CN116974267A - 深度调峰火电机组控制系统评估的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了深度调峰火电机组控制系统评估的装置及方法，涉及评估分析技术领域；装置包括获得燃煤机组模型模块和评估模块，方法包括获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统；从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
Description
技术领域
本发明涉及评估分析技术领域，尤其涉及一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置及方法。
背景技术
撰写人检索，检索式为(TACD＝(评估AND火电AND机组AND调节AND跨时间))，获得较为接近的现有技术方案如下。
授权公告号为CN113670003B，名称为高安全性的储能、发电和物质回收外压缩空分工艺流程。该工艺通过在常规外压缩空分工艺流程的基础上设置低温液空储存系统、冷能循环系统和空气释能发电系统，形成集气体分离、液空储存、空气膨胀发电和物质回收为一体的空分新工艺流程。通过采用石头蓄冷或氮气循环式液体介质蓄冷两种冷储存方式，实现外压缩空分设备的高安全性储能。该工艺技术既是一种新的外压缩空分工艺流程，也适用于对现有外压缩空分工艺流程的升级和更新改造。通过谷电储能和峰电能量释放降低空分设备的峰电电耗和用电成本，其应用对企业有经济效益，对电网侧有节能减排效益，是企业经济效益和国家经济与环境效益的完美统一。
申请公布号为CN115864527A，名称为基于云上资源的源网荷储多源数据采集与控制手段汇聚方法。包括：根据源网荷储数据需求明确其数据源；对存在多个数据源的，基于D-S证据理论进行多源数据筛选融合；对数据进行预处理，按数据源和元数据情况分类分表存储；通过资源统一描述和元数据库方式建立源网荷储数据的全局字典，基于全局字典对数据进行总资源池全景数据监视；对于指定的控制目标，选取预设电气距离内的源网荷储资源进行聚合控制：计算各控制手段控制灵敏度，连同该资源的可控量和响应速度一起，构成指定控制目标的控制手段集。增强云上数据可信度，实现源网荷储资源数据的集成管理和全景实时监视，实现控制手段汇聚和聚合控制模型量化分析评估。
结合上述两篇专利文献和现有的技术方案，发明人分析现有技术方案如下。
随着社会和经济的快速发展，大量的化石燃料，包括煤炭和石油正在大量消耗，造成了严重的污染和温室气体排放。因此，许多地方已经有制定了充足的计划从可再生能源中生产能源。可再生能源，如太阳能、风能和水能，为化石燃料提供了一个清洁和丰富的替代品，而且没有温室气体排放。然而，风能和太阳能的随机性和可变性给电网管理带来了很大的障碍。日益增长的调峰需求需要大量可调度的发电厂来进行电力调节。因此，燃煤机组必须表现出更大的灵活性，以有效利用可再生能源。在高可再生能源渗透率的电力系统中，以快速反应解决负荷波动问题已成为近年来的研究重点。
火电机组深度调峰运行工况下，机组的自动发电控制AGC、一次调频等涉网调节能力下降，影响电网的安全稳定运行。影响机组涉网调节性能的控制系统数量多、结构比较复杂，仅靠人工判别控制系统性能，难度大，准确性差，难以实现对深度调峰工况下火电机组调节能力的全面、准确评估；因此使用Dymola建立燃煤机组级子控制系统的相关动态模型，研究机组级、子控制系统级的性能评估方法，对提高火电机组调节能力和电网的安全稳定有着重要的意义。
现有技术问题及思考：
如何解决深度调峰火电机组控制系统评估的技术问题。
发明内容
本发明提供一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置及方法，解决深度调峰火电机组控制系统评估的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案在于如下方面：
一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括获得燃煤机组模型模块和评估模块，获得燃煤机组模型模块，用于获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统，评估模块包括机组级动态性能评估模块和子控制系统级动态性能评估模块，机组级动态性能评估模块，用于从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；子控制系统级动态性能评估模块，用于基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；评估模块，用于基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
