[发明专利]一种超临界燃煤机组协调控制系统中的负荷预测方法

说明书

技术领域

本发明属于火力发电系统生产安全及控制技术领域，涉及一种超临界燃煤机组协调控制系统中的负荷预测方法。

背景技术

随着清洁能源（包含水能、风能、太阳能等）广泛应用、超/特高压交直流的远程输电以及大型电源基站建设，电网调频、调峰的需要愈加频繁。现阶段，我国电网结构仍以火力发电为主，大量运行的超临界机组发电效率达到43%~48%。在输配电端，随着自动发电控制系统（AGC）的投入应用，窝电现象大幅度降低。火力发电机组的协调控制系统（CCS）作为联接电网与单元机组的关键环节，对于保证电网频率的品质及稳定性有至关重要的作用。

超临界燃煤机组采用直流锅炉，其没有固定的蒸发分界面，从而机组模型具有非线性、大惯性、参数时变等特点。同时，锅炉和汽轮机的各变量间相互耦合，并且存在快速响应的汽轮机控制和反应延迟的锅炉控制的配合问题，这些都造成超临界机组的协调控制系统更加复杂。由于煤质变化、电网频率等扰动因素的影响，当负荷变动时，传统的负荷指令前馈+PID反馈控制策略已无法满足电网运行准则的要求。

在此之前研究的先进控制策略均未充分考虑电网频率及燃煤品质等因素的扰动，导致机组模型失配，从而控制效果无法达到运行规定。然而，本发明基于变时域思想的受约束动态矩阵控制算法，确保系统鲁棒性的前提下，提升了机组协调控制系统的精度和可靠性。

传统的负荷指令前馈+PID反馈控制策略包含有锅炉主控、汽机主控、燃料主控等回路。锅炉主控根据机组负荷指令要求，调节锅炉总燃料量、总给水流量、总风量等锅炉输入变量，以满足汽机侧对锅炉负荷的需求。汽机主控分为初压控制和远方负荷控制两种工作模式，分别接受协调系统计算出的机前压力和机组负荷为目标值，以控制调门开度。燃料主控根据燃料指令与实际总燃料量比较，产生总给煤量指令，总燃料量信号由总给煤量和燃油流量相加产生（根据设计煤种的低位发热值和燃油的发热值换算出油煤折算系数）。随着机组工况和煤质的变化，运行机组的控制品质越来越差，因此，需要变参数自适应的方法来调整机组协调控制系统。

变时域动态矩阵控制算法是整个机组闭环控制系统的核心，新增的监督环节将机组协调控制系统分为上层稳态控制层和下层动态控制层。上层稳态部分集中优化计算机组负荷、热循环及燃烧效率等指标，并满足约束条件，实时求解最优的给煤量和调门开度。下层动态控制通过汽机主控、锅炉主控、燃料主控等PID回路，迅速响应机组需求的给水量、给煤量、总风量、进汽量等控制量，进而提升机组动态特性。同时，若出现系统通信故障或者预测输出异常值，直接切换原PID回路，保证机组的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超临界燃煤机组协调控制系统中负荷控制的方法，该方法能够利用变时域监督动态矩阵控制算法来优化机组协调控制系统。

为达到上述目的，本发明所述的超临界燃煤机组协调控制系统中的负荷预测方法，包括以下步骤：

1）分析机组机理特性，推导得两输入两输出的机炉模型：

，，

，

其中，ΔNe是机组负荷的变化量，ΔPt是主蒸汽压力的变化量，ΔU_t是汽机调门开度的变化量，ΔU_b是给煤量的变化量；

2）当前每千瓦时耗煤量b_ƒn与设计发电煤耗b_ƒs之比，即为煤质校正系数η。在数据采集系统接收的历史运行数据中，当η＞1时，则此段时间燃烧煤质较差；当η＜1时，则此段时间燃烧煤质较好(死区为±0.03)；

3）分别选取η＞1和η＜1时的历史数据，运用遗传算法辨识不同煤质机炉模型（如步骤1）的参数，采用实数式编码随机产生原始化种群，选取目标函数Q(x,i)并获取每一个体的适应度函数值F(x,i)，确定各遗传操作的概率，通过复制选择、交叉、变异等遗传操作产生新的种群；

判别达到终止条件后，选出最新代种群中适应度函数值最优的个体，求得近似最优解即为不同煤质机炉模型的辨识参数，由步骤2)实时计算当前煤质，实现模型参数自适应煤质变化的过程；

4）根据运行工况确定约束条件，由步骤1)、2)、3)的机组模型求得系统模型阶跃响应系数，检测实际输出并计算误差：；