火電廠自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）過程建模與優(yōu)化控制研究.pdf

1、自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)的研究和應(yīng)用近年來倍受重視和關(guān)注。通過區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)是電力工業(yè)為保證國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必然。但互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)事故易發(fā)生連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致大面積停電。隨著電力市場的發(fā)展，在互聯(lián)電網(wǎng)各區(qū)域之間傳輸?shù)墓β蕦⑷找嬖黾?，電網(wǎng)的運(yùn)行方式也更加復(fù)雜多樣，這種變化進(jìn)一步增加了電力傳輸系統(tǒng)的壓力，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了負(fù)面影響。為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，正常狀態(tài)的AGC控制與緊急狀態(tài)控制的電廠切機(jī)、變電站切負(fù)荷及機(jī)組快關(guān)汽門

2、和電氣制動(dòng)等結(jié)合，成為目前預(yù)防事故的有效措施。但電力系統(tǒng)與電廠機(jī)組的動(dòng)態(tài)交互特性及影響，尤其是非線性特性對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全分析帶來的影響，到目前為止仍然是一個(gè)世界級(jí)的難題。電廠機(jī)組控制和電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定的分析無論從實(shí)時(shí)性還是準(zhǔn)確性來看都還需要進(jìn)一步發(fā)展。 初期的AGC為傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組飛錘調(diào)速控制器進(jìn)行開環(huán)負(fù)荷頻率控制(LFC)的閉環(huán)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)代AGC系統(tǒng)為LFC的發(fā)展和深化。早期的AGC系統(tǒng)采用純積分控制，或采用狀態(tài)方程結(jié)合

3、二次性能指標(biāo)求解進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，難以適應(yīng)電力系統(tǒng)快速負(fù)荷變化和機(jī)組復(fù)雜非線性的工程應(yīng)用。目前的AGC的研究仍基本保持傳統(tǒng)開環(huán)負(fù)荷頻率控制時(shí)的格局：獨(dú)立分為電力系統(tǒng)和熱能動(dòng)力控制兩大領(lǐng)域。綜合集成考慮電網(wǎng)和電廠機(jī)組間動(dòng)態(tài)特性的建模分析和控制、并在AGC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中采用先進(jìn)的控制技術(shù)，既進(jìn)行理論研究又重視實(shí)際工程應(yīng)用，正在成為電力科學(xué)研究的熱點(diǎn)。本文的討論將圍繞火電廠自動(dòng)發(fā)電控制過程建模與優(yōu)化控制展開，研究電力系統(tǒng)和電廠熱能動(dòng)力系統(tǒng)控制之間的相

4、關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。本文的目的之一是強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)特性和電廠機(jī)組模型結(jié)合的重要性，并給出一些初步分析的結(jié)果。 本文關(guān)于火電廠自動(dòng)發(fā)電控制過程的研究涉及三個(gè)方面：傳統(tǒng)電網(wǎng)AGC系統(tǒng)多區(qū)域分布式模型的研究；電廠大型火電機(jī)組時(shí)滯非線性動(dòng)態(tài)模型的分析控制；系統(tǒng)性能的現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)研究及實(shí)際應(yīng)用。在對(duì)目前電廠與電網(wǎng)動(dòng)態(tài)交互特性的研究和發(fā)展進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合大型火電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的機(jī)理數(shù)學(xué)模型，對(duì)多區(qū)域電力系統(tǒng)AGC進(jìn)行了仿真研究，提出了多區(qū)域A

5、GC系統(tǒng)的遞階控制的等效串級(jí)結(jié)構(gòu)分析方法，討論了AGC系統(tǒng)利用區(qū)域控制誤差A(yù)CE同時(shí)控制系統(tǒng)頻率和功率兩個(gè)輸出量的控制特點(diǎn)，提出了在運(yùn)行工況點(diǎn)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)子空間辨識(shí)的一種新結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的算法，并在采用查詢表實(shí)現(xiàn)模糊控制算法的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了一種可以遞推實(shí)現(xiàn)模糊規(guī)則修改的快速模糊控制算法。結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真并引用火電機(jī)組AGC系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)所提研究方法的正確性予以了驗(yàn)證。本文的主要研究成果如下： 1.針對(duì)目前電網(wǎng)安全和電廠安全經(jīng)濟(jì)高效需

6、求，在充分研究電網(wǎng)與電廠大機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性交互作用和影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)復(fù)雜大系統(tǒng)的模塊化建模方法和系統(tǒng)分解原則，結(jié)合AGC系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)，提出了電廠與電網(wǎng)交互影響的大系統(tǒng)遞階控制的一種等效串級(jí)結(jié)構(gòu)分析方法，指出AGC閉環(huán)系統(tǒng)中切機(jī)(或機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn))與切負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不同作用結(jié)果，并分析了切機(jī)等系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)AGC系統(tǒng)在比例積分PI控制作用下的閉環(huán)穩(wěn)定性。 2.針對(duì)電廠機(jī)組AGC系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模中普遍存在的問題(如模型的分布參數(shù)、

7、遲延與飽和非線性、模型中許多參數(shù)依賴于工程實(shí)際而無法精確確定等)，以大機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS的集中參數(shù)模型為例，給出了采用遺傳算法處理實(shí)際DCS系統(tǒng)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)并結(jié)合物理定律的一種綜合集成建模方法，提出了針對(duì)帶遲延非線性的穩(wěn)定和積分對(duì)象的一種二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)參數(shù)估計(jì)算法，導(dǎo)出了采用PI控制時(shí)遲延非線性系統(tǒng)的參數(shù)穩(wěn)定區(qū)域，為AGC系統(tǒng)參數(shù)采用GA優(yōu)化的參數(shù)范圍選擇提供了很好的支持。 3.針對(duì)AGC系統(tǒng)的遲延特性，提出了一種通常反

8、饋條件下利用遲延辨識(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的新結(jié)構(gòu)模型。給出了一種基于狀態(tài)子空間模型的閉環(huán)辨識(shí)新算法，該算法可以利用AGC系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電廠AGC機(jī)組數(shù)據(jù)的多變量系統(tǒng)辨識(shí)建模。給出了基于狀態(tài)子空間模型的閉環(huán)辨識(shí)結(jié)果，驗(yàn)證了所提方法的正確性。 4.在對(duì)大型動(dòng)態(tài)過程系統(tǒng)模型的控制策略和實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了適合火電廠AGC系統(tǒng)的閉環(huán)辨識(shí)與控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，結(jié)合模糊控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，得到了一種遞推計(jì)算模糊關(guān)系矩陣、將模糊規(guī)則