本發(fā)明涉及火力發(fā)電控制領(lǐng)域的一種變工況亞臨界火電機(jī)組的鍋爐-汽機(jī)控制模型構(gòu)建方法，具體地，涉及一種基于鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)機(jī)理建模和動態(tài)參數(shù)辨識的亞臨界火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制模型構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國電網(wǎng)的日益復(fù)雜和電力需求的多樣化，對負(fù)荷和頻率調(diào)節(jié)提出了越來越高的要求。對于火力電站而言，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。但由于鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，大多基于簡單線性模型設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)無法達(dá)到滿意的控制效果。改善機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個重要手段是建立能反映機(jī)組全工況動態(tài)特性的非線性動態(tài)過程模型。建立一個復(fù)雜度和精度適中的鍋爐-汽機(jī)控制模型，對于進(jìn)一步改善協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析機(jī)組動態(tài)特性具有重要意義。目前常見的協(xié)調(diào)控制模型是線性傳遞函數(shù)模型，但是線性模型忽略了鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)本身的非線性和耦合特性，因此只適用于機(jī)組運(yùn)行工況變化不大的情況。對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，韓忠旭(韓忠旭等.機(jī)爐協(xié)調(diào)多變量受控系統(tǒng)線性增量形數(shù)學(xué)模型.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).25(7),24-29,2005)提出了一種火電廠單元機(jī)組線性增量式集總參數(shù)模型，推導(dǎo)出了系統(tǒng)輸入與輸出之間的傳遞函數(shù)矩陣。然而針對需要參與調(diào)峰的大型火電機(jī)組，其通常需要在30％～100％額定負(fù)荷的變工況條件下運(yùn)行，故線性模型無法表征鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)的全局動態(tài)特性；同時文獻(xiàn)模型沒有考慮到模型參數(shù)的時變性，部分模型參數(shù)物理意義不明確，因此該模型缺乏可移植性，尤其不適用于工況變化大的亞臨界機(jī)組。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種變工況亞臨界火電機(jī)組的鍋爐-汽機(jī)控制模型構(gòu)建方法，充分考慮了變工況運(yùn)行的鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)的非線性特性，對鍋爐機(jī)組的各個階段能量轉(zhuǎn)換和工質(zhì)參數(shù)變化進(jìn)行了機(jī)理分析，通過適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃喕蛥?shù)辨識，推導(dǎo)出復(fù)雜度適中的機(jī)組協(xié)調(diào)控制模型。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種變工況亞臨界火電機(jī)組的鍋爐-汽機(jī)控制模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：步驟一、根據(jù)鍋爐、汽輪機(jī)運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程，獲得亞臨界火電機(jī)組(包括水冷壁、汽包、各級換熱器、)以下結(jié)構(gòu)參數(shù)：汽包、水冷壁和過熱器的管徑、管厚、管長及管數(shù)量。