进一步的技术方案在于：获得燃煤机组模型模块，还用于使用Dymola软件对燃煤机组进行建模；根据燃煤机组汽机平衡图和锅炉说明书的设计数据，对所搭建模型进行初始数据输入。
进一步的技术方案在于：获得燃煤机组模型模块，还用于在稳态建模的过程中，模型的热力参数需要与平衡图参数对比，以保证稳态时模型的准确性；在动态建模的过程中，根据变负荷速率下的负荷指令对输出功率的响应时间、最大超调量、启动时延时间和结束时延时间进行考核，以保证模型的动态性能。
进一步的技术方案在于：构造控制系统控制输出功率，通过控制系统将当前机组输出功率与负荷指令对比，通过PID控制控制给煤量，过量空气系数控制给风量，通过负荷指令控制给水量，使机组重要输入量达到准确的数值，以控制机组输出功率。
进一步的技术方案在于：水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统四个子控制系统，在搭建完成后，分别在被控热力参数给予扰动，计算其稳定时间以及衰减率，选择控制效果达标的控制参数。
进一步的技术方案在于：机组级动态性能评估模块，还用于选取输出功率和主汽压力为重要参数，计算获得协方差指标及经济性指标，并计算负荷控制系统综合指标，对机组级系统性能进行评估；子控制系统级动态性能评估模块，还用于选取子控制系统的参数，在定向扰动实验中，计算其控制性能指标，对子控制系统级性能进行评估。
进一步的技术方案在于：机组级动态性能评估模块，还用于对机组级系统性能进行评估，对于协方差指标，二维变量的协方差矩阵的元素，为每一自变量的方差和变量间的协方差；输出功率和主汽压力选取为协方差矩阵的二维变量；协方差指标IV用来评价系统的安全性，变负荷速率越大，IV越小；对于经济性指标，根据两个细则对火电机组负荷控制系统AGC考核的规律，定义基于两个细则的负荷控制系统经济性指标Ik；经济性指标Ik用来评价系统的经济性，变负荷速率越大，Ik越大；对于负荷控制综合指标，由经济性指标Ik与协方差指标IV以及权重系数进行计算得到；根据运行时具体的条件选取权重系数，根据计算得到的综合评价指标I对机组级系统性能进行评估。
进一步的技术方案在于：子控制系统级动态性能评估模块，还用于对子控制系统级进行评估，通过对主蒸汽压力、中间点温度、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力、风量和磨煤机出口温度的主要热力参数进行扰动，通过测定上述主要热力参数稳定时间及衰减率，并进行分数计算，获得每个子控制系统最终的表现得分，来对子控制系统级进行评估。
进一步的技术方案在于：评估模块，还用于最终当燃煤机组运行时，根据机组级系统性能及子控制系统级控制性能，寻找获得升降负荷时最大变负荷速率，在保证安全性的前提下，尽可能提升经济性；对机组在负荷变化时设置的负荷指令进行指导，使操作人员的操作更加规范，提高燃煤机组的经济性。
一种深度调峰火电机组控制系统评估的方法包括获得燃煤机组模型和评估的步骤，获得燃煤机组模型步骤包括获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统；评估步骤包括从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述相应的步骤。
一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述相应的步骤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
第一，一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括获得燃煤机组模型模块和评估模块，获得燃煤机组模型模块，用于获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统，评估模块包括机组级动态性能评估模块和子控制系统级动态性能评估模块，机组级动态性能评估模块，用于从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；子控制系统级动态性能评估模块，用于基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；评估模块，用于基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。该技术方案，其通过燃煤机组模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估，实现深度调峰火电机组控制系统评估。
