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超超临界直流机组节能型协调控制系统研究、源网协调机组火焰在线分析技术研究与智能平台系统开发、多目标智能寻优燃烧优化控制系统开发应用研究、面向超超临界机组节能型协调优化控制的关键技术研究与应用

论文（篇）

专著（本）

授权发明专利（件）

其他知识产权（件）

直接经济效益（万元）

间接经济效益（万元）

科技成果登记号

项目起止时间

起始：

年月日

完成：

推荐书版本：

二、项目简介

主要技术内容、授权知识产权情况、技术指标、应用推广及取得的经济社会效益等（限字）

超临界机组因蒸汽参数高、单位煤耗低，成为了国内发电行业的主力机组。

随着《巴黎协定》的生效，火电行业节能减排已上升为国家战略，形成了刚性约束，深度挖掘机组节能潜力势在必行。

经过一段时期的发展，超临界机组在本体设备与辅助系统工艺方面做了大量的节能改进，通过硬件投入方式可获取的节能空间已经不多，而利用先进算法与优化策略从控制角度发掘超临界机组深度节能潜力，则由于硬件投资少，节能潜力大，正成为目前的主流研究方向。

针对以上技术问题，浙江电科院联合了浙江大学、杭州意能、以及各大发电集团电厂，在浙江省及杭州市重大专项基金支持下，经过近十年的产学研用联合攻关，取得了超临界机组深度节能控制的关键技术突破：

）针对锅炉燃烧工况复杂、特征不稳定的难题，独创性地利用火焰光谱的频域稳定性，确立了从成煤机理确定特征变量的技术路线，提出基于碱金属元素特征比的火焰光谱在线煤种识别方法，解决了核心特征的工况普适性难题；

）巧妙利用锅炉已有的火检系统硬件设备与冷却设施，开发出了简易实用的在线煤种识别系统，并根据煤种变化动态调整磨煤机参数与协调控制策略，有效提高了煤种频繁切换过程中的控制品质和燃烧效率；

）提出多元负荷激励和复合调频方法，协同控制除氧器、前置蒸冷器、给水旁路、补汽阀、高压调门等多个耦合对象，解决了超临界机组汽机调节能力与节流损失之间的矛盾，在兼顾负荷调节与一次调频性能的同时，实现经济运行；

）针对深度调峰控制鲁棒性与模型适应性难题，提出与预测控制方法，改善了协调控制品质与工况适应性，提高机组运行平均汽温℃，将运行下限拓展至以下。

项目已授权国家发明专利项、实用新型专利项，国际专利公开项，申请国家发明专利项，发表相关论文篇，其中、收录篇，主编颁布相关行业标准部，出版专著部。

项目相关成果在包括华能玉环、国华宁海、大唐乌沙山、浙能台二、越南瓮安等电厂在内的国内外二十余台超（超）界机组推广应用，负荷、汽压与汽温控制品质达到优良标准，降低机组平均煤耗以上，减少调停多次，产生的经济效益总额超过亿元，社会效益显著。

项目成果于年月日通过了中国电机工程学会组织、由刘吉臻院士主持的成果鉴定，整体达到国际先进水平，其中基于碱金属元素火焰特征光谱在线煤种识别的燃烧优化控制技术达到国际领先水平。

三、主要科技创新

.立项背景

近年来，随着国家节能减排政策力度的持续加大，国内新建的燃煤机组不断采用更高参数、更大容量、以及新的工艺设计提升机组发电效率，如超超临界百万机组的迅速普及，二次再热发电技术的应用等，同时运行机组也采取了大量本体设备与辅助系统的技术改造措施，诸如汽轮机通流改造、辅机变频改造、汽动引风机改造等，使全行业的平均发电效率得到了显著提高，供电煤耗已由年的克千瓦时下降到了年的克千瓦时。

通过一段时期的发展，超临界机组在本体设备与辅助系统工艺改进方面的节能潜力已基本用尽，进一步提高发电效率的空间已非常有限。

目前，随着电网中大容量机组数量的增加，用电峰谷差较大，使得机组带变动负荷的情况越来越多，这就对各超临界机组的负荷适应和经济运行提出了新的挑战。

而随着风电、光伏等新能源发电比重的增加，近期以来超临界机组的调峰调频需求显著增加，同时，在东部沿海经济发达地区，特高压跨区受电的比例快速增大，燃煤机组利用小时数已从接近小时下降到了小时左右，大量机组处于非额定设计工况低负荷运行，机组的各项参数未能达到最优的经济协调状态，降低了发电效率。

