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风电规模化并网条件下供热机组优化控制研究

作　者: 王琪
导　师: 刘吉臻
学　校: 华北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 供热机组动态模型负荷响应速率协调控制热网蓄能
分类号: TM614
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

风力发电机组大规模并网后,其发电负荷不确定性将会给电网造成很大的扰动,区域电网内发电机组整体调峰调频能力将在很大程度上决定着电网接纳风电负荷的能力。当前我国电网中,火电机组是补偿风电负荷的必然选择,但主流正压直吹式制粉系统的亚临界或超临界机组,其调峰调频能力仍不能达到要求。经过比较不同类型火力发电机组的特性发现,循环流化床机组具有优良的调峰能力但调频能力差；而供热机组调峰能力差但可能具有优良的调频能力。循环流化床机组同供热机组相互配合,能够较好解决这一问题。煤在火电机组内完成由化学能向电能转变的动态过程非常缓慢,为了提高机组负荷响应速率,必须利用机组蓄能。供热机组为一定区域提供热负荷,其热网管道具有巨大的蓄能容量,供热机组可以利用这部分蓄能响应电网小时间尺度上的负荷扰动,围绕这一思路开展以下研究工作。(1)在分析纯凝机组燃料量-汽轮机高调门开度与发电功率-机前压力双入双出模型基础上,对其汽轮机能量平衡环节进行改进,增加供热调节蝶阀开度输入和供热抽汽压力输出,建立典型供热机组微分方程形式的简化非线性动态模型。针对一典型300MW供热机组确定模型参数,通过扰动实验验证了模型的准确性。并且对非线性模型进行工作点线性化,用传递函数阵描述其输入输出关系。(2)对不同工况下供热机组控制系统进行仿真,解释了供热机组通过控制供热抽汽压力维持供热抽汽流量稳定的内在原因。对系统存在工作点非线性、供热负荷扰动、蓄热系数不确定及煤发热量不稳定的问题展开分析,比较其对控制品质的影响程度,有针对性地设计供热抽汽流量补偿、热量信号导前微分及煤发热量补偿方案,能够为现有供热机组投入电网自动发电控制及一次调频功能提供关键技术支持。(3)提出一种风电规模化并网条件下风电火电联合调度方案。设计非线性滤波器将电网自动发电负荷指令分解,构造出适合于供热机组的负荷指令。在比较多种控制方案优缺点基础上,选择在常规协调控制方案中增加前馈加补偿的环节的设计方案。该方案能够在保证汽轮机前压力和供热负荷基本稳定前提下,适应不同供热负荷下对象特性的变化,有效利用热网蓄能,大幅度提高机组发电负荷指令响应速率,同时能够实现供热工况和非供热工况控制系统的无扰切换。研究中还开发仿真实验平台对其工程应用特性进行系统分析,针对典型电网环境并在具体机组上初步试验方案可行性。课题研究能够为实现供热机组高速率变负荷运行大规模应用提供理论及基础性技术支持。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-15
第1章绪论  15-34
  1.1 研究背景及意义  15-20
    1.1.1 我国发电产业特点  15-16
    1.1.2 热电联产机组面临问题  16-18
    1.1.3 内蒙古地区电源特点  18-19
    1.1.4 研究的问题  19-20
  1.2 研究现状  20-29
    1.2.1 接纳风电入网的储能技术  20-25
    1.2.2 电网调峰调频要求火电机组达到的指标  25-27
    1.2.3 火电机组协调控制系统AGC优化  27-29
  1.3 研究思路  29-32
  1.4 主要内容及结构  32-34
第2章供热机组对象模型  34-62
  2.1 建模准备  34-40
    2.1.1 典型供热机组  34-36
    2.1.2 参考模型选择  36-40
  2.2 对象建模  40-50
    2.2.1 热力系统结构  40-41
    2.2.2 供热部分模型  41-44
    2.2.3 机组模型实例  44-47
    2.2.4 现场实验验证  47-50
  2.3 特性分析  50-62
    2.3.1 机组工作范围  50-51
    2.3.2 纯凝工况特性  51-54
    2.3.3 供热工况特性  54-56
    2.3.4 工作点线性化  56-62
第3章对象控制特性分析  62-93
  3.1 传统控制方案  62-74
    3.1.1 控制系统结构  62-64
    3.1.2 闭环特性分析  64-70
    3.1.3 负荷响应能力  70-74
  3.2 系统不确定性  74-84
    3.2.1 工作点变化  74-77
    3.2.2 蓄热系数变化  77-79
    3.2.3 供热负荷变化  79-81
    3.2.4 煤发热量变化  81-83
    3.2.5 迭加效应  83-84
  3.3 控制系统优化策略  84-93
    3.3.1 供热抽汽流量补偿  84-86
    3.3.2 热量信号导前微分  86-89
    3.3.3 燃料发热量校正  89-93
第4章控制系统理论分析  93-107
  4.1 机组负荷指令  93-100
    4.1.1 信号特征描述  93-96
    4.1.2 指令非线性多尺度分解  96-99
    4.1.3 供热机组负荷指令构造  99-100
  4.2 可行性方案比较  100-107
    4.2.1 执行机构选择  100-102
    4.2.2 反馈控制方案  102-104
    4.2.3 柔性控制方案  104-107
第5章控制系统工程设计  107-116
  5.1 风电火电联合调度  107-112
    5.1.1 基本目标  107-109
    5.1.2 调度逻辑  109-112
  5.2 供热机组控制系统基本计算逻辑  112-113
    5.2.1 发电负荷调整范围计算  112-113
    5.2.2 机前压力定值计算  113
  5.3 供热机组控制系统核心控制方案  113-116
第6章结论和展望  116-119
  6.1 结论  116-117
  6.2 展望  117-119
参考文献  119-128
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果  128-129
攻读博士学位期间参加的科研工作  129-130
致谢  130-131
作者简介  131

风电规模化并网条件下供热机组优化控制研究

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