第二，一种深度调峰火电机组控制系统评估的方法包括获得燃煤机组模型和评估的步骤，获得燃煤机组模型步骤包括获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统；评估步骤包括从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。该技术方案，其通过燃煤机组模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估，实现深度调峰火电机组控制系统评估。
详见具体实施方式部分描述。
附图说明
图1是本发明实施例1的流程图；
图2是本发明实施例2的原理框图；
图3是本发明实施例3的原理框图；
图4是本发明实施例4的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1：
如图1所示，本发明公开了一种深度调峰火电机组控制系统评估的方法包括获得燃煤机组模型和评估的步骤。
获得燃煤机组模型步骤包括获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统。
评估步骤包括从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
实施例2：
如图2所示，本发明公开了一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括获得燃煤机组模型模块和评估模块，评估模块包括机组级动态性能评估模块和子控制系统级动态性能评估模块。
获得燃煤机组模型模块，用于获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统。
使用Dymola软件对燃煤机组进行建模；根据燃煤机组汽机平衡图和锅炉说明书的设计数据，对所搭建模型进行初始数据输入。
在稳态建模的过程中，模型的热力参数需要与平衡图参数对比，以保证稳态时模型的准确性；在动态建模的过程中，根据变负荷速率下的负荷指令对输出功率的响应时间、最大超调量、启动时延时间和结束时延时间进行考核，以保证模型的动态性能。
构造控制系统控制输出功率，通过控制系统将当前机组输出功率与负荷指令对比，通过PID控制控制给煤量，过量空气系数控制给风量，通过负荷指令控制给水量，使机组重要输入量达到准确的数值，以控制机组输出功率。
水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统四个子控制系统，在搭建完成后，分别在被控热力参数给予扰动，计算其稳定时间以及衰减率，选择控制效果达标的控制参数。
机组级动态性能评估模块，用于从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标。
其中，选取输出功率和主汽压力为重要参数，计算获得协方差指标及经济性指标，并计算负荷控制系统综合指标，对机组级系统性能进行评估。
其中，对机组级系统性能进行评估，对于协方差指标，二维变量的协方差矩阵的元素，为每一自变量的方差和变量间的协方差；输出功率和主汽压力选取为协方差矩阵的二维变量；协方差指标IV用来评价系统的安全性，变负荷速率越大，IV越小；对于经济性指标，根据两个细则对火电机组负荷控制系统AGC考核的规律，定义基于两个细则的负荷控制系统经济性指标Ik；经济性指标Ik用来评价系统的经济性，变负荷速率越大，Ik越大；对于负荷控制综合指标，由经济性指标Ik与协方差指标IV以及权重系数进行计算得到；根据运行时具体的条件选取权重系数，根据计算得到的综合评价指标I对机组级系统性能进行评估。
子控制系统级动态性能评估模块，用于基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数。
其中，选取子控制系统的参数，在定向扰动实验中，计算其控制性能指标，对子控制系统级性能进行评估。
其中，对子控制系统级进行评估，通过对主蒸汽压力、中间点温度、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力、风量和磨煤机出口温度的主要热力参数进行扰动，通过测定上述主要热力参数稳定时间及衰减率，并进行分数计算，获得每个子控制系统最终的表现得分，来对子控制系统级进行评估。
评估模块，用于基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
其中，最终当燃煤机组运行时，根据机组级系统性能及子控制系统级控制性能，寻找获得升降负荷时最大变负荷速率，在保证安全性的前提下，尽可能提升经济性；对机组在负荷变化时设置的负荷指令进行指导，使操作人员的操作更加规范，提高燃煤机组的经济性。
运行上述模块，实现实施例1的方法步骤。
实施例3：