建立可在線調(diào)用的適用于亞臨界機(jī)組的工質(zhì)物性參數(shù)(包括工質(zhì)的密度、比焓)數(shù)據(jù)庫，用于步驟二中的工質(zhì)參數(shù)計(jì)算。優(yōu)選地，所述工質(zhì)物性參數(shù)庫，是指根據(jù)水和水蒸氣熱力性質(zhì)工業(yè)公式(IAPWS-IF97)開發(fā)的用于在線計(jì)算的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，可參考文獻(xiàn)：王旭輝、于彤、惠兆宇、袁景淇，用于火電全范圍仿真的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，控制工程，2011；18:131-133。步驟二、為了便于分析，根據(jù)燃煤機(jī)組內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程，將鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)全流程(見圖1)簡化為三個子過程，即給煤-熱量轉(zhuǎn)化過程、熱量-蒸汽轉(zhuǎn)化過程和蒸汽-電功率轉(zhuǎn)化過程?；诠べ|(zhì)的質(zhì)量、能量動態(tài)平衡。分別建立這三個子過程的集總參數(shù)動態(tài)模型，建模流程見圖2，建模過程中有關(guān)工質(zhì)參數(shù)的計(jì)算采用步驟一中的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫：①給煤-熱量轉(zhuǎn)化過程：是指原煤經(jīng)過磨煤機(jī)后磨成煤粉，并隨一次風(fēng)送入爐膛燃燒釋放熱量的過程。其中，進(jìn)入爐膛的煤粉質(zhì)量動態(tài)平衡方程為TfdDfdt=-Df+μB(t-τ)---(1)]]>爐膛內(nèi)燃燒過程的動態(tài)能量平衡方程為Qs＝DfQnet,ar(1-q4)-Dfg(hfg-hin)＝DfQnet,ar(1-q4)-Qfg(2)其中，煙氣能量與發(fā)電功率之間的關(guān)系用線性多項(xiàng)式來逼近：Qfg＝λ10+λ11N(3)式(1)～(3)中，μB、Df分別表示給煤質(zhì)量流量和入爐煤質(zhì)量流量，Tf和τ表示時間常數(shù)；Qs表示水冷壁內(nèi)工質(zhì)的吸熱速率，q4表示機(jī)械不完全燃燒損失，Qnet,ar表示燃煤的低位發(fā)熱量，Qfg、Dfg、hfg分別表示爐膛出口煙氣攜帶的能量、爐膛出口煙氣的質(zhì)量流量和比焓，hin表示煙氣在環(huán)境溫度下的比焓；λ10、λ11為多項(xiàng)式函數(shù)的常系數(shù)；N是發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。②熱量-蒸汽轉(zhuǎn)化過程：是指工質(zhì)在水冷壁和各級過熱器吸收煤粉燃燒所釋放出的熱量，沿著汽水流程工質(zhì)參數(shù)逐步升高最終形成主蒸汽的過程。其中，水冷壁和汽包中工質(zhì)的質(zhì)量、能量平衡方程為Dgs-Ds=d(VDρD)dt=VDdρDdpDdpDdt---(4)]]>Qs＝Dgs(hs-hfw)(5)其中，汽包內(nèi)飽和蒸汽和給水的熱力學(xué)參數(shù)可用二次多項(xiàng)式表示ρD=λ20+λ21pD+λ22pD2---(6)]]>hs=λ30+λ31pD+λ32pD2---(7)]]>hfw=λ40+λ41pD+λ42pD2---(8)]]>過熱器內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量動態(tài)平衡方程為Ds-Dms=d(VTρT)dt=VTdρTdt=VT∂ρT∂pTdpTdt---(9)]]>當(dāng)主蒸汽溫度變化范圍很小時，主蒸汽密度與主蒸汽壓力的關(guān)系可用線性函數(shù)表示：ρT＝λ50+λ51pT(10)根據(jù)Darcy-Weisbach方程，可計(jì)算離開汽包的飽和蒸汽質(zhì)量流量Ds=C0ρDpD-pT---(11)]]>由式(9)和(11)可推導(dǎo)出主蒸汽壓力的動態(tài)特性方程為VT∂ρT∂pTdpTdt=C0ρDpD-pT-Dms---(12)]]>式(4)～(12)中，Dgs、Ds分別表示水冷壁和汽包中產(chǎn)生的飽和蒸汽質(zhì)量流量和離開汽包的飽和蒸汽質(zhì)量流量，VD、ρD、hs、pD分別表示汽包和水冷壁中飽和蒸汽的體積、飽和蒸汽密度、飽和蒸汽比焓和汽包壓力，hfw表示給水比焓；Dms、ρT、pT表示主蒸汽質(zhì)量流量、主蒸汽密度、主蒸汽壓力，VT是過熱器中過熱蒸汽的總體積；C0是過熱器管道慣性阻尼系數(shù)；Qs是指水冷壁中工質(zhì)的吸熱速率；λ20、λ21、λ22、λ30、λ31、λ32、λ40、λ41、λ42、λ50、λ51均為多項(xiàng)式函數(shù)的常系數(shù)，用于表達(dá)中間量與系統(tǒng)狀態(tài)變量之間的關(guān)系。