而利用先进测量、先进控制算法使机组自动保持最优状态运行的技术，由于设备投资的成本非常低，并且节能潜力很大，正成为目前超临界技术改造的主流方向。

在这样的背景形势下，项目从测量与控制的角度出发，针对超临界机组的蓄热较少、负荷快速变化、燃烧经济性等问题，进行超临界机组深度节能控制的关键技术研究。

首先，考虑到当前超临界机组使用的煤种较多，为加快锅炉响应速度，提升燃烧效率，本项目提出了基于碱金属元素火焰光谱的煤种识别方法，并研制了基于火焰光谱的在线煤质识别系统，设计了基于动态煤种的燃烧优化控制方法，提高了煤种频繁切换过程中的控制品质和燃烧效率。

然后，针对超临界机组汽轮机调门调节能力和节流损失之间的矛盾，提出了基于给水、凝结水、抽汽的多元负荷激励方法，通过复合抽汽调度，实现了低节流损失的负荷调节。

最后，针对超临界机组汽压、汽温调节的大惯性、长迟延的自身控制难点，通过新型广义预测与预测函数控制方法，设计了深度节能控制策略，显著提高了机组的调节品质与运行经济性。

.科技创新内容

（创新点，，学科分类，支撑知识产权名称、发明人；

论文专著名称、作者；

科技创新内容。

）

项目组围绕国家节能减排和电网深度调峰调频的需求，在锅炉煤种识别及燃烧优化控制、负荷调节及调频控制、超临界机组新型预测控制等关键技术上取得了实质性创新和重大突破。

项目的研究成果已在华能玉环、国华宁海、大唐乌沙山、浙能台二、越南瓮安等国内外电厂的台超（超）临界机组上实现了应用，在兼顾负荷调节和一次调频性能的同时，显著提升了机组负荷、汽压与汽温控制品质，降低机组平均煤耗以上，减少调停次以上，产生的经济效益总额超过亿元。

主要创新点：

提出了基于碱金属元素火焰特征光谱的煤种辨识方法，并开发了相应的在线煤种辨识系统，实现了高准确率的燃煤识别，根据辨识结果优化机组的配风、给粉、协调控制，有效提高了煤种频繁切换过程中的控制品质和燃烧效率。

【旁证材料：

授权发明专利项：

、、，授权实用新型专利项：

、，获得软件著作权项：

、，发表“”等论文篇，出版专著部：

《智能电厂技术发展纲要》】

随着社会经济的发展，电厂往往会根据成本来调整所烧的燃煤。

目前电厂的燃用煤种非常复杂，不同的磨煤机所上的煤也往往不同，而且根据配煤的需要转换非常频繁。

锅炉在燃烧不同煤质的燃煤时存在很大的特性差异，如燃煤的发热量、着火距离、炉内温度分布特性、结焦特性等。

不同的煤种特性影响炉内配风、过量空气系数、减温水分布等控制输出的合理性，从而改变机组的燃烧控制性能。

这一点在超临界直流机组上更为明显，当实际燃煤的煤质参数偏离运行控制设定用煤，锅炉无法在最佳工况下运行，在很大程度上影响了燃烧控制的实时性和有效性，甚至造成灭火、炉内爆炸等严重后果。

图煤粉火焰发射光谱检测实验装置

图不同工况下煤种的火焰发射光谱曲线

利用煤粉火焰发射光谱检测实验装置（图），在不同工况下对不同种类的煤粉火焰光谱进行了测试，采集了大量了的煤粉火焰光谱数据，并发现了、、三种碱金属元素的共振谱线强度与煤种具有较强的关联性（图）。

在此基础上，课题组首次提出了碱金属元素火焰光谱的煤种识别方法，根据煤粉燃烧过程中的碱金属元素谱线强度，计算钠钾比和锂钾比，并辅以燃烧温度和辐射强度四个物理特征的部分统计值，形成煤种识别的个特征量。

在煤粉燃烧过程中，利用采集到的特征量，通过支持向量机进行分类，从而实现煤种的在线识别。

课题组在煤种识别理论研究的基础上，开发了成套的基于碱金属元素火焰光谱的在线煤种识别系统，并在玉环电厂炉进行了试点应用，在系统运行过程中，平均识别准确率超过。

在煤种识别的基础上，课题组设计了基于动态煤种的燃烧优化控制方法，在线优化机组的配风、给粉、协调控制（图），在磨煤机安全运行的边界内，根据燃用煤种自动实时切换磨煤机的细粉分离器、出口一次风温度、出口一次风量的定值，将煤粉细度、温度与流速控制在该煤种最佳参数，充分发挥个性化参数对锅炉效率的贡献。