如图3所示，本发明公开了一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，存储器和处理器形成电子终端，所述处理器执行计算机程序时实现实施例1的步骤。
实施例4：
如图4所示，本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1中的步骤。
相对于上述实施例，其中的程序模块还可以为采用现有逻辑运算技术制成的硬件模块，实现相应的逻辑运算步骤、通信步骤和控制步骤，进而实现上述相应的步骤，其中的逻辑运算单元为现有技术不再赘述。
本申请的构思：
本发明涉及一种火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态评估方法，包括建立了一个基于Dymola建模的仿真模型来研究变负荷火电机组的自动发电控制AGC的动态特性。具体来说，搭建了使用了中国北方某电厂的一台300Mw机组模型，搭建其汽机部分、锅炉部分及控制系统部分，并验证其稳态及动态过程中性能的有效性，并根据扰动实验的响应时间、稳定时间、衰减率等优化子控制系统逻辑及参数。该模型可以分析不同负荷变化率下主要热力参数的表现。同时，综合考虑电网中两个细则的经济指标及协方差指标，提出了一种燃煤机组的动态评估方法，并根据该评估方法分析了不同负荷变化率下机组的性能表现，为设置机组负荷指令提供了指导。
研发过程：
本发明提出一种基于动态性能评价的深度调峰火电机组控制系统建模方法。利用火电机组设计数据，使用Dymola搭建动态模型及子控制系统，并实现在机组级及子控制系统级对系统动态性能进行评价。
为实现上述内容，本发明提出如下方案：
从汽轮机平衡图及锅炉说明书等读取燃煤机组设计工况。例如典型工况下主汽压力、主汽温度等设计数据。对所搭建模型进行初始数据输入。
具体的，在稳态建模的过程中，模型的在几个常见工况下的重要热力参数需要与平衡图参数及锅炉说明书参数进行对比，以保证稳态时模型的准确性。具体数值由《火力发电厂自动发电控制性能测试验收规程》确定，即如表1所示：
表1：稳定负荷工况机组AGC测试主参数品质考核指标
| 指标 | 数值 |
| 负荷稳态偏差/％Pe | ±1.0 |
| 主蒸汽压力/MPa | ±0.3 |
| 主蒸汽温度/℃ | ±3.0 |
| 再热蒸汽温度/℃ | ±4.0 |
| 炉膛压力/Pa | ±100 |
| 烟气含氧量/％ | ±10 |
为保证动态模型的准确性，选取几个重要子控制系统进行建模，分别包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统、送风子控制系统四个子系统模块。将子系统模块与锅炉部分、汽机部分组合得到燃煤机组动态模型。
具体的，在动态建模的过程中，需要根据在一定变负荷速率下的负荷指令对输出功率的响应时间、最大超调量、启动时延时间、结束时延时间进行考核，以保证模型的动态性能。具体数值由《火力发电厂自动发电控制性能测试验收规程》确定，幅度为5％Pe的连续三角波指令AGC性能指标要求，以及幅度为10％Pe的单向斜坡指令AGC性能指标要求，如表2所示：
表2：变负荷工况机组AGC测试主参数品质考核指标
| 指标 | 数值 |
| 负荷平均变化速率/(％Pe·min-1) | ≥1.5 |
| 负荷响应时间/s | ≤60 |
| 负荷启动时延时间/s | ≤45 |
| 负荷动态过调量/％Pe | ≤±1.5 |
| 主蒸汽压力偏差/MPa | ≤±0.6 |
| 主蒸汽温度偏差/℃ | ≤±10.0 |
| 再热蒸汽温度偏差/℃ | ≤±12.0 |
| 炉膛压力偏差/Pa | ±200 |
具体的，考虑水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统、送风子控制系统四个子控制系统，分别在被控热力参数给予一定扰动，计算其稳定时间以及衰减率，选择控制效果达标的控制参数。具体数值由《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》确定，即如表3所示：
表3：子控制系统性能测试考核指标
| 被调量 | 扰动量 | 稳定时间 | 衰减率 |
| 主蒸汽压力 | 0.6MPa | ＜6min | 0.75～0.9 |
| 主蒸汽温度 | ±5℃ | ＜15min | 0.75～0.9 |
| 再热蒸汽温度 | ±5℃ | ＜30min | 0.75～0.9 |
| 炉膛压力 | ±200Pa | ＜3min | 0.9～0.95 |
| 磨煤机出口温度 | ±3℃ | ＜5min | 0.9～0.95 |
| 磨煤机入口风压 | ±50Pa | ＜20 | 0.9～0.95 |
具体的，选取协方差指标和经济性指标对机组级系统性能进行评估，其中协方差指标定义如下：
其中，fcov(yM)和fcov(yB)分别代表基线期数据B和监测期数据M的协方差矩阵的行列式。
