一种高效的电力机组仿真优化控制方法与流程

1.本发明涉及电网机组控制领域，具体涉及一种高效的电力机组仿真优化控制方法。


背景技术：

2.凝结水节流作为一种新型的负荷快速调节方法，通过调节各低压加热器的凝结水流量，快速改变自低压缸的抽汽量，从而在负荷调整初始阶段通过改变机组中、低压缸的做功，达到快速调节负荷的目的。
3.凝结水节流参与机组负荷调整，充分利用了凝汽器、除氧器正常运行水位适中，且凝汽器、除氧器有效容量较大，允许水位在一定范围上下波动的特点。在实际应用中，可通过优化调整凝结水流量调节阀开度、除氧器水位设定值等，来实现机组输出功率的快速调节。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种高效的电力机组仿真优化控制方法，包括。
5.s1.建模并初始优化。
6.s2.高效的双重优化控制。
7.s3.机组恢复优化控制。
8.优选地，所述建模并初始优化，包括。
9.(1)建立过热蒸汽系统数学模型，确定模型参数的初始值。
10.(2)确定目标函数。参数优化目标是使过热蒸汽系统数学模型的稳态误差小于规定的要求，即求目标函数的最小值。目标函数可以表示为。
11.式中：i=l,2,
…
,n，t代表过热气流系统的参数，包括过热器出口气流温度、出口烟气温度、一级减温水流量、二级减温水流量等；为第i个现场运行数值；为第i个模型计算值；为仪表量程。
12.(3)确定进行优化的参数。影响过热器稳态误差的参数包括模型的烟气导热常数、烟气对流常数、蒸汽导热常数、蒸汽对流常数和散热系数。上述参数的初始值根据传热学公式计算得出，其中蒸汽和烟气参数取100%负荷下的数值。
13.(4)产生初始染色体种群，进行寻优，淘汰最差个体，产生新一代染色体种群；包括：随机产生一组可行解，并由他们构建初始染色体种群作为当前种群，将最优解从当前种群复制到新种群；对当前种群中的染色体两两配对，产生新染色体，在配对中，对染色体使
用变异和交叉算子；删除适应度不满足要求的种群成员；并将新染色体放入到新种群。
14.(5)新种群重复步骤(4)，直到满足误差要求或达到进化代数。
15.(6)给出最优参数和误差。
16.优选地，所述高效的双重优化控制，包括。
17.在变负荷过程初期，通过改变除氧器水位调节阀开度，以加快机组的负荷响应速度，同时通过调节燃料量来辅助调节主蒸汽压力；当负荷逐渐趋稳（负荷波动在预定范围内），燃料量和锅炉发热量已跟踪上负荷指令时，通过优化燃料量以维持主蒸汽压力稳定，再通过对汽轮机调节阀开度寻优，维持机组实际负荷跟目标值较小的偏差，同时逐渐将除氧器水位回调至正常值，以便下一个变负荷周期再次进行优化。
18.优选地，所述负荷双重优化控制分3个阶段进行。
19.(1)在机组变负荷阶段，利用负荷预测模型，根据过、再热蒸汽参数、主蒸汽压力及汽轮机调节阀实时开度，对除氧器水位调节阀开度进行寻优计算，以使负荷的预测值与设定值偏差最小。程序中设有设定值实时修正模块，使得设定值始终有偏差地跟踪除氧器的实际水位，以避免除氧器水位实际值与设定值偏差超过预定值导致水位调节切手动。同时，程序中设置了除氧器水位高低限值，当除氧器水位达上限时，利用除氧器溢流阀把多余的凝结水暂时排放到疏水扩容器。当除氧器水位达低限时，利用凝汽器储水箱的除氧器补水门维持水位不低于低限值。以避免除氧器水位超限威胁机组运行安全。
20.(2)当负荷设定值到达目标值，负荷逐渐趋稳时，调用神经网络预测模型，根据当前过、再热蒸汽参数及除氧器水位调节阀实际开度，对汽轮机调节阀开度进行寻优，以保持机组实际负荷与目标值偏差在允许范围，同时将除氧器水位设定值平滑过渡到原始值。
21.(3)当除氧器水位回到原始值，且机组实际负荷达到目标值并逐渐稳定时，所有补偿信号归零，主蒸汽压力也趋于稳定（主蒸汽压力波动在预定范围内），机组切回原控制。