该技术已在玉环电厂、宁海电厂、凤台电厂等省内外电厂的多台超（超）临界机组进行了应用，提高了煤种频繁切换过程中的控制品质和燃烧效率，折算发电标准煤耗降低了约。

图基于动态煤种的燃烧优化控制

针对超临界机组汽轮机调门调节能力和节流损失之间的矛盾，首次提出了多元负荷激励和复合调频方法，以频差及负荷为判据，针对系统的差异，同步控制系统中凝泵频率、除氧器上水阀门、前置蒸汽冷却器给水偏置、给水旁路阀门、补汽阀、高压调门等多个耦合对象，实现多元负荷激励的抽汽调度及复合调频，在兼顾机组负荷调节与一次调频性能的同时，降低常态运行时汽轮机的节流损失，提高了机组运行的经济性。

、、、，发表“超超临界直流机组节能型协调控制系统在发电厂中的应用”等论文篇】

电网期望大功率超临界发电机组能够承担更多调峰调频任务，尤其对于特高压受端电网在面临较频繁闭锁、检修时，电网对大型发电机组一次和二次调频的负荷快速响应诉求更加强烈。

年，锦苏直流双极闭锁，电网频率从最低下降至，频差高于的时间约分钟，期间浙江省大多数燃煤机组的一次调频响应能力不足。

超临界直流机组锅炉蓄热量少，蓄热能力挖掘深度不够，快速增负荷能力不强的问题，需要更多地发现和利用机组的蓄热。

单纯增加汽机高压调门的节流度，以经济性换取快速变负荷能力，会大幅度增加高调的节流损失，降低了发电机组的效率。

图不同负荷下供电煤耗和调阀开度的关系

课题组对浙江某发电机组使用型汽轮机，在各典型负荷、不同汽轮机调节阀开度下供电煤耗进行了实验，结果如图所示。

根据实验结果可以发现，增大调阀开度能够有效降低机组煤耗。

为了运行经济性，不少电厂通过滑压优化，使得在大部分负荷范围内汽轮机调节阀开度维持在较大开度，力求保证机组负荷响应速度的同时，获得更高的运行效率。

考虑到超临界机组各级加热器抽汽约占机组额定抽汽量的，并综合分析循环热效率、调节阀节流损失、给水泵汽轮机耗汽量等多种因素后，提出了复合抽汽激励策略，同步控制系统中凝泵频率、除氧器上水阀门、前置蒸汽冷却器给水偏置、给水旁路阀门、补汽阀、高压调门等多个耦合对象，分层次的配置和利用各级抽汽，配合高调门的快速负荷调节，深度挖掘机组蓄热，提升机组调频调峰能力，有效降低了汽轮机调门的节流损失。

多元负荷激励技术应用于玉环电厂机组、宁海电厂机组、台二电厂机组等多台超（超）临界机组，在满足的最大调频要求同时，避免了汽轮机调门长期在开度以下，降低了机组节流损失，折算发电标准煤耗降低了约，完成了机组范围内的扩容，减少了电厂节假日调停次数。

针对超临界机组汽压、汽温调节的大惯性、长迟延的自身控制难点，攻关常规预测控制模型辨识要求高、工况适应性差等难点，提出了带扰动与参考模型的广义预测控制方法、带导前扰动模型的预测函数控制方法，改善机组汽温与协调控制品质与工况适应性，提高机组运行平均汽温，扩大了可用范围。

、、，发表“乘数型主蒸汽温度预测函数控制研究及应用”等论文篇，编写《火力发电厂优化控制系统技术导则第部分：

基本要求》等行业标准项】

超临界组的协调与汽温控制系统就是一个多变量、大时滞、强耦合的被控系统，采用传统负荷指令前馈和反馈控制技术，虽能实现稳态工况下的自动调节，但在动态工况下，控制效果无法得到很好保证。

为满足电网日益严格的负荷调节速率与精度的要求，锅炉在汽压与汽温控制品质方面承受了很大压力，由于动态过程的控制品质不佳，导致多数机组都采用降参数运行的方法，使汽压与汽温控制系统在低于额定设计的设定值运行，通过牺牲锅炉的经济性来保障机组的安全性。

预测控制对数学模型的要求不高，在解决多变量耦合控制问题被证明是一个有效的控制方法。

预测控制通过实时辨识，不停地更新控制模型，并求解出最优控制律，但是工程中控制系统的内扰和外扰频繁剧烈，采用在线辨识算法获得的模型与实际模型偏差较大，控制性能很不理想。