其中，Pf为主汽压力，MPa；Ne为机组输出功率，MW。
经济性指标定义如下：
Ik＝λ11KV+λ22KN (3)
其中，KV为机组的平均调节率指标；KN为调节精度指标；λ11和λ22为加权系数，均取0.5。
平均调节率指标定义如下：
其中，Vm为机组的实测AGC调节速率；Vb为机组的基本响应速率。
其中，α为机组转换系数；ΔN为AGC负荷试验指令的变化量；T为机组实际负荷达到AGC试验负荷指令目标值的死区范围内的时间。
如果KV值小于0，说明平均调节率指标优秀，在后续的计算中，如果KV小于0，则KV值被视为等于0。
调节精度指标由以下公式确定：
其中，β为精度放缩系数；Ne(t)为AGC动作后机组的实际输出；N0(t)为AGC动作后机组的目标输出；T为AGC输入时间。
综合评价指标I定义如下：
I＝λ1IV+λ2Ik (7)
其中，λ1和λ2是加权系数，都大于0，且加和为1。
具体的，系数λ1和λ2与发电机组的运行有关，较小的系数表示对所评估的性能考虑的程度较低。如果负荷控制系统的安全性和稳定性已经很好时，可以通过减少λ1和增加λ2来更加关注系统的经济性。另一方面，如果负荷控制系统的安全性和稳定性已经难以保证，那么关注系统的经济性是不合理的，因此应增加λ1，减少λ2。如果需要平衡对系统安全性和经济性的评价，λ1和λ2的值应尽可能接近。因此，λ1和λ2的值是在三个条件下确定的：
(1)当评估以经济性为优先时，取λ1为0.41，λ2为0.59。
(2)当需要在安全和经济之间取得平衡时，取λ1为0.5，λ2为0.5。
(3)当评估优先考虑安全和稳定时，取λ1为0.63，λ2为0.37。
进一步的，监测时段评价AGC总体表现的标准如表4所示。
表4：监测期间AGC评价标准
| I | Iv | 评估结果 |
| 0＜I＜0.37 | - | 优 |
| 0.37≤I＜0.53 | - | 良 |
| 0.53≤I＜1.47 | 0≤Iv＜1.1 | 中 |
| 0.53≤I＜1.47 | Iv≥1.1 | 差 |
| I≥1.47 | - | 差 |
技术方案说明：
如图1所示，为本发明实施例提供的一种火电机组控制系统数据建模及动态评估流程图。
基于动态性能评价的深度调峰火电机组控制系统建模方法，所述模型及评价系统的建立包括如下几个步骤：
步骤一使用Dymola软件对燃煤机组进行建模，包括汽机部分、锅炉部分、控制系统部分。根据燃煤机组汽机平衡图以及锅炉说明书的设计数据，对所搭建模型进行初始数据输入。
步骤二在稳态建模的过程中，模型的在几个常见工况下的重要热力参数需要与平衡图参数进行对比，以保证稳态时模型的准确性。在动态建模的过程中，需要根据在一定变负荷速率下的负荷指令对输出功率的响应时间、最大超调量、启动时延时间、结束时延时间进行考核，以保证模型的动态性能。
步骤三构建水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统、送风子控制系统四个子控制系统，在搭建完成后，分别在被控热力参数给予一定扰动，计算其稳定时间以及衰减率，选择控制效果达标的控制参数。
步骤四选取输出功率和主汽压力为重要参数，计算协方差指标及经济性指标，并根据不同情况计算负荷控制系统综合指标，对机组级系统性能进行评估。
具体的，为了研究最大的负荷变化率，范围从0.5％ Pe MW/min到2.0％ Pe MW/min。主要目的是评估输出功率和主蒸汽压力的变化，并使用上述公式计算相关性能指标。机组和控制系统的性能最初是在条件2下评估的，λ1和λ2设置为0.5，计算结果如表5所示所示。
表5：条件2即λ1为0.5，λ2为0.5情况下，部分负荷变化率的具体评估结果
发明人认为本项目的技术贡献在于：
1.火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态评估方法，包括如下几个步骤：
S1使用Dymola软件对燃煤机组进行建模，包括汽机部分、锅炉部分、控制系统部分。
S2根据燃煤机组汽机平衡图以及锅炉说明书的设计数据，对所搭建模型进行初始数据输入。
S3控制系统中包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统、送风子控制系统四个子系统模块，并对模型进行搭建。
S4结合水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统、送风子控制系统四个子控制系统，与锅炉部分、汽机部分组合得到燃煤机组模型。
S5在该模型稳态性能得以保障后，对照燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数来优化使该模型动态性能，并通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
