[發明專利]基于工作點線性化建模的CHP機組變負荷動態過程特性分析方法

有效

• 申請號: 202210080334.9
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114488807B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 陳慶;黃悅華;張磊;葉婧;盧天林;張子豪
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.基于工作點線性化建模的CHP機組變負荷動態過程特性分析方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：分析CHP機組動態耦合關系，構建CHP機組非線性動態模型；

步驟2：在純凝、供熱工況下，建立工作點線性化的拉普拉斯變換模型，采用控制變量法分析控制變量單獨作用下CHP機組變負荷能力；

步驟3：利用改進粒子群算法進行多變量協同控制的優化，測試CHP機組變負荷能力的開環特性；

步驟4：通過電熱協同-安全自檢的控制策略調節控制變量，測試CHP機組調節能力的閉環特性；

所述步驟1中，CHP機組的電功率、熱功率與控制閥門的非線性動態耦合關系的微分代數方程數學模型如下：

其中：r_m為實際進入磨煤機煤量，V_B為機組燃料量，t為控制時域時間變量、τ為制粉過程延遲時間；T_f為制粉慣性時間、r_B為鍋爐燃燒率；C_b為鍋爐蓄熱系數，p_d為汽包壓力，K₃為汽輪機增益靜態參數，p_t為汽輪機主蒸汽壓力，V_T為汽輪機高壓缸進汽調節閥開度，K₁為燃料增益靜態參數；K₂為過熱器阻力系數，ε為有效能量指數，(K₁r_B)^ε表示進入鍋爐的有效能量；T_t為汽輪機慣性時間，N_E為機組發電功率，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，K₅為低壓缸增益靜態參數，p_z為汽輪機供熱抽汽壓力，V_H為供熱抽汽調節蝶閥開度；C_h為機組加熱器蓄熱系數，K₆為熱網循環水的有效比熱容，q_x為機組循環水流量，p_z為汽輪機供熱抽汽壓力，t_i為機組循環水回水溫度；q_H為供熱抽汽流量，K₇為供熱抽汽有效熱量折合蒸汽流量系數；p₁為汽輪機一級壓力；

所述步驟2中，包括如下步驟：

首先，將式(1)寫成增量形式，利用小偏差線性化得到平衡點附近的線性模型：

其中，Δr_m為實際進入磨煤機煤量增量，ΔV_B為機組燃料量增量，t為控制時域時間變量、τ為制粉過程延遲時間；T_f為制粉慣性時間、Δr_B為鍋爐燃燒率增量；C_b為鍋爐蓄熱系數，Δp_d為汽包壓力增量，K₃為汽輪機增益靜態參數，Δp_t為汽輪機主蒸汽壓力增量，ΔV_T為汽輪機高壓缸進汽調節閥開度增量，K₁為燃料增益靜態參數；K₂為過熱器阻力系數，T_t為汽輪機慣性時間，ΔN_E為機組發電功率增量，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，K₅為低壓缸增益靜態參數，Δp_z為汽輪機供熱抽汽壓力增量，ΔV_H為供熱抽汽調節蝶閥開度增量；C_h為機組加熱器蓄熱系數，K₆為熱網循環水的有效比熱容，Δq_x為機組循環水流量增量，t_i為機組循環水回水溫度；Δq_H為供熱抽汽流量增量，K₇為供熱抽汽有效熱量折合蒸汽流量系數；Δp₁為汽輪機一級壓力增量；

