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大型火电机组凝结水节流优化控制系统：原理、策略与实践

一、引言

1.1研究背景

在全球能源结构中，火电作为一种重要的发电方式，占据着举足轻重的地位。尤其在我国，“富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋决定了火电在电力供应中的主导作用。截至2023年底，我国火电装机容量已达14.1亿千瓦，年发电量约62657亿千瓦时，占总发电量的66.3%，为经济社会的稳定发展提供了坚实的电力保障。

随着电力系统的发展，电网对火电机组的负荷响应能力提出了更高的要求。在传统的电力系统中，火电机组主要承担基荷供电任务，但随着新能源发电的快速崛起，如风电、太阳能发电等，其具有间歇性和波动性的特点，这使得电网的负荷平衡面临巨大挑战。为了确保电网的安全稳定运行，火电机组需要具备更快速、灵活的负荷调节能力，以适应新能源接入带来的负荷变化。

此外，电网的运行稳定性与火电机组的负荷响应密切相关。当电网负荷发生突变时，如果火电机组不能及时响应并调整出力，可能导致电网频率波动、电压不稳定等问题，严重时甚至会引发电网故障。因此，提高火电机组的负荷响应速度和精度，对于保障电网的安全稳定运行具有至关重要的意义。

传统的火电机组负荷调节方式主要依赖于锅炉燃烧调整和汽轮机调门控制。然而，锅炉燃烧调整存在较大的惯性和延迟，从改变燃料量到蒸汽量的变化需要一定的时间，这使得负荷响应速度较慢；而汽轮机调门控制虽然响应速度相对较快，但在部分负荷工况下，会导致汽轮机效率下降，增加节流损失，降低机组的运行经济性。因此，寻求一种新的负荷调节技术，成为火电机组发展的迫切需求。

凝结水节流优化控制技术应运而生，它通过改变凝结水流量，调整汽轮机回热抽汽量，从而快速改变机组负荷。该技术具有响应速度快、调节精度高、对机组运行经济性影响小等优点，为解决火电机组负荷响应问题提供了新的思路和方法。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探讨大型火电机组凝结水节流优化控制系统，通过对系统的工作原理、控制策略、性能优化等方面的研究，实现以下目标：

提高机组负荷响应速度：通过优化凝结水节流控制，充分利用凝结水节流的快速响应特性，使机组能够更迅速地跟踪电网负荷变化，减少负荷响应延迟，提高机组的动态性能，满足电网对火电机组快速调峰的要求。

提升机组运行经济性：在保证机组负荷响应的前提下，通过优化凝结水节流控制，合理调整汽轮机回热系统的运行参数，减少汽轮机调门的节流损失，提高机组的热效率，降低煤耗，从而提升机组的运行经济性，降低发电成本。

增强机组运行稳定性：通过对凝结水节流系统的优化控制，有效协调机组各子系统之间的运行关系，减少因负荷变化引起的机组参数波动，提高机组运行的稳定性和可靠性，延长机组的使用寿命。

研究大型火电机组凝结水节流优化控制系统具有重要的现实意义和应用价值，具体体现在以下几个方面：

促进火电行业技术进步：凝结水节流优化控制技术是火电领域的一项重要创新技术，对其进行深入研究和应用，有助于推动火电行业技术的不断进步，提高我国火电技术在国际上的竞争力。

保障电网安全稳定运行：随着新能源发电的快速发展，电网对火电机组的负荷调节能力要求越来越高。通过提高火电机组的负荷响应速度和稳定性，能够更好地适应新能源接入带来的电网负荷变化，有效保障电网的安全稳定运行。

实现节能减排目标：提升火电机组的运行经济性，降低煤耗，不仅可以减少发电成本，还能有效降低二氧化碳等污染物的排放，对于实现我国节能减排目标，推动能源可持续发展具有积极作用。

1.3国内外研究现状

国外对于凝结水节流优化控制技术的研究起步较早，西门子公司率先提出了凝结水节流的概念，并将其应用于PROFI优化控制系统中。该技术在欧洲一些国家的火电机组中得到了广泛应用，取得了良好的效果。通过实际运行数据表明，采用凝结水节流优化控制后，机组的负荷响应速度明显提高，能够在短时间内满足电网的负荷变化需求，同时机组的运行经济性也得到了显著提升，节流损失明显减少。

在国内，随着电网对火电机组负荷响应要求的不断提高，凝结水节流优化控制技术也逐渐受到关注。上海外高桥三厂1000MW超超临界机组引进西门子技术，成功实现了凝结水节流控制。此后，国内众多科研机构和高校对该技术展开了深入研究，如华北电力大学、清华大学等。这些研究主要集中在凝结水节流动态模型的建立、控制策略的优化以及与机组原有协调控制系统的融合等方面。

在凝结水节流动态模型研究方面，学者们通过理论分析和实验测试，建立了多种数学模型来描述凝结水流量与机组负荷之间的动态关系。钱能等人通过对某600MW机组的试验研究，得到了凝结水流量与负荷之间的传递函数，为凝结水节流控制提供了理论基础。

在控制策略优化方面，研究人员提出了多种先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制、遗传算法等。赵征等人针对凝结水