[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

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，包括步驟：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。本發明能夠克服不同工作點建模非線性造成的影響，能夠適應CHP機組正常負荷變化范圍。

技術領域

本發明涉及電-熱綜合能源系統設備建模技術領域，具體涉及一種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。

背景技術

CHP機組(熱電聯供機組)變負荷能力建模對于綜合能源系統電力調度、調頻等場景優化計算至關重要，但其精細化建模機理繁復、優化控制改造后的快速動態調節特性復雜，使機組變負荷能力難以準確刻畫。因此，研究CHP機組變負荷過程動態調節特性的描述方法，對支撐CHP機組應用于綜合能源系統場景具有重要意義。

CHP機組動態特性除受其內在的物理結構屬性影響外，還與運行方式、工況、外部環境等因素有關。目前還難以得到機組動態特性的精確描述，常通過合理簡化與近似處理，結合機理分析與試驗建模等方法，建立滿足一定精度要求、反映機組主要動態特征的數學模型。通常采用代數方程組描述CHP機組模型可行域與爬坡、備用能力，該模型多應用于機組參與系統長時間尺度優化調度的計算場景；代數方程線性化模型往往忽略了機組出力的連續時間變化特征，存在機組輸出功率可以發生瞬時突變的假設前提，無疑擴大了機組的快速變負荷能力，易造成調度計劃存在無法精確實現的可能性，即存在能量不可交付性問題。

而考慮機組內在特性的數學描述為微分代數方程組形式，其采用優化控制方法提高機組短期快速調節能力參與系統調頻計算場景；微分代數方程約束將使優化問題成為一個高非線性的動態優化問題。這類優化問題難以直接求解，通過離散方法逼近微分變量將導致求解大規模優化問題易陷入維度災難，求解時間長、精度差，無法在線實時。

機組變負荷過程動態特性建模面臨滿足計算精度與求解速度的同時兼顧機組動態特性精確描述的挑戰。將供熱機組動態模型小偏差線性化，得到包含供熱側特性的傳遞函數矩陣模型，分析熱電耦合特性并設計解耦器。在不同工作點線性化引入拉普拉斯變換，采用傳遞函數代替微分方程來描述系統的特性，可直觀和簡便來確定控制系統的整個特性、分析控制系統的運動過程、提供控制系統調整策略。對CHP機組在工作點線性化，采用拉普拉斯變換建模，使其模型適用于綜合能源系統變負荷能力靈活性需求的研究較為少見。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種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，該方法為機組燃料量V_B、汽輪機HP缸進汽調節閥開度V_T、供熱抽汽調節蝶閥開度V_H三個控制變量協同作用完成電功率準確調節提供了參考。能夠克服不同工作點建模非線性造成的影響，能夠適應CHP機組正常負荷變化范圍。

本發明采取的技術方案為：

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，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：