2.在稳态建模的过程中，模型的在几个常见工况下的重要热力参数需要与平衡图参数进行对比，以保证稳态时模型的准确性。
3.在动态建模的过程中，需要根据在一定变负荷速率下的负荷指令对输出功率的响应时间、最大超调量、启动时延时间、结束时延时间进行考核，以保证模型的动态性能。
4.构造控制系统控制输出功率。
通过控制系统将当前机组输出功率与负荷指令进行对比，通过PID控制控制给煤量，同时一定的过量空气系数控制给风量，通过负荷指令控制给水量，使机组重要输入量达到准确的数值，以控制机组输出功率。
5.水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统、送风子控制系统四个子控制系统，在搭建完成后，分别在被控热力参数给予一定扰动，计算其稳定时间以及衰减率，选择控制效果达标的控制参数。
6.选取输出功率和主汽压力为重要参数，计算协方差指标及经济性指标，并根据不同情况计算负荷控制系统综合指标，对机组级系统性能进行评估。
7.选取子控制系统重要参数，在定向扰动实验中，计算其控制性能指标，对子控制系统级性能进行评估。
8.对机组级系统性能进行评估。
对于协方差指标，二维变量的协方差矩阵的元素，为各自变量的方差和变量间的协方差。由于方差能够描述数据的稳定程度，协方差能够描述二维变量的同向关系，且矩阵中方差越小则表明变量的稳定性更好，协方差越大则表明变量的同向程度越好。根据这一特点，输出功率和主汽压力被选取为协方差矩阵的二维变量。协方差指标IV用来评价系统的安全性，变负荷速率越大，IV越小。
对于经济性指标，根据两个细则对火电机组负荷控制系统AGC考核的规律，定义基于两个细则的负荷控制系统经济性指标Ik。经济性指标Ik用来评价系统的经济性，变负荷速率越大，Ik越大。
对于负荷控制综合指标，由经济性指标Ik与协方差指标IV以及权重系数进行计算得到。其中根据运行时具体的条件选取权重系数，根据计算得到的I对机组级系统性能进行评估。
9.对子控制系统级进行评估。
通过对主蒸汽压力、中间点温度、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力、风量、磨煤机出口温度等主要热力参数进行扰动，通过测定上述主要热力参数稳定时间及衰减率，并进行分数计算，得出每个子控制系统最终的表现得分，来对子控制系统级进行评估。
10.对子控制系统级进行评估。
最终当燃煤机组运行时，根据机组级系统性能及子控制系统级控制性能，寻找升降负荷时最大变负荷速率，在保证安全性的前提下，尽可能提升经济性。对机组在负荷变化时设置的负荷指令进行指导，使操作人员的操作更加规范，提高燃煤机组的经济性。
本申请内部运行一段时间后，现场技术人员反馈的有益之处在于：
本发明属于火电机组深度调峰工况下的系统建模与评价领域，具体涉及一种基于动态性能评价的深度调峰火电机组控制系统建模方法。
方法包括获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统；从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
验证其稳态及动态过程中性能的有效性，并根据扰动实验的响应时间、稳定时间、衰减率等优化子控制系统逻辑及参数。该模型可以分析不同负荷变化率下主要热力参数的表现。同时，综合考虑电网中两个细则的经济指标及协方差指标，提出了一种燃煤机组的动态评估方法，并根据该评估方法分析了不同负荷变化率下机组的性能表现，为设置机组负荷指令提供了指导。
目前，本发明的技术方案已经进行了中试，即产品在大规模量产前的较小规模试验；中试完成后，在小范围内开展了用户使用调研，调研结果表明用户满意度较高；现在已开始着手准备产品正式投产进行产业化(包括知识产权风险预警调研)。
Claims (10)
1.一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：包括获得燃煤机组模型模块和评估模块，获得燃煤机组模型模块，用于获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统，评估模块包括机组级动态性能评估模块和子控制系统级动态性能评估模块，机组级动态性能评估模块，用于从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；子控制系统级动态性能评估模块，用于基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；评估模块，用于基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
