[00795237]发电机组大范围变工况运行的特性感知与灵活性调控基础研究

随着高比例可再生能源接入电网，发电机组变工况运行能力已成为新能源电力系统安全稳定运行的重要保障。发电机组在大范围变工况运行时，其能耗和污染物排放指标显著升高，安全稳定运行难度加大，不仅增加了运行成本，还会压缩可再生能源的消纳空间。因此，提高发电机组变工况运行性能，支撑电网更多地接纳新能源电力，是中国能源电力转型发展中的重大需求。该项目在国家“973”计划项目、国家自然科学基金重点项目等的支持下，历经10余年产学研联合攻关，在发电机组大范围变工况运行的特性感知、先进控制理论、灵活性调控等方面取得了一系列原创性成果，重要科学发现有： 1.建立了发电机组大范围变工况运行的多特性感知模型。基于能量传递因果关系和运行数据分析技术，提出一种反映发电机组内部动力学特性的复合建模方法，率先建立了超超临界机组全工况响应模型；针对机组运行工况的大范围变化及不均匀分布特性，创新发展支持向量机集成建模方法，提出工况拓展和变迁更新机制，建立了氮氧化物排放特性自适应感知模型。 2.创新发展了发电机组关键参数的变工况运行控制理论与方法。基于被控对象的多工况感知模型，提出了基于自适应反推理论和复合非线性反馈方法的多回路控制结构，解决了执行机构约束情况下水位的高性能控制问题；提出了“网络化串级控制系统”的概念，基于稳定性理论和线性矩阵不等式方法设计了鲁棒状态反馈控制器，实现了不确定时滞情况下的蒸汽温度稳定控制。 3.构建了主动支撑电网的发电机组灵活性综合调控机制。针对机组大范围变工况运行的能量匹配难题，首次将多变量内模、非线性反推等理论引入锅炉-汽轮机单元协调控制系统设计；基于对发电机组热力系统调节特性与能力的深入分析，提出并验证了通过改变凝汽器压力提升机组变负荷能力的可行性，给出了低负荷运行时锅炉脱硝系统的数据驱动优化策略，形成了一套主动适应电网需求的“运行灵活性辅助调控+污染物排放优化补偿”机制。项目成果丰富并发展了发电机组建模、控制与优化理论体系，累计发表国际顶级期刊论文59篇，发表国内高质量期刊论文148篇，授权发明专利47项，登记软件著作权19项，在中国科学出版社和英国Wiley出版社出版专著2部。5篇代表性论著Scopus总引用337次，其中正面他引302次，受到加拿大皇家科学院院士Witold Pedrycz、韩国科学技术学院院士Ju H. Park、中国工程院院士钱锋等的关注、引用和正面评述。 项目部分成果经产学研合作，成功应用于国家能源集团等多个发电企业的30余家电厂的发电机组。项目团队作为唯一高校代表，参加了中国电力企业联合会“煤电灵活性运行政策研究”调研工作，形成的调研报告已报送国资委和发改委，用以推动发电行业的健康有序发展。在上述成果的推动下，第一完成人房方于2019年被中国电机工程学会授予“中国电力优秀科技工作者”称号，第四完成人刘吉臻于2015年当选中国工程院院士。