热力发电系统节能与优化控制基础研究

本项目紧密结合我国大型燃煤发电技术的发展趋势和节能降耗减排的重大需求，针对我国主力大容量、高参数燃煤发电机组在全工况条件下的节能与优化控制目标，在已有研究基础上，应用相关领域最新理论和方法，主要开展以下研究工作：热力发电系统全工况条件下能耗的时空分布规律，在具有宽广热力学状态跨度和时间尺度条件下研究热力发电系统能耗分布模型及建模方法；研究基于数据的热力发电系统参数检测与状态重构方法；研究热力发电系统大范围变工况条件下能耗分析与诊断理论方法，实现基于模型、状态参数与专家知识相融合的运行优化；研究热力发电系统节能优化控制基础理论方法与体系结构，实现热力发电系统的节能优化控制。本项目的研究目标：力求在热力发电系统高精度能耗分布模型及其建模理论方法、能耗分析与诊断、多源信息融合、多目标优化理论及其关键技术方面取得突破，解决热力发电系统节能优化运行与控制相关基础科学问题与关键技术。

首次将系统热经济性指标与系统结构、状态建立直接联系，解决了性能计算与耗差计算的一体化建模问题；提出一种针对多参量组合扰动的逐次变化分析方法，并以主蒸汽压力、温度、减温水等单因素扰动以及主汽蒸汽压力/温度、主蒸汽压力/高压缸效率等多参数扰动下耗差计算为例验证了方法的正确性；发展了主蒸汽压力最优运行定值的确定方法、湿冷机组最佳真空的全工况优化方法、直接空冷机组的节能优化运行以及基于数据挖掘的运行参数最优定值确定方法，为实现热力发电系统节能优化运行奠定了能耗分析基础。.对国内外400余种煤质元素数据进行了深入分析，结合锅炉质量能量平衡原理，建立了入炉煤质、烟气含氧量、热量信号等运行参数的软测量模型，解决了该类参数测不到或测不准的难题；提出了集成支持向量机、广义回归神经网络、投影寻踪回归和非线性偏最小二乘等的参数预测方法，实现了烟气NOx排放、主蒸汽流量、再热蒸汽流量等的在线检测；提出了一种基于信息粒化的机组运行状态检测理论方法，建立了机组全工况下的动态与稳态基准模型，实现了受热面积灰结渣程度、磨辊磨损程度、凝汽器循环水管污垢程度等运行状态的实时监测；为实现大机组节能优化控制奠定了信号基础。.提出了基于机理分析和数据分析的热力发电系统复合建模方法，建立了亚临界汽包锅炉、1000MW超超临界直流锅炉机组、循环流化床锅炉和凝结水节流系统的非线性控制模型。研究了基于非线性控制模型的多模型预测控制算法，实现了机组协调控制和蒸汽温度控制，解决了大延时、强耦合和非线性对象的控制难题，并在多台机组上推广应用；设计了综合电网AGC指标、机组参数性能指标及系统鲁棒性指标的多目标协调控制器，提高了控制性能；提出了火电机组快速深度变负荷控制新方法，包括凝结水节流控制、循环流化床机组低负荷运行、供热抽汽调节、厂级负荷优化分配等，实验及仿真表明可显著提升机组变负荷能力。.基于项目提出的复合建模方法、状态参数软测量与重构技术、先进控制与优化技术成果，研发成功超超临界机组自动化成套控制系统、电站锅炉燃烧状态监测与综合优化控制系统，并在国电谏壁发电厂#3、#4机组、国电大同发电厂#6机组等多台大型超(超)临界机组上应用，结束了国外技术长期垄断的局面，提高了控制系统品质及机组运行可靠性，降低了机组煤耗。鉴定结论认为系统整体技术国际先进，部分关键技术居国际领先水平。项目获2014年度国家科技进步二等奖。