22.优选地，其中，主蒸汽压力优化与负荷优化同时实施，首先读取负荷指令、主蒸汽压力设定值、燃料量指令信号，根据当前指令判断是否满足优化条件,若满足主蒸汽压力设定值和实际值的偏差大于0.1，且优化控制开关选择处于打开状态，则优化开始。根据当前负荷指令，计算出负荷稳定时的前馈指令，基于前馈指令和压力偏差，确定煤量的搜索范围。调用主蒸汽压力预测模型，计算出不同燃料量指令下的压力预测值，找出压力预测值和设定值中最小的差值对应的指令为最优指令，计算燃料量补偿信号送到锅炉主控。在程序中设置了燃料量的高低限值，防止蒸汽压力出现大幅度波动。
23.优选地，所述机组恢复优化控制，包括。
24.a1.非黑启动机组。
25.a2.机组恢复路径多目标优化。
26.优选地，所述非黑启动机组，包括。
27.(1)首先启动黑启动机组，以便为系统提供黑启动电源。
28.(2)在安排机组启动时，配置具备热启动条件的机组优先启动,并优先安排热启动时限较小的机组热启动。
29.(3)优先恢复爬坡速率较大的机组。
30.(4)若到某时刻已恢复的电源功率不足以恢复具有最大热启动时限的机组，则可以考虑先恢复其他类型机组。
31.(5)若当前已恢复的电源功率足以启动多个机组，则可采用并行恢复策略，否则就采用串行恢复策略依次恢复相关机组。
32.优选地，所述机组恢复路径多目标优化，包括。
33.(1)计算各机组的重要度综合评价指标。
34.(2)以最大化待恢复系统的可用发电容量为目标确定各非黑启动机组的恢复顺序。
35.(3)由黑启动机组启动第一台非黑启动机组，以最大化恢复路径的平均重要度和最小化恢复路径的充电电容为目标，生成初始解细胞组。
36.(4)判断路径恢复是否会导致非黑启动机组恢复推迟，如果恢复时间最短的路径仍会引起机组恢复推迟，则将该机组的最小恢复时刻计入机组恢复顺序优化中，更新待恢复各机组的恢复时刻。根据后续需要恢复的机组执行分裂、分化、组织内凋亡和组织间凋亡操作，生成新的解细胞组。
37.(5)以生成的解细胞组为基础，重复步骤(4)，生成新的解细胞组。
38.(6)重复步骤(5)直到所有机组都得到恢复。
39.优选地，所述方法还包括机组故障信息警报管理，具体包括。
40.(1)故障信息警报的收集。
41.(2)故障信息警报的处理。
42.(3)故障信息警报的输出。
43.(4)故障诊断信息提取。
44.(5)故障诊断的启动。
45.本发明的一种高效的电力机组仿真优化控制方法，通过基于智能模型的凝结水调节阀优化策略的实施，可保证汽轮机在动态变负荷过程，具有较快的负荷响应速率，大大减小实际负荷与设定值的动态偏差，有效提高动态过程负荷调节的快速性，并确保除氧器水位处于机组安全运行的范围；同时通过基于智能模型的汽轮机调节阀优化策略的实施，可保证负荷趋稳阶段凝结水流量恢复过程机组负荷的调节精度。将该方法应用于实际机组,可大大提高大容量超临界机组对电网自动发电控制的负荷快速响应能力。
附图说明
46.图1为本发明一种高效的电力机组仿真优化控制方法的流程图。
具体实施方式
47.如图1所示，本发明一种高效的电力机组仿真优化控制方法，包括。
48.s1.建模并初始优化，包括。
49.(1)建立过热蒸汽系统数学模型，确定模型参数的初始值。
50.(2)确定目标函数。参数优化目标是使过热蒸汽系统数学模型的稳态误差小于规定的要求,即求目标函数的最小值。目标函数可以表示为。
51.式中：i=l,2,
…
,n，t代表过热气流系统的参数，包括过热器出口气流温度、出口烟气温度、一级减温水流量、二级减温水流量等；为第i个现场运行数值；为第i个模型计算值；为仪表量程。
52.(3)确定进行优化的参数。影响过热器稳态误差的参数包括模型的烟气导热常数、烟气对流常数、蒸汽导热常数、蒸汽对流常数和散热系数。上述参数的初始值根据传热学公式计算得出，其中蒸汽和烟气参数取100%负荷下的数值。