2.根据权利要求1所述的深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：获得燃煤机组模型模块，还用于使用Dymola软件对燃煤机组进行建模；根据燃煤机组汽机平衡图和锅炉说明书的设计数据，对所搭建模型进行初始数据输入。
3.根据权利要求1所述的深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：获得燃煤机组模型模块，还用于在稳态建模的过程中，模型的热力参数需要与平衡图参数对比，以保证稳态时模型的准确性；在动态建模的过程中，根据变负荷速率下的负荷指令对输出功率的响应时间、最大超调量、启动时延时间和结束时延时间进行考核，以保证模型的动态性能；
构造控制系统控制输出功率，通过控制系统将当前机组输出功率与负荷指令对比，通过PID控制控制给煤量，过量空气系数控制给风量，通过负荷指令控制给水量，使机组重要输入量达到准确的数值，以控制机组输出功率；
水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统四个子控制系统，在搭建完成后，分别在被控热力参数给予扰动，计算其稳定时间以及衰减率，选择控制效果达标的控制参数。
4.根据权利要求1所述的深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：机组级动态性能评估模块，还用于选取输出功率和主汽压力为重要参数，计算获得协方差指标及经济性指标，并计算负荷控制系统综合指标，对机组级系统性能进行评估；子控制系统级动态性能评估模块，还用于选取子控制系统的参数，在定向扰动实验中，计算其控制性能指标，对子控制系统级性能进行评估。
5.根据权利要求1所述的深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：机组级动态性能评估模块，还用于对机组级系统性能进行评估，对于协方差指标，二维变量的协方差矩阵的元素，为每一自变量的方差和变量间的协方差；输出功率和主汽压力选取为协方差矩阵的二维变量；协方差指标IV用来评价系统的安全性，变负荷速率越大，IV越小；对于经济性指标，根据两个细则对火电机组负荷控制系统AGC考核的规律，定义基于两个细则的负荷控制系统经济性指标Ik；经济性指标Ik用来评价系统的经济性，变负荷速率越大，Ik越大；对于负荷控制综合指标，由经济性指标Ik与协方差指标IV以及权重系数进行计算得到；根据运行时具体的条件选取权重系数，根据计算得到的综合评价指标I对机组级系统性能进行评估。
6.根据权利要求1所述的深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：子控制系统级动态性能评估模块，还用于对子控制系统级进行评估，通过对主蒸汽压力、中间点温度、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力、风量和磨煤机出口温度的主要热力参数进行扰动，通过测定上述主要热力参数稳定时间及衰减率，并进行分数计算，获得每个子控制系统最终的表现得分，来对子控制系统级进行评估。
7.根据权利要求1所述的深度调峰火电机组控制系统评估的装置，其特征在于：评估模块，还用于最终当燃煤机组运行时，根据机组级系统性能及子控制系统级控制性能，寻找获得升降负荷时最大变负荷速率，在保证安全性的前提下，尽可能提升经济性；对机组在负荷变化时设置的负荷指令进行指导，使操作人员的操作更加规范，提高燃煤机组的经济性。
8.一种深度调峰火电机组控制系统评估的方法，其特征在于：包括获得燃煤机组模型和评估的步骤，获得燃煤机组模型步骤包括获得燃煤机组模型，燃煤机组模型包括汽机、锅炉和控制系统，控制系统包括水汽循环子控制系统、汽温子控制系统、一次调频子控制系统和送风子控制系统共四个子控制系统；评估步骤包括从汽机获得主气温、主气压和输出功率，从锅炉获得给煤量和风量，计算获得协方差指标和经济性指标；基于四个子控制系统获得响应时间、稳定时间和衰减率，优化子控制系统逻辑及参数；基于燃煤机组实际运行数据，通过调整子控制系统参数，优化燃煤机组模型的动态性能，通过该模型对火电机组控制系统灵活性调节能力跨时间尺度动态性能进行评估。
9.一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行计算机程序时实现权利要求8中相应的步骤。
10.一种深度调峰火电机组控制系统评估的装置包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8中相应的步骤。
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Cited By (1)
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