基于能量管理的火电机组灵活运行控制技术研究

Improving the operating flexibility of thermal power units is an important way to solve the problem of large scale renewable energy absorption in China. The rapid and deep variable load control of the unit through advanced control technology is the key to flexible operation of thermal power units. Research on hybrid modeling method suitable for complex thermal power generation process based on data driving and composite modeling; Detailed research on the nonlinear control model of the unit, the nonlinear model of the boiler energy storage and the soft measurement model of the low calorific value of the coal that feed into furnace, an energy command reflected the dynamic of the boiler is constructed and a coordinated control system is designed based on precision energy balance. Research on comprehensive utilization technology of turbine energy storage that adapt to rapid load change, control models and optimization control systems of condensate throttling and heating pumping throttling are established to realize the rapid variable load of the units. Research on low load operation control technology of heating unit, a control model and an optimization control system of the storage tank are established to achieve low load change of the unit. Research on nonlinear dynamic models of unit energy storage, thereby realizing the on-line assessment of their response rate and capacity. The energy demand signal of the unit is decomposed by multi-scale, and a hierarchical optimization method is used to balance the contradiction between the rapid, deep variable load of the unit and the safe, economical operation of the unit, thereby realizing the efficient distribution of energy.

提升火电机组的灵活运行能力是解决我国规模化新能源电力消纳问题的重要途径。通过先进控制技术实现机组快速、深度变负荷控制是火电机组灵活运行控制的关键。研究适合复杂热力发电过程的基于复合建模和数据驱动相结合的混合建模方法；深入研究机组非线性控制模型、锅炉蓄能的非线性模型以及入炉煤低位发热量的软测量方法，构造反应锅炉动态能量需求的能量指令，设计基于精准能量平衡的机炉协调控制系统；研究适应快速变负荷的汽轮机蓄能综合利用技术，建立凝结水节流、供热抽汽节流等的控制模型和优化控制系统，实现机组快速变负荷；研究供热机组低负荷运行控制技术，建立储热罐等的控制模型和优化控制系统，实现机组的深度变负荷；研究机组蓄能非线性动态模型，实现蓄能响应速率和能力的在线评估。对机组的能量需求信号进行多尺度分解，利用分级优化方法平衡机组快速、深度变负荷与机组安全经济运行目标之间的矛盾，实现能量的高效分配利用。

提升火电机组的灵活运行能力是解决我国规模化新能源电力消纳问题的重要途径。充分利用锅炉、汽轮机以及热网蓄能，并通过先进控制技术实现机组快速、深度变负荷控制是火电机组灵活运行控制的关键。项目重点在如下五个方向展开研究工作：一是研究基于复合建模和数据建模相结合的混合建模方法，掌握锅炉、制粉系统、汽轮机回热系统以及热网系统的蓄能特性；二是研究基于精准能量平衡的机炉协调控制系统方法，提高机组在动态过程中的控制性能品质指标以及稳定性；三是研究各种蓄能形式综合利用的协同控制策略；四是研究供热机组低负荷灵活运行特性以及运行安全区在线评价方法，并研究控制系统优化方法；五是研究复杂热力过程分级优化方法以及能量管理算法，在面对机组快速、深度变负荷条件下，对机组的能量需求信号进行多尺度分解，利用分级优化方法平衡机组快速、深度变负荷与机组安全经济运行目标之间的矛盾，实现各种能量的高效分配利用。项目的研究成果包括多篇学术论文、授权发明专利及软件著作权。技术成果在多个电厂获得推广应用，并获得了中国电力科学技术进步奖一等奖。