③蒸汽-電功率轉(zhuǎn)化過程：是指主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸做功，然后高壓缸排氣流經(jīng)再熱器吸收熱量形成再熱蒸汽并進(jìn)入汽輪機(jī)中、低壓缸做功的過程。其中，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門的開度定義為μT=p1pT---(13)]]>汽機(jī)閥門的動態(tài)特性簡化為一個一階慣性環(huán)節(jié)Tedp1dt+p1=μTpT---(14)]]>根據(jù)進(jìn)出汽輪機(jī)系統(tǒng)的總能量平衡，發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率可計(jì)算如下N=ηmηgEin=ηmηg(Dmshms+Dr(hr-hHE)-Σi=18Dihi-DLEhLE)=ηmηg[Dms(hms-Σi=19αihi)+Dr(hr-hHE)]---(15)]]>αi＝Di/Dms,i＝1,2...9(16)其中，再熱蒸汽在再熱通道中吸收的總熱量與發(fā)電功率之間存在線性相關(guān)，可表示如下：Dr(hr-hHE)＝k1N(17)因而式(15)可改寫為N=(hms-Σi=19αihi)Dms1ηmηg-k1=k2Dms---(18)]]>其中，主蒸汽流量可按下式計(jì)算Dms=Drefp1_ref2-p2_ref2TrefT1-(p2/p1)2·p1≈Drefp1_ref2-p2_ref2TrefT·p1=k3p1---(19)]]>由式(14)、(18)和(19)可推導(dǎo)出發(fā)電功率的動態(tài)特性方程為TedNdt=-N+k2k3μTpT---(20)]]>式(13)～(20)中，μT∈[0,1]表示汽機(jī)調(diào)門開度，p1、pT分別為汽輪機(jī)首級壓力、主蒸汽壓力，Te為汽機(jī)調(diào)門動作的慣性時間常數(shù)；N是發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，Ein表示進(jìn)入汽輪機(jī)做功的凈能量，αi(i＝1,2…8)表示第i級的抽汽占主蒸汽質(zhì)量流量的份額，其中D9、h9分別表示低壓缸排汽的質(zhì)量流量和比焓，有DLE＝D9，hLE＝h9；Dr、Di、DLE分表表示再熱蒸汽質(zhì)量流量、第i級抽汽的質(zhì)量流量和低壓缸排汽質(zhì)量流量，hr、hHE、hLE、hi、hms分別表示再熱蒸汽比焓、高壓缸排汽比焓、低壓缸排汽比焓、各級抽汽的比焓和主蒸汽比焓；ηm、ηg分別表示汽輪機(jī)軸效率和發(fā)電機(jī)效率；p2為實(shí)際工況下高壓缸排汽壓力，p1,ref、p2,ref、Tref、Dref分表示參考工況下的汽輪機(jī)首級壓力、高壓缸排汽壓力、主蒸汽溫度和主蒸汽質(zhì)量流量，k1、k2、k3為描述不同變量之間關(guān)系的比例系數(shù)；T是指實(shí)際工況下的主蒸汽溫度。由式(1)、(4)、(12)和(20),可得描述鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的完整動態(tài)方程為：TedNdt=-N+k2k3μTpTVT∂ρT∂pTdpTdt=C0ρDpD-pT-k3μTpTVDdρDdpDdpDdt=DfQnet,ar(1-q4)-Qfghs-hfw-C0ρDpD-pTTfdDfdt=-Df+μB(t-τ)---(21)]]>定義鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)變量為x＝[N,pT,pD,Df]T，操縱變量為u＝[μT,μB(t-τ)]T，輸出變量為y＝[N,pT]T，則根據(jù)式(21)可得系統(tǒng)控制模型的狀態(tài)空間形式如下：x·=f(x)+g(x)uy=h(x)---(22)]]>其中，f(x)=-1Tex1cacnx3-x2k4cbcmx4-cacbx3-x2-Qfgcbcm-1Tfx4,g(x)=k5Tex20-k3cnx200001Tf---(23)]]>h(x)＝[x1x2]T模型參數(shù)定義如下：ca=C0ρD,cb=VDdρDdpD,cm=hs-hfw,cn=VT∂ρT∂pT,k4=Qnet,ar(1-q4),k5=k2k3.