53.(4)产生初始染色体种群，进行寻优，淘汰最差个体，产生新一代染色体种群；包括：随机产生一组可行解，并由他们构建初始染色体种群作为当前种群，将最优解从当前种群复制到新种群；对当前种群中的染色体两两配对，产生新染色体，在配对中，对染色体使用变异和交叉算子；删除适应度不满足要求的种群成员；并将新染色体放入到新种群。
54.(5)新种群重复步骤(4)，直到满足误差要求或达到进化代数。
55.(6)给出最优参数和误差。
56.s2.高效的双重优化控制，包括。
57.在变负荷过程初期，通过改变除氧器水位调节阀开度，以加快机组的负荷响应速度，同时通过调节燃料量来辅助调节主蒸汽压力；当负荷逐渐趋稳（负荷波动在预定范围内），燃料量和锅炉发热量已跟踪上负荷指令时，通过优化燃料量以维持主蒸汽压力稳定，再通过对汽轮机调节阀开度寻优，维持机组实际负荷跟目标值较小的偏差，同时逐渐将除氧器水位回调至正常值，以便下一个变负荷周期再次进行优化。
58.其中，负荷双重优化控制分3个阶段进行。
59.(1)在机组变负荷阶段，利用负荷预测模型，根据过、再热蒸汽参数、主蒸汽压力及汽轮机调节阀实时开度，对除氧器水位调节阀开度进行寻优计算，以使负荷的预测值与设定值偏差最小。程序中设有设定值实时修正模块，使得设定值始终有偏差地跟踪除氧器的实际水位，以避免除氧器水位实际值与设定值偏差超过预定值导致水位调节切手动。同时，程序中设置了除氧器水位高低限值，当除氧器水位达上限时，利用除氧器溢流阀把多余的凝结水暂时排放到疏水扩容器。当除氧器水位达低限时，利用凝汽器储水箱的除氧器补水门维持水位不低于低限值。以避免除氧器水位超限威胁机组运行安全。
60.(2)当负荷设定值到达目标值，负荷逐渐趋稳时，调用神经网络预测模型，根据当前过、再热蒸汽参数及除氧器水位调节阀实际开度，对汽轮机调节阀开度进行寻优，以保持机组实际负荷与目标值偏差在允许范围，同时将除氧器水位设定值平滑过渡到原始值。
61.(3)当除氧器水位回到原始值，且机组实际负荷达到目标值并逐渐稳定时，所有补偿信号归零，主蒸汽压力也趋于稳定（主蒸汽压力波动在预定范围内），机组切回原控制。
62.(4)主蒸汽压力优化与负荷优化同时实施，首先读取负荷指令、主蒸汽压力设定值、燃料量指令信号，根据当前指令判断是否满足优化条件,若满足主蒸汽压力设定值和实际值的偏差大于0.1，且优化控制开关选择处于打开状态，则优化开始。根据当前负荷指令，计算出负荷稳定时的前馈指令，基于前馈指令和压力偏差，确定煤量的搜索范围。调用主蒸汽压力预测模型，计算出不同燃料量指令下的压力预测值，找出压力预测值和设定值中最小的差值对应的指令为最优指令，计算燃料量补偿信号送到锅炉主控。在程序中设置了燃料量的高低限值，防止蒸汽压力出现大幅度波动。
63.s3.机组恢复优化控制，包括。
64.a1.非黑启动机组。
65.(1)首先启动黑启动机组，以便为系统提供黑启动电源。
66.(2)在安排机组启动时，配置具备热启动条件的机组优先启动,并优先安排热启动时限较小的机组热启动。
67.(3)优先恢复爬坡速率较大的机组。
68.(4)若到某时刻已恢复的电源功率不足以恢复具有最大热启动时限的机组，则可以考虑先恢复其他类型机组。
69.(5)若当前已恢复的电源功率足以启动多个机组，则可采用并行恢复策略，否则就采用串行恢复策略依次恢复相关机组。
70.a2.机组恢复路径多目标优化。
71.(1)计算各机组的重要度综合评价指标。
72.(2)以最大化待恢复系统的可用发电容量为目标确定各非黑启动机组的恢复顺序（在第一次优化时由于相关恢复路径未知,故不考虑线路恢复时间的影响）。
73.(3)由黑启动机组启动第一台非黑启动机组，以最大化恢复路径的平均重要度和最小化恢复路径的充电电容为目标，生成初始解细胞组。
