[发明专利]基于工作点线性化建模的CHP机组变负荷动态过程特性分析方法

权利要求书

1.基于工作点线性化建模的CHP机组变负荷动态过程特性分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：分析CHP机组动态耦合关系，构建CHP机组非线性动态模型；

步骤2：在纯凝、供热工况下，建立工作点线性化的拉普拉斯变换模型，采用控制变量法分析控制变量单独作用下CHP机组变负荷能力；

步骤3：利用改进粒子群算法进行多变量协同控制的优化，测试CHP机组变负荷能力的开环特性；

步骤4：通过电热协同-安全自检的控制策略调节控制变量，测试CHP机组调节能力的闭环特性；

所述步骤1中，CHP机组的电功率、热功率与控制阀门的非线性动态耦合关系的微分代数方程数学模型如下：

其中：r_m为实际进入磨煤机煤量，V_B为机组燃料量，t为控制时域时间变量、τ为制粉过程延迟时间；T_f为制粉惯性时间、r_B为锅炉燃烧率；C_b为锅炉蓄热系数，p_d为汽包压力，K₃为汽轮机增益静态参数，p_t为汽轮机主蒸汽压力，V_T为汽轮机高压缸进汽调节阀开度，K₁为燃料增益静态参数；K₂为过热器阻力系数，ε为有效能量指数，(K₁r_B)^ε表示进入锅炉的有效能量；T_t为汽轮机惯性时间，N_E为机组发电功率，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，K₅为低压缸增益静态参数，p_z为汽轮机供热抽汽压力，V_H为供热抽汽调节蝶阀开度；C_h为机组加热器蓄热系数，K₆为热网循环水的有效比热容，q_x为机组循环水流量，p_z为汽轮机供热抽汽压力，t_i为机组循环水回水温度；q_H为供热抽汽流量，K₇为供热抽汽有效热量折合蒸汽流量系数；p₁为汽轮机一级压力；

所述步骤2中，包括如下步骤：

首先，将式(1)写成增量形式，利用小偏差线性化得到平衡点附近的线性模型：

其中，Δr_m为实际进入磨煤机煤量增量，ΔV_B为机组燃料量增量，t为控制时域时间变量、τ为制粉过程延迟时间；T_f为制粉惯性时间、Δr_B为锅炉燃烧率增量；C_b为锅炉蓄热系数，Δp_d为汽包压力增量，K₃为汽轮机增益静态参数，Δp_t为汽轮机主蒸汽压力增量，ΔV_T为汽轮机高压缸进汽调节阀开度增量，K₁为燃料增益静态参数；K₂为过热器阻力系数，T_t为汽轮机惯性时间，ΔN_E为机组发电功率增量，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，K₅为低压缸增益静态参数，Δp_z为汽轮机供热抽汽压力增量，ΔV_H为供热抽汽调节蝶阀开度增量；C_h为机组加热器蓄热系数，K₆为热网循环水的有效比热容，Δq_x为机组循环水流量增量，t_i为机组循环水回水温度；Δq_H为供热抽汽流量增量，K₇为供热抽汽有效热量折合蒸汽流量系数；Δp₁为汽轮机一级压力增量；

其次，求取系统线性微分方程(2)的拉普拉斯变换，设初始条件为零，对系统线性微分方程(2)取拉普拉斯变换并省去增量符号Δ，得：

其中，s为复频域变量，是复数，r_m(s)为实际进入磨煤机煤量复频域变量，V_B(s)为机组燃料量复频域变量，τ为制粉过程延迟时间；T_f为制粉惯性时间、r_B(s)为锅炉燃烧率复频域变量；C_b为锅炉蓄热系数，p_d(s)为汽包压力复频域变量，K₃为汽轮机增益静态参数，p_t(s)为汽轮机主蒸汽压力复频域变量，V_T(s)为汽轮机高压缸进汽调节阀开度复频域变量，K₁为燃料增益静态参数；K₂为过热器阻力系数，T_t为汽轮机惯性时间，N_E(s)为机组发电功率复频域变量，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，K₅为低压缸增益静态参数，p_z(s)为汽轮机供热抽汽压力复频域变量，V_H(s)为供热抽汽调节蝶阀开度复频域变量；C_h为机组加热器蓄热系数，K₆为热网循环水的有效比热容，q_x(s)为机组循环水流量复频域变量，t_i为机组循环水回水温度；q_H(s)为供热抽汽流量复频域变量，K₇为供热抽汽有效热量折合蒸汽流量系数；p₁(s)为汽轮机一级压力复频域变量；

然后，对线性模型式(3)进行简化和等效，得到工作点线性化后的描述单元机组热电耦合关系动态特性的数学模型，用传递函数矩阵的形式表示为：

其中，p_t(s)为汽轮机主蒸汽压力复频域变量，p_z(s)为汽轮机供热抽汽压力复频域变量，N_E(s)为机组发电功率复频域变量，V_T(s)为汽轮机高压缸进汽调节阀开度复频域变量，V_B(s)为机组燃料量复频域变量，V_H(s)为供热抽汽调节蝶阀开度复频域变量；G₁₁(s)、G₁₂(s)、G₁₃(s)、G₂₁(s)、G₂₂(s)、G₂₃(s)、G₃₁(s)、G₃₂(s)、G₃₃(s)分别为传递函数矩阵的元素；

热电耦合关系矩阵各元素分别为：

G₁₁(s)＝-M₂/(1+M₁s)               (5)；

其中，s为复频域变量；M₁、M₂分别为元素G₁₁(s)方程式系数；

其中，s为复频域变量，K₁为燃料增益静态参数，K₃为汽轮机增益静态参数，V_T为汽轮机高压缸进汽调节阀开度，τ为制粉过程延迟时间，T_f为制粉惯性时间，M₁、M₃分别为元素G₁₂(s)方程式系数；

G₁₃(s)＝0                  (7)；

其中，s为复频域变量，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，C_b为锅炉蓄热系数，C_h为机组加热器蓄热系数，M₁、M₂、M₄分别为元素G₂₁(s)方程式系数；

其中，s为复频域变量，K₁为燃料增益静态参数，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，τ为制粉过程延迟时间，T_f为制粉惯性时间，C_h为机组加热器蓄热系数，M₁、M₃、M₄分别为元素G₂₂(s)方程式系数；

其中，s为复频域变量，C_h为机组加热器蓄热系数，M₄、M₆分别为元素G₂₃(s)方程式系数；

其中，s为复频域变量，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，C_b为锅炉蓄热系数，T_t为汽轮机惯性时间，C_h为机组加热器蓄热系数，M₁、M₂、M₄、M₅分别为元素G₃₁(s)方程式系数；

其中，s为复频域变量，K₁为燃料增益静态参数，K₄为高中压缸占汽轮机做功比例，τ为制粉过程延迟时间，T_f为制粉惯性时间，T_t为汽轮机惯性时间，C_h为机组加热器蓄热系数，M₁、M₃、M₄、M₅分别为元素G₃₂(s)方程式系数；

其中，s为复频域变量，K₆为热网循环水的有效比热容，q_x为机组循环水流量，T_t为汽轮机惯性时间，C_h为机组加热器蓄热系数，M₄、M₆分别为元素G₃₃(s)方程式系数。