---(24)]]>以上公式中：x1、x2、x3、x4是鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)的四個狀態(tài)變量，分別指的是發(fā)電功率、主蒸汽壓力、汽包壓力和入爐煤質(zhì)量流量。步驟三、通過OPC協(xié)議從DCS實(shí)時數(shù)據(jù)庫獲取機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體包括：給煤質(zhì)量流量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、主蒸汽質(zhì)量流量、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、再熱蒸汽質(zhì)量流量、汽輪機(jī)首級壓力、汽包壓力、發(fā)電功率、給水溫度、給水壓力、煙氣溫度、煙氣質(zhì)量流量等；步驟四、利用一段時間的DCS歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對上述式(3)、(6)、(7)、(8)和(10)進(jìn)行回歸分析，確定式中的待定系數(shù)。再按式(24)計(jì)算得到模型參數(shù)。本發(fā)明所述鍋爐-汽機(jī)控制模型完整考慮了系統(tǒng)的非線性特性，適用于大范圍變工況運(yùn)行的亞臨界機(jī)組，模型參數(shù)中有部分為動態(tài)參數(shù)，反映了系統(tǒng)因工質(zhì)熱力學(xué)特性變化帶來的參數(shù)時變性，從機(jī)理上保證了該模型的精度，模型平均相對誤差小于2％。本發(fā)明所有鍋爐-汽機(jī)控制模型參數(shù)均具有明確的物理意義，便于對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)特性分析和將模型推廣應(yīng)用于不同的亞臨界機(jī)組時模型參數(shù)的修改。本發(fā)明所述鍋爐-汽機(jī)控制模型為多輸入多輸出的狀態(tài)空間形式，屬于仿射非線性，且模型復(fù)雜度適中。在模型形式上，極大簡化了后續(xù)基于該模型的非線性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。本發(fā)明在求解若干關(guān)鍵中間變量與系統(tǒng)狀態(tài)變量之間關(guān)聯(lián)時，充分利用電廠的海量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行了回歸分析。在合理的假設(shè)前提下，用多項(xiàng)式函數(shù)來簡化部分熱力學(xué)參數(shù)繁雜的求解，且計(jì)算精度較高。步驟四中，可采用遺傳算法進(jìn)行動態(tài)參數(shù)辨識。時間常數(shù)τ、Te和Tf可由現(xiàn)場工程師經(jīng)驗(yàn)確定，參數(shù)k2,VD和VT由優(yōu)化算法辨識得到。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變工況亞臨界火電機(jī)組的鍋爐-汽機(jī)控制模型的建模，充分考慮了鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)各個主要環(huán)節(jié)的非線性動態(tài)特性，模型精度高、模型參數(shù)物理意義明確，且模型具有很強(qiáng)的通用性和可移植性；本發(fā)明可以為變工況運(yùn)行的機(jī)組動態(tài)特性仿真分析、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等提供技術(shù)支撐。