74.(4)判断路径恢复是否会导致非黑启动机组恢复推迟，如果恢复时间最短的路径仍会引起机组恢复推迟，则将该机组的最小恢复时刻计入机组恢复顺序优化中，更新待恢复各机组的恢复时刻。根据后续需要恢复的机组执行分裂、分化、组织内凋亡和组织间凋亡操作，生成新的解细胞组。
75.(5)以生成的解细胞组为基础，重复步骤(4)，生成新的解细胞组。
76.(6)重复步骤(5)直到所有机组都得到恢复。
77.所述方法还包括机组故障信息警报管理，具体包括。
78.(1)故障信息警报的收集。
79.由于故障信息警报之间存在关联关系，因此对故障信息警报的处理不能独立逐条进行处理，而应该对一段时间内收集到的若干警报信号进行综合处理。
80.根据保护先于断路器动作,开始先确定一个时间定值t2计时,然后每接收到一个保护动作警报或者事故总信号则延时一定时间t3,通过动态时间窗口保证警报收集的完整性。t3时间的设置根据保护动作到断路器分闸所需时间以及主保护与后备保护时限配合来确定,可以取t2为1s，t3为2s。
81.(2)故障信息警报的处理。
82.1)区分断路器的合闸与分闸警报。
83.对收集到的断路器动作警报，区分出断路器合闸警报和断路器分闸警报。对于断路器分闸警报要进行与保护的关联性判断和压缩处理,而断路器合闸警报则不需要特别处理。
84.2)建立保护逻辑事件。
85.根据保护与断路器的配置关系,对收集到的所有保护动作警报都建立各自的保护逻辑事件。保护逻辑事件的内容包括该保护的信息和由该保护驱动应该分闸的所有断路器信息，以及这些断路器实际动作情况。
86.3)保护逻辑事件的完整性判断。
87.对于给定的保护逻辑事件，若保护逻辑事件中的所有应该分闸的断路器都存在于收集到的断路器分闸警报中，则认为该保护逻辑事件是完整的；若只有部分断路器分闸警报存在，则判断为有部分断路器分闸警报丢失；若所有断路器分闸警报都不存在，则判断为该保护警报属于误传或者断路器分闸警报丢失。
88.4)正常倒闸的断路器分闸警报判断。
89.对于与所有保护逻辑事件都无关的断路器分闸警报,判断是否存在该断路器所在厂站的事故总信号，如果存在则认为该断路器分闸警报是事故产生的,而与它相应的保护动作警报丢失，否则可认为该断路器分闸警报是正常倒闸操作产生的。
90.(3)故障信息警报的输出。
91.将事故总信号、断路器合闸警报和正常倒闸操作的断路器分闸警报逐条按发生时间先后输出；对于相关保护丢失的断路器分闸警报在输出时备注“保护丢失”；将保护逻辑事件中包含的保护动作警报和已动作的断路器分闸警报压缩成一条警报输出，可在警报最后备注完整性判断的结果。
92.(4)故障诊断信息提取。
93.从所有收集到的故障信息警报中剔除掉断路器合闸警报、正常倒闸操作产生的断路器分闸警报和事故总信号,将剩余的保护警报和断路器分闸警报提取出来作为故障诊断的数据。其中故障诊断是针对保护动作和断路器事故分闸警报进行的，对于多个相同的断路器分闸警报只提取发生时间最早的一个。
94.(5)故障诊断的启动。
95.经过故障诊断信息提取环节剔除了对故障诊断无用的警报后，如果没有剩余的警报,则不需要启动故障诊断。如果还剩余保护警报和断路器分闸警报,代表电网发生了故障,需要启动故障诊断,并利用提取出的故障信息对故障元件进行识别。
96.本发明的一种高效的电力机组仿真优化控制方法，通过基于智能模型的凝结水调节阀优化策略的实施，可保证汽轮机在动态变负荷过程，具有较快的负荷响应速率，大大减小实际负荷与设定值的动态偏差，有效提高动态过程负荷调节的快速性，并确保除氧器水位处于机组安全运行的范围；同时通过基于智能模型的汽轮机调节阀优化策略的实施，可保证负荷趋稳阶段凝结水流量恢复过程机组负荷的调节精度。将该方法应用于实际机组,可大大提高大容量超临界机组对电网自动发电控制的负荷快速响应能力。
97.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。