其次，求取系統線性微分方程(2)的拉普拉斯變換，設初始條件為零，對系統線性微分方程(2)取拉普拉斯變換并省去增量符號Δ，得：

其中，s為復頻域變量，是復數，r_m(s)為實際進入磨煤機煤量復頻域變量，V_B(s)為機組燃料量復頻域變量，τ為制粉過程延遲時間；T_f為制粉慣性時間、r_B(s)為鍋爐燃燒率復頻域變量；C_b為鍋爐蓄熱系數，p_d(s)為汽包壓力復頻域變量，K₃為汽輪機增益靜態參數，p_t(s)為汽輪機主蒸汽壓力復頻域變量，V_T(s)為汽輪機高壓缸進汽調節閥開度復頻域變量，K₁為燃料增益靜態參數；K₂為過熱器阻力系數，T_t為汽輪機慣性時間，N_E(s)為機組發電功率復頻域變量，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，K₅為低壓缸增益靜態參數，p_z(s)為汽輪機供熱抽汽壓力復頻域變量，V_H(s)為供熱抽汽調節蝶閥開度復頻域變量；C_h為機組加熱器蓄熱系數，K₆為熱網循環水的有效比熱容，q_x(s)為機組循環水流量復頻域變量，t_i為機組循環水回水溫度；q_H(s)為供熱抽汽流量復頻域變量，K₇為供熱抽汽有效熱量折合蒸汽流量系數；p₁(s)為汽輪機一級壓力復頻域變量；

然后，對線性模型式(3)進行簡化和等效，得到工作點線性化后的描述單元機組熱電耦合關系動態特性的數學模型，用傳遞函數矩陣的形式表示為：

其中，p_t(s)為汽輪機主蒸汽壓力復頻域變量，p_z(s)為汽輪機供熱抽汽壓力復頻域變量，N_E(s)為機組發電功率復頻域變量，V_T(s)為汽輪機高壓缸進汽調節閥開度復頻域變量，V_B(s)為機組燃料量復頻域變量，V_H(s)為供熱抽汽調節蝶閥開度復頻域變量；G₁₁(s)、G₁₂(s)、G₁₃(s)、G₂₁(s)、G₂₂(s)、G₂₃(s)、G₃₁(s)、G₃₂(s)、G₃₃(s)分別為傳遞函數矩陣的元素；

熱電耦合關系矩陣各元素分別為：

G₁₁(s)＝-M₂/(1+M₁s)???????????????(5)；

其中，s為復頻域變量；M₁、M₂分別為元素G₁₁(s)方程式系數；

其中，s為復頻域變量，K₁為燃料增益靜態參數，K₃為汽輪機增益靜態參數，V_T為汽輪機高壓缸進汽調節閥開度，τ為制粉過程延遲時間，T_f為制粉慣性時間，M₁、M₃分別為元素G₁₂(s)方程式系數；

G₁₃(s)＝0??????????????????(7)；

其中，s為復頻域變量，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，C_b為鍋爐蓄熱系數，C_h為機組加熱器蓄熱系數，M₁、M₂、M₄分別為元素G₂₁(s)方程式系數；

其中，s為復頻域變量，K₁為燃料增益靜態參數，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，τ為制粉過程延遲時間，T_f為制粉慣性時間，C_h為機組加熱器蓄熱系數，M₁、M₃、M₄分別為元素G₂₂(s)方程式系數；

其中，s為復頻域變量，C_h為機組加熱器蓄熱系數，M₄、M₆分別為元素G₂₃(s)方程式系數；

其中，s為復頻域變量，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，C_b為鍋爐蓄熱系數，T_t為汽輪機慣性時間，C_h為機組加熱器蓄熱系數，M₁、M₂、M₄、M₅分別為元素G₃₁(s)方程式系數；

其中，s為復頻域變量，K₁為燃料增益靜態參數，K₄為高中壓缸占汽輪機做功比例，τ為制粉過程延遲時間，T_f為制粉慣性時間，T_t為汽輪機慣性時間，C_h為機組加熱器蓄熱系數，M₁、M₃、M₄、M₅分別為元素G₃₂(s)方程式系數；

其中，s為復頻域變量，K₆為熱網循環水的有效比熱容，q_x為機組循環水流量，T_t為汽輪機慣性時間，C_h為機組加熱器蓄熱系數，M₄、M₆分別為元素G₃₃(s)方程式系數。