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：圖1為本發(fā)明一實(shí)施例亞臨界火電機(jī)組全流程示意圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例亞臨界火電機(jī)組鍋爐-汽機(jī)控制模型的建模流程圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例亞臨界火電機(jī)組的模型驗(yàn)證結(jié)果對比圖，用的是某機(jī)組2012年7月6日24h的運(yùn)行數(shù)據(jù)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例涉及以某300MW亞臨界燃煤機(jī)組為例，鍋爐型號為SZS20-1.27/300-Y型，鍋爐為自然循環(huán)、一次中間再熱、“W”火焰燃燒方式、雙拱單爐膛、平衡通風(fēng)、尾部雙煙道、煙氣擋板調(diào)溫、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼架懸吊式汽包爐。汽輪機(jī)型號為N300-16.7/537/537-2型，是一次中間再熱、高中壓缸合缸、反動凝汽式汽輪機(jī)。本實(shí)施例提供一種適用于變工況亞臨界火電機(jī)組的鍋爐-汽機(jī)控制模型構(gòu)建方法，具體包括以下步驟：步驟一、根據(jù)鍋爐、汽輪機(jī)運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程，獲得亞臨界火電機(jī)組(包括水冷壁、汽包、各級換熱器、)以下結(jié)構(gòu)參數(shù)：汽包、水冷壁和過熱器的管徑、管厚、管長及管數(shù)量。建立可在線調(diào)用的適用于亞臨界機(jī)組的工質(zhì)物性參數(shù)(包括工質(zhì)的密度、比焓)數(shù)據(jù)庫，用于步驟二中的工質(zhì)參數(shù)計(jì)算。所述工質(zhì)物性參數(shù)庫，是指根據(jù)水和水蒸氣熱力性質(zhì)工業(yè)公式(IAPWS-IF97)開發(fā)的用于在線計(jì)算的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，比如參考文獻(xiàn)：王旭輝、于彤、惠兆宇、袁景淇，用于火電全范圍仿真的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，控制工程，2011；18:131-133。步驟二、根據(jù)燃煤機(jī)組內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程，將鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)全流程(見圖1)簡化為三個子過程，即給煤-熱量轉(zhuǎn)化過程、熱量-蒸汽轉(zhuǎn)化過程和蒸汽-電功率轉(zhuǎn)化過程?；诠べ|(zhì)的質(zhì)量、能量動態(tài)平衡。分別建立這三個子過程的集總參數(shù)動態(tài)模型，建模流程見圖2，建模過程中有關(guān)工質(zhì)參數(shù)的計(jì)算采用步驟一中的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫：①給煤-熱量轉(zhuǎn)化過程：是指原煤經(jīng)過磨煤機(jī)后磨成煤粉，并隨一次風(fēng)送入爐膛燃燒釋放熱量的過程。其中：進(jìn)入爐膛的煤粉質(zhì)量動態(tài)平衡方程為TfdDfdt=-Df+μB(t-τ)---(1)]]>爐膛內(nèi)燃燒過程的動態(tài)能量平衡方程為Qs＝DfQnet,ar(1-q4)-Dfg(hfg-hin)＝DfQnet,ar(1-q4)-Qfg(2)煙氣能量與發(fā)電功率之間的關(guān)系用線性多項(xiàng)式來逼近Qfg＝λ10+λ11N(3)式(1)～(3)中，μB、Df分別表示給煤質(zhì)量流量和入爐煤質(zhì)量流量，Tf和τ表示時間常數(shù)；Qs表示水冷壁內(nèi)工質(zhì)的吸熱速率，q4表示機(jī)械不完全燃燒損失，Qnet,ar表示燃煤的低位發(fā)熱量，Qfg、Dfg、hfg分別表示爐膛出口煙氣攜帶的能量、爐膛出口煙氣的質(zhì)量流量和比焓，hin表示煙氣在環(huán)境溫度下的比焓；λ10、λ11為多項(xiàng)式函數(shù)的常系數(shù)；N是發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。②熱量-蒸汽轉(zhuǎn)化過程：是指工質(zhì)在水冷壁和各級過熱器吸收煤粉燃燒所釋放出的熱量，沿著汽水流程工質(zhì)參數(shù)逐步升高最終形成主蒸汽的過程。