图带导前扰动的预测函数控制系统

图带扰动与参考模型的预测控制系统

课题组首次提出了带导前扰动的预测函数控制方法（）、带扰动与参考模型的广义预测控制方法（）。

将导前区信号作为扰动信号源，通过实际导前对象输出和模型输出的偏差作用于预测控制系统（图），根据导前区对象模型超前判断被控量的变化，起到提前动作的作用，同时当其特性变化时又对控制系统性能影响较小。

在带参考模型的广义预测控制基础上增加了扰动信号系统（图），能够使该预测控制系统响应更迅速，具有优良的克服系统扰动能力。

已应用于台二电厂机组、宁海电厂机组、越南翁安电厂机组等国内外多台超（超）临界机组的汽温控制和协调控制，降低了标准煤耗降低了约，提升了机组控制品质和运行稳定性，减少了机组非计划停机次数。

已应用于宁海电厂、机组出口控制，使得控制偏差在±

以内，而且整个过程出口比较平稳，提高了不同负荷工况下脱硝系统控制品质与经济性。

.国内外同类技术的主要参数比较

（应就推荐项目的总体科学技术水平、主要技术经济指标与当前国内外最先进的同类技术以图表方式进行全面比较，同时加以综合叙述，并指出存在的问题及采取哪些改进措施。

本括号内文字可删除。

）

对于超临界机组的节能控制，国内外研究主要着眼于锅炉侧燃烧优化、汽机侧节能性蓄热技术研究、机组控制策略的优化。

在燃烧优化方面，现有国内外燃烧优化平台基本采用静态模型，无法适应当前超超临界机组煤种频繁变换的现状，影响了给煤和配风控制的准确性。

在汽轮机节能性蓄热技术研究方面，国内外的工程师、学者主要通过改变给水流量、减温水流量、高压加热器抽汽节流、除氧器抽汽节流、凝结水节流等方法帮助机组实现快速的功率改变。

在机组控制策略方面，目前国内外的超临界机组大多采用负荷指令前馈和反馈的控制策略，这种方法要求前馈回路的参数整定非常精确，对于运行工况多变、执行机构可靠性差的机组，其控制品质较差。

本项目从测量与控制的角度出发，提出了基于碱金属火焰光谱的煤种识别和燃烧优化控制方法、多元负荷激励方法、带导前扰动的预测函数控制方法、带扰动与参考模型的广义预测控制方法等一系列深度节能控制方法。

根据浙江省科技信息研究院出具的查新结论、广东电科院能源技术有限责任公司出具的测试报告，项目成果与当前先进的国内外同类比较如下表所示：

表国内外同类技术比较

本项目开发的成果

国内外同类先进技术水平

在线煤种识别准确率

在线煤种识别准确率超过

还未能实现工程应用

负荷适应性

在满足最大调频要求的同时，将调门开度提升至以上

在满足最大调频要求的同时，调门开度在以下

压力最大偏差

以内

以内

汽温最大偏差

℃以内

±

℃

出口最大偏差

比较表明，本项目的成果在功能、性能方面优于国内外同类技术，在运行负荷波动大、煤种频繁变化时，仍能实现良好的机组控制调节品质和运行经济性。

四、第三方评价

评价结论、检测结果等（限字）

.技术鉴定

项目成果通过了由中国电机工程学会组织的成果鉴定会，以刘吉臻院士为主任的鉴定委员会认为：

项目提出了基于碱金属元素火焰特征光谱在线煤种识别和燃烧优化控制方法，提高了煤种变化过程中的燃烧效率；

提出了凝结水、给水与汽轮机调门调节相结合的负荷调节与调频控制方式，提高了煤种变化过程中的燃烧效率；

提出了带导前扰动模型的预测函数控制方法，改善了机组汽温、协调控制品质与工况适应性；

提出了带扰动与参考模型的广义预测控制方法，提高了脱硝系统控制品质与经济性。

项目成果整体达到国际先进水平，其中基于碱金属元素火焰特征光谱在线煤种识别的燃烧优化控制技术达到国际领先水平。

.科技查新报告

由国家一级查新机构浙江省科技信息研究院出具的国内外查新结论如下：

基于碱金属元素火焰特征光谱提出的在线煤种辨识方法，以及开发的线煤种识别系统，除委托单位和协作单位发表的成果部分涉及外，该技术特点在所检国内外文献中，未见具体说明。

采用多元负荷激励和复合调频方法，控制系统中凝泵频率、除氧器上水阀门、前置蒸汽冷却器给水偏置、给水旁路阀门、补汽阀、高压调门等多个耦合对象，该技术特点在所检国内外文献中，未见具体说明。

