[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

说明书

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，包括步骤：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。本发明能够克服不同工作点建模非线性造成的影响，能够适应CHP机组正常负荷变化范围。

技术领域

本发明涉及电-热综合能源系统设备建模技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

CHP机组(热电联供机组)变负荷能力建模对于综合能源系统电力调度、调频等场景优化计算至关重要，但其精细化建模机理繁复、优化控制改造后的快速动态调节特性复杂，使机组变负荷能力难以准确刻画。因此，研究CHP机组变负荷过程动态调节特性的描述方法，对支撑CHP机组应用于综合能源系统场景具有重要意义。

CHP机组动态特性除受其内在的物理结构属性影响外，还与运行方式、工况、外部环境等因素有关。目前还难以得到机组动态特性的精确描述，常通过合理简化与近似处理，结合机理分析与试验建模等方法，建立满足一定精度要求、反映机组主要动态特征的数学模型。通常采用代数方程组描述CHP机组模型可行域与爬坡、备用能力，该模型多应用于机组参与系统长时间尺度优化调度的计算场景；代数方程线性化模型往往忽略了机组出力的连续时间变化特征，存在机组输出功率可以发生瞬时突变的假设前提，无疑扩大了机组的快速变负荷能力，易造成调度计划存在无法精确实现的可能性，即存在能量不可交付性问题。

而考虑机组内在特性的数学描述为微分代数方程组形式，其采用优化控制方法提高机组短期快速调节能力参与系统调频计算场景；微分代数方程约束将使优化问题成为一个高非线性的动态优化问题。这类优化问题难以直接求解，通过离散方法逼近微分变量将导致求解大规模优化问题易陷入维度灾难，求解时间长、精度差，无法在线实时。

机组变负荷过程动态特性建模面临满足计算精度与求解速度的同时兼顾机组动态特性精确描述的挑战。将供热机组动态模型小偏差线性化，得到包含供热侧特性的传递函数矩阵模型，分析热电耦合特性并设计解耦器。在不同工作点线性化引入拉普拉斯变换，采用传递函数代替微分方程来描述系统的特性，可直观和简便来确定控制系统的整个特性、分析控制系统的运动过程、提供控制系统调整策略。对CHP机组在工作点线性化，采用拉普拉斯变换建模，使其模型适用于综合能源系统变负荷能力灵活性需求的研究较为少见。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种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，该方法为机组燃料量V_B、汽轮机HP缸进汽调节阀开度V_T、供热抽汽调节蝶阀开度V_H三个控制变量协同作用完成电功率准确调节提供了参考。能够克服不同工作点建模非线性造成的影响，能够适应CHP机组正常负荷变化范围。

本发明采取的技术方案为：

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，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：