换、动态切换时对柔性控制系统的影响。最后通过对锅炉负荷、操作人员设定进行加权来构造柔性控制系统的柔性因子。 仿真结果表明：稳定工况下柔性因子在控制器输入端进行切换时，不会对柔性控制系统造成扰动；变工况下柔性因子在控制器输入端或输出端进行切换时，均会对柔性控制系统造成扰动。柔性控制系统为超低负荷下火电机组协调控制系统优化提供了新思路，具有一定的参考价值。

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摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究动态

1.3 论文主要工作

第2章 机组超低负荷运行特性分析

2.1 超低负荷概述

2.2 抑制控制输出动作幅度必要性分析

2.2.1 锅炉侧燃料量波动的不利影响

2.2.2 汽轮机调气阀门波动的不利影响

2.3 本章小结

第3章 协调控制系统的理论推导及分析

3.1 对象模型

3.1.1 对象模型简介

3.1.2 对象模型线性化

3.2 “机跟炉”协调控制的理论推导

3.2.1 机侧等效被控对象

3.2.2 炉侧等效被控对象

3.3 “炉跟机”协调控制的理论推导

3.4 直接能量平衡（DEB）协调控制的理论推导

3.5 被控参数性能指标和执行机构动作幅度间的约束关系分析

3.5.1 常用对象输入输出间约束关系分析

3.5.2 仿真验证

3.6 本章小结

第4章 超低负荷下的柔性控制系统

4.1 柔性控制概述

4.2 机跟炉、炉跟机控制特点分析

4.3 柔性控制系统仿真模型

4.3.1 控制器输入端切换的柔性控制系统

4.3.2 控制器输出端切换的柔性控制系统

4.4 柔性控制系统仿真分析

4.4.1 静态切换下的控制系统仿真

4.4.2 动态切换下的控制系统仿真

4.5 柔性因子的构造

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