其中，水冷壁和汽包中工質(zhì)的質(zhì)量、能量平衡方程為Dgs-Ds=d(VDρD)dt=VDdρDdpDdpDdt---(4)]]>Qs＝Dgs(hs-hfw)(5)其中，汽包內(nèi)飽和蒸汽和給水的熱力學(xué)參數(shù)可用二次多項(xiàng)式表示ρD=λ20+λ21pD+λ22pD2---(6)]]>hs=λ30+λ31pD+λ32pD2---(7)]]>hfw=λ40+λ41pD+λ42pD2---(8)]]>過熱器內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量動態(tài)平衡方程為Ds-Dms=d(VTρT)dt=VTdρTdt=VT∂ρT∂pTdpTdt---(9)]]>當(dāng)主蒸汽溫度變化范圍很小時，主蒸汽密度與主蒸汽壓力的關(guān)系可用線性函數(shù)表達(dá)ρT＝λ50+λ51pT(10)根據(jù)Darcy-Weisbach方程，可計(jì)算離開汽包的飽和蒸汽質(zhì)量流量Ds=C0ρDpD-pT---(11)]]>由式(9)和(11)可推導(dǎo)出主蒸汽壓力的動態(tài)特性方程為VT∂ρT∂pTdpTdt=C0ρDpD-pT-Dms---(12)]]>式(4)～(12)中，Dgs、Ds分別表示水冷壁和汽包中產(chǎn)生的飽和蒸汽質(zhì)量流量和離開汽包的飽和蒸汽質(zhì)量流量，VD、ρD、hs、pD分別表示汽包和水冷壁中飽和蒸汽的體積、飽和蒸汽密度、飽和蒸汽比焓和汽包壓力，hfw表示給水比焓；Dms、ρT、pT表示主蒸汽質(zhì)量流量、主蒸汽密度、主蒸汽壓力，VT是過熱器中過熱蒸汽的總體積；C0是過熱器管道慣性阻尼系數(shù)。③蒸汽-電功率轉(zhuǎn)化過程：是指主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸做功，然后高壓缸排氣流經(jīng)再熱器吸收熱量形成再熱蒸汽并進(jìn)入汽輪機(jī)中、低壓缸做功的過程。其中，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門的開度定義為μT=p1pT---(13)]]>汽機(jī)閥門的動態(tài)特性簡化為一個一階慣性環(huán)節(jié)Tedp1dt+p1=μTpT---(14)]]>根據(jù)進(jìn)出汽輪機(jī)系統(tǒng)的總能量平衡，發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率可計(jì)算如下N=ηmηgEin=ηmηg(Dmshms+Dr(hr-hHE)-Σi=18Dihi-DLEhLE)=ηmηg[Dms(hms-Σi=19αihi)+Dr(hr-hHE)]---(15)]]>αi＝Di/Dms,i＝1,2...9(16)再熱蒸汽在再熱通道中吸收的總熱量與發(fā)電功率之間存在線性相關(guān)，可表示如下：Dr(hr-hHE)＝k1N(17)因而式(15)可改寫為N=(hms-Σi=19αihi)Dms1ηmηg-k1=k2Dms---(18)]]>其中，主蒸汽流量可按下式計(jì)算Dms=Drefp1_ref2-p2_ref2TrefT1-(p2/p1)2·p1≈Drefp1_ref2-p2_ref2TrefT·p1=k3p1---(19)]]>由式(14)、(18)和(19)可推導(dǎo)出發(fā)電功率的動態(tài)特性方程為TedNdt=-N+k2k3μTpT---(20)]]>式(13)～(20)中，μT∈[0,1]表示汽機(jī)調(diào)門開度，p1、pT分別為汽輪機(jī)首級壓力、主蒸汽壓力，Te為汽機(jī)調(diào)門動作的慣性時間常數(shù)；N是發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，Ein表示進(jìn)入汽輪機(jī)做功的凈能量，αi(i＝1,2…8)表示第i級的抽汽占主蒸汽質(zhì)量流量的份額，其中D9、h9分別表示低壓缸排汽的質(zhì)量流量和比焓，有DLE＝D9，hLE＝h9；Dr、Di、DLE分表表示再熱蒸汽質(zhì)量流量、第i級抽汽的質(zhì)量流量和低壓缸排汽質(zhì)量流量，hr、hHE、hLE、hi、hms分別表示再熱蒸汽比焓、高壓缸排汽比焓、低壓缸排汽比焓、各級抽汽的比焓和主蒸汽比焓；ηm、ηg分別表示汽輪機(jī)軸效率和發(fā)電機(jī)效率；p2為實(shí)際工況下高壓缸排汽壓力，p1,ref、p2,ref、Tref、Dref分表示參考工況下的汽輪機(jī)首級壓力、高壓缸排汽壓力、主蒸汽溫度和主蒸汽質(zhì)量流量，k1、k2、k3為描述不同變量之間關(guān)系的比例系數(shù)；T是指實(shí)際工況下的主蒸汽溫度。