优化控制系统

以同步发电机为主导的电力系统正在演变为以虚拟同步机（virtual synchronous generator，VSG）为主导的新型电力系统，电力系统的动态特性发生了重大变化。现阶段，绝大多数文献的研究场景是在无穷大电源的基础下，分析单机或多机并网系统的动态特性，对全部虚拟同步机为主导的电力系统动态特性研究较少。因此，先建立了全部虚拟同步机为主导的三机九节点系统的模型，通过微分方程仿真得到系统的动态特性曲线。然后，利用纵横交叉算法（crisscross optimization，CSO），延迟优化新型电力系统惯量，并与无优化控制系统作对比，在系统发生扰动后，优化后的系统振荡幅值变小，调节时间变小。最后，通过仿真验证了上述结论的正确性。

集成了数据处理、在线建模、先进控制、在线优化控制、 智能控制等技术所形成的流程工业智能优化控制系统，具有自学习能力，能够实现在线建模功能，可针对不同装置、不同生产过程形成最适合的控制模型和优化模型，通过通用先进控制模块使各流程工业装置达到 “快、准、稳、优”的最 佳控制效果，并通过通用优化模块使装置或整个系统达到最优的运行状态，从而实现节能、节水及资源综合利用。

针对高比例新能源接入下的交直流送端系统惯性水平较低的问题，提出基于多源储能协同的交直流送端系统惯量优化控制方法。首先，考虑大规模新能源接入后会影响送端系统的能量平衡关系，建立含高比例风电的交直流送端系统潮流方程。其次，考虑弱送端系统惯量支撑不足的问题，提出一种电、热、气能源转换与存储设备的多源储能系统，分析多源储能协同下的系统惯量支撑特性。在此基础上，考虑送端系统频率稳定，提出基于多源储能协同的交直流送端系统惯量优化控制模型。最后，以北方某区域交直流送端系统为仿真算例，验证了所提模型的有效性。本文所提模型可为含大规模新能源的交直流系统的惯量稳定控制提供理论依据，实现交直流送端系统的安全稳定运行。

大型电站煤粉锅炉是一个多变量多目标的复杂耦合系统，其燃烧状态、解耦控制、协调优化是制约锅炉总体性能提升的技术瓶颈。但传统技术难以准确反映锅炉燃烧过程动态特性，炉整场温度分布无法连续实时获取，控制系统控制变量单一且时间带后，燃烧优化主要依赖试验结果与人员经验，锅炉不能连续稳定保持良好的运行状态，同时在锅炉效率提高与NOx生成量降低之间无法合理兼顾。项目提出了基于数据驱动与专家知识融合的锅炉燃烧整体优化方案，建立了锅炉智能控制模式和性能协调提升策略，开发了锅炉智能优化控制系统和炉膜三维温度场实时监测系统，搭建了可实现智能运算的DCS扩展控制平台，有效解决了锅炉多目标寻优、炉内三维温度测量、DCS扩展智能控制等一系列技术难题。

高比例可再生能源接入电网使得系统频率控制难度提升，电力系统二次调频面临新的挑战。为此，提出一种电动汽车(electric vehicle, EV)协助火电调频机组参与辅助服务市场的优化控制策略。在调频指令分配比例优化阶段，考虑调频成本及电池补偿成本，最大化调频商收益为目标，提出滚动优化控制策略。在EV充电站响应阶段，考虑站内各EV荷电状态及可调容量，采用分区分级动态调节充放电功率控制方法响应调频责任。最后，搭建含EV电站的两区域互联电力系统模型，对该调频策略的性能及经济性进行仿真分析。结果表明，所提策略有效降低了频率响应偏差，同时提高了调频商的经济收益。

为解决火力发电厂生产过程中控制系统出现的诸多实际问题、消除安全隐患，由乌沙山公司主持，联合国网浙江省电力公司电力科学研究院、中国大唐集团等多家单位主编一部国际标准 IEEEP1985，一部国家标准 GB/T 35729-2017《火力发电厂汽轮机数字电液控制系统运行维护与试验技术要求》，一部行业标准 DL/T 1340-2014《火力发电厂分散控制系统故障应急处理导则》；参编二部国际标准 IEEE P1863、IEEE P2780，二部国家标准 GB/T 34578-2017《火力发电厂热工仪表与执行装置运行维护与试验技术规程》、GB/T 35731-2017《火力发电厂分散控制系统运行维护与试验技术规程》，三部行业标准 DL/T 655-2017《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统验收测试规程》、DL/T 774-2015《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》、能源 20150276《火力发电厂分散控制系统技术条件》、能源 20180619《火力发电厂锅炉机组检修导则 第 5 部分：烟风系统检修》；编写一本了书籍《火电厂分散控制系统典型故障应急预案》（福克斯波罗 I/A 系统）。其中，乌沙山公司主编的国际标准 IEEE P1865 是首部由中国企业牵头组织制定的 DCS 系统国际标准，现已进行入投票阶段，今年即将发布。国际标准 IEEE P1865 的编制代表中国企业和科技工作者在该领域的实力得到了国际权威协会组织的认可，具有里程碑的意义。 《火力发电厂分散控制系统故障应急处理导则》制定的标准严谨、创新性很强，为火力发电厂分散控制系统故障应急处理的进一步发展提供了指导性意见。该标准提供了应急处理预案及格式，定期组织对运行、维护人员进行应急处理方法的培训和演练，为火力发电提供统一的技术依据和指导，提高控制系统故障时的应急处理能力，保证工作人员人身安全及机组的正常运行，降低风险成本，提高经济效益。《火力发电厂汽轮机数字电液控制系统运行维护与试验技术要求》，对汽轮机数字电液控制系统的检修、试验、运行维护等环节均进行了统一规范，有利于提高生产效率和经济效益。GB/T 35729-2017《火力发电厂汽轮机数字电液控制系统运行维护与试验技术要求》和 DL/T1340-2014《火力发电厂分散控制系统运行维护与试验技术规程》两项标准已广泛应用于省内外各电厂预案编写中，标准随着优化控制系统的推广，已在省内拥有十几台机组的实践与应用实例，填补了该领域国内外的技术标准空白，提高了电厂安全运行的可靠性和经济性，为推进安全、高效发电厂的建设提供了前瞻性的发展方向。