带扰动和参考模型的广义预测控制方法、带导前扰动模型的预测函数控制方法，除协作单位研究的“基于火焰光谱检测的炉内煤种辨识与锅炉优化控制技术研究”部分涉及外，上述技术特点在所检国内外文献中，未见具体说明。

.测试报告

广东电科院能源技术有限责任公司的测试结论如下：

煤种离线辨识的平均正确率为；

测试的磨中，除磨的辨识正确率为，其余三台磨的辨识正确率均达到；

该系统可以较大幅度地提高磨煤机的入口风温。

机组调频能力显著上升，持续的负荷调节能力提升；

省煤器进口给水温度最大下降℃，省煤器出口给水温度无变化，对锅炉影响很小；

凝结水流量变化最大，负荷响应结束后很快恢复，对除氧器液位影响较小；

有效降低高调阀节流，使机组节能经济运行。

系统控制响应品质优良，负荷最大偏差、压力最大偏差、汽温最大偏差和最大偏差均在标准要求范围内。

五、推广应用情况、经济效益和社会效益

．完成单位应用情况和直接经济效益（单位：

万元）

单位名称

年

应用量

新增销售收入

新增

税收

利润

华能国际电力股份有限公司玉环电厂

亿千瓦时

神华浙江国华浙能发电有限公司

浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司

合计

．推广应用情况和经济效益（非完成单位）

应用单位名称

起止

时间

单位联系人、电话

推广应用量

新增销售收入（万元）

新增税收（万元）

新增利润（万元）

淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司

年月至年月

周丽丽、

浙江浙能嘉华发电有限公司

王建强、

浙江浙能兰溪发电有限责任公司

舒畅、

浙江浙能乐清发电有限责任公司

章卫军、

浙江浙能台州第二发电有限责任公司

王焕明、

浙江大唐乌沙山发电有限责任公司

冯博、

合计：

.社会效益和间接经济效益（限字）

（）社会效益

）有效提升了大型火电机组的调峰调频响应能力，保障了大电网安全和发电机组的稳定运行，有助于减少停电时间，保障了人民生产生活；

）项目的推广应用可以有效降低机组的和碳排放，有助于提升空气质量、降低区域酸雨发生概率、防止全球气温变暖；

）项目研制了基于碱金属元素火焰光谱的煤种识别系统，并实现了工程化应用，有效推动了燃煤机组先进测量技术的发展。

（）间接经济效益

经估算，本项目的研究成果可以为每台机组带来经济效益万元年，为每台机组带来经济效益万元年。

如果本项目的研究成果在全国范围内推广，可以实现年经济效益超过亿元。

六、本项目曾获科技奖励情况

获奖项目名称

奖项名称

奖励等级

授奖部门（单位）

本表所填科技奖励是指：

．省、自治区、直辖市政府和国务院有关部门、中国人民解放军设立的科技奖励；

．设区的市人民政府设立的科技奖励。

七、主要完成人员情况表

姓名

尹峰

排名

身份证号

出生年月

出生地

保定

民族

汉

性别

男

政治面貌

中共党员

技术职称

高工

行政职务

中心副主任

文化程度

研究生

最高学位

博士

所学专业

热控

现从事专业

毕业学校

浙江大学

毕业时间

电子信箱

办公电话

移动电话

工作单位

二级单位

通讯地址

杭州市下城区华电弄号

邮政编码

完成单位

联系电话

曾获科技奖励情况

浙江省电力公司科技进步奖二等奖，年（排名）；

中国电力科学技术奖二等奖，年（排名）

参加本项目起止时间

截止：

对本项目主要科技创新的创造性贡献（限字）

主要负责调研超临界机组的燃煤现状，论证比较各类煤种识别技术，分析不同煤种燃烧过程中的特征光谱，并提出了基于碱金属元素火焰光谱的煤种识别方法。

主要在创新点、上做出了贡献，代表性专利：

，代表性论文篇。

声明：

本人完全同意完成人排名，严格按照《浙江省科学技术奖励办法》及相应规定，省科学技术厅对推荐工作的具体要求，如实提供了本推荐书及其相关材料，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科技成果保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。

推荐书中主要创新内容、列入计数的知识产权和发表的论文为本项目独有，且未在已获国家、省科技奖励项目或本年度其它推荐项目中使用。

如有不符，本人愿意承担相关责任。

签名：

年月日

完成单位声明：

本单位确认该完成任务情况表内容真实有效，且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。

如产生争议，愿意积极配合调查处理工作。

工作单位声明：

本单位对该完成人