由式(1)、(4)、(12)和(20),可得描述鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的完整動態(tài)方程為：TedNdt=-N+k2k3μTpTVT∂ρT∂pTdpTdt=C0ρDpD-pT-k3μTpTVDdρDdpDdpDdt=DfQnet,ar(1-q4)-Qfghs-hfw-C0ρDpD-pTTfdDfdt=-Df+μB(t-τ)---(21)]]>定義鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)變量為x＝[N,pT,pD,Df]T，操縱變量為u＝[μT,μB(t-τ)]T，輸出變量為y＝[N,pT]T，則根據(jù)式(20)可得系統(tǒng)控制模型的狀態(tài)空間形式如下：x·=f(x)+g(x)uy=h(x)---(22)]]>其中，f(x)=-1Tex1cacnx3-x2k4cbcmx4-cacbx3-x2-Qfgcbcm-1Tfx4,g(x)=k5Tex20-k3cnx200001Tf---(23)]]>h(x)＝[x1x2]T模型參數(shù)定義如下：ca=C0ρD,cb=VDdρDdpD,cm=hs-hfw,cn=VT∂ρT∂pT,k4=Qnet,ar(1-q4),k5=k2k3.---(24)]]>以上公式中：x1、x2、x3、x4是鍋爐-汽機(jī)系統(tǒng)的四個狀態(tài)變量，分別指的是發(fā)電功率、主蒸汽壓力、汽包壓力和入爐煤質(zhì)量流量。步驟三、通過OPC協(xié)議從DCS實(shí)時數(shù)據(jù)庫獲取機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體包括：給煤質(zhì)量流量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、主蒸汽質(zhì)量流量、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、再熱蒸汽質(zhì)量流量、汽輪機(jī)首級壓力、汽包壓力、發(fā)電功率、給水溫度、給水壓力、煙氣溫度、煙氣質(zhì)量流量等；步驟四、利用一段時間的DCS歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對上述式(3)、(6)、(7)、(8)和(10)進(jìn)行回歸分析，得到式中的待定系數(shù)。再按式(24)計(jì)算得到模型參數(shù)。在部分情況下中，時間常數(shù)τ、Te和Tf可由現(xiàn)場工程師經(jīng)驗(yàn)確定，參數(shù)k2,VD和VT由優(yōu)化算法辨識得到。優(yōu)選地，可采用遺傳算法進(jìn)行動態(tài)參數(shù)辨識。辨識得到的模型參數(shù)為：τ＝10；Te＝10；Tf＝60；k4＝20237；k5＝26.1；ca＝19.76×(0.0138×x3^2+0.1503x3+4.707)；cb＝38×(1.06x2-5.16)；Qfg＝1374.8x1+3397.9；cm＝-1.46×x3^2+12.25x3+2629.19；cn＝479.3。在Matlab/Simulink環(huán)境下，對上述模型進(jìn)行了數(shù)值仿真。圖3是根據(jù)實(shí)際機(jī)組24h輸入信號(給煤質(zhì)量流量和汽機(jī)調(diào)門開度)得到的模型仿真輸出結(jié)果，為了形成對比，該圖同時給出了發(fā)電功率、主蒸汽壓力和汽包壓力的實(shí)時測量值。計(jì)算出模型的相對誤差小于2％。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對變工況亞臨界火電機(jī)組的鍋爐-汽機(jī)控制模型的建模，充分考慮了鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)各個主要環(huán)節(jié)的非線性動態(tài)特性，模型精度高、模型參數(shù)物理意義明確，且模型具有很強(qiáng)的通用性和可移植性；本發(fā)明可以為變工況運(yùn)行的機(jī)組動態(tài)特性仿真分析、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等提供技術(shù)支撐。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。當(dāng)前第1頁1 2 3