本研究提出了全新的燃煤机组烟尘一体化高效脱除与智能控制关键技术路线，包括电除尘器和脱硫系统协同除尘优化设计选型技术、高效除尘除雾器设计和脱硫除尘智能在线优化控制系统开发。通过超低排放改造前后设计参数的挖掘分析，结合脱硫除尘装置运行效果，得到了不同机组改造边界条件的相互影响规律，形成烟尘稳定达标排放和投资成本经济合理的电除尘器和脱硫系统协同除尘控制装置优化选型方法。通过设计具有流动分区、粒径分级、旋流匹配特点的高效除尘除雾器，为燃煤机组烟尘一体化脱除提供了经济、高效、稳定运行的关键设备。创建了基于在线数据挖掘及智能算法的脱硫除尘优化控制系统，通过对系统能耗、物耗的在线实时监控分析，实现了脱硫除尘一体化系统运行经济性的全面提升。 1、在电除尘器与脱硫吸收塔协同除尘技术方案设计方面：建立了187台燃煤机组多年煤种、设备配置和运行参数的动态数据库，揭示了关于电除尘器及脱硫系统改造参数对烟尘脱除效率影响的机理，创建了保证改造后烟尘排放长期稳定达标的除尘器及脱硫系统改造参数选型设计优化方法，开发了基于数据挖掘的燃煤机组烟尘一体化脱除设备集成优化选型系统，并应用于125台燃煤机组。 2、在烟尘一体化高效脱除关键设备开发方面：提出了“流动分区、粒径分级、旋流匹配”的高效除尘除雾器设计的创新方法，形成了基于数据挖掘的高冲洗效率除雾器冲洗水系统控制技术，开发了高效除雾器的精益化设计系统，据此研发了宽负荷适应性强、烟尘脱除效率高、雾滴排放浓度低、运行阻力小的新型高效除雾器并进行了工程应用，为燃煤机组烟尘一体化脱除提供了经济、高效、稳定运行的关键设备，为进一步提升脱硫系统运行经济性提供了更大的空间。 3、在提高脱硫除尘一体化运行经济性方面：创建了基于在线数据挖掘及智能算法的脱硫系统控制策略，研究了脱硫系统能耗、物耗在线实时监控方法，及基于数据挖掘的重要设备故障诊断方法，开发了脱硫智能在线优化控制系统，实现了脱硫除尘一体化系统运行经济性的全面提升。 本研究为国内燃煤机组超低排放改造提供了经济、高效的改造技术路线和科学的选型依据，为降低燃煤发电企业因环保改造增加的投资和运行成本提供了解决途径。项目成果成功应用于大唐集团125台机组超低排放改造项目，机组100%实现达标排放，节约投资超过20亿元，产生直接经济效益2.7亿元，减少烟尘排放9625吨/年。高效除雾器在机组50-100%宽负荷范围内、除尘器出口浓度大于40 mg/Nm3等条件下，能保证烟尘浓度稳定小于5 mg/Nm3，雾滴浓度小于15 mg/Nm3，运行阻力小于300 Pa。脱硫除尘智能优化系统节约电耗、水耗、物耗等运行成本运行成本4-10%。研究成果为超低排放改造提供了智能、高效、稳定、经济的技术路线，为降低发电企业因环保改造增加的投资和运行成本提供了解决途径，在节能降耗、绿色发展方面产生巨大的经济和社会效益。

天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应，是实现天然气高效利用和优化能源结构的重要途径。但是，由于建设在用户端，分布式能源的负荷受用户侧影响显著，因此系统往往处于变工况运行状态，导致其难以达到能源利用效率设计值的要求，难以保证系统的经济效益。 针对天然气分布式能源运行存在的问题，本项目研发了一种用于燃气内燃气分布式能源系统的在线优化控制系统，为燃气内燃机分布式能源站提供经济效益最高或能源利用效率最高的运行方式，并实现优化运行的自动控制。该技术融合了24小时以内的短期冷热电负荷预测、基于神经网络的机组特性曲线学习与拟合、通过基因算法求解负荷优化分配模型等技术，实现了从系统数学建模、实验室测试到燃气内燃机分布式能源站的实际运行测试，具有全部的知识产权，在该领域示范尚属首例。