火力发电,尤其是燃煤机组发电是我国电力工业的主体。但是,由于所涉学科领域多、机理复杂、测点不完备以及固有的时变、非线性、大时滞、多变量、多干扰等特性,燃煤机组在工艺、运行、控制优化等方面还有大量问题有待解决。随着我国经济发展带来的环境污染影响日益凸显,对燃煤机组的运行优化、性能评估、控制优化的需求也越来越迫切。本文涉及燃煤机组全流程机理建模以及基于模型的若干关键变量在线监测、运行优化、控制优化问题。本文的主要研究成果包括:(1)改进了工质物性参数的计算公式IAPWS-IF97在临界区的计算方法,提出迭代法与工质状态判定相结合的方法,解决了直接采用温度、压力迭代计算密度时的多解问题。(2)提出了基于氧量在线测量和煤质离线分析的烟气成分实时估计方法,以及适用于温度范围273.15~2000 K、压力范围0~200 kPa的基于烟气成分实时估计的烟气物性参数计算方法。(3)建立了燃煤机组全流程机理模型。对于锅炉侧,建立了制粉系统、蒸发系统、换热器系统、金属壁能量动态蓄积、热损失的集总或准分布参数的机理模型;对于汽机侧,建立了汽轮机系统、回热抽汽系统、冷端系统机理模型。(4)研究了基于锅炉侧机理模型的入炉煤低位发热量的在线辨识方法,并从72小时、一月两个时间尺度上,分别采用原始化验值与剔除化验误差后的校正化验值对实时辨识的低位发热量进行验证,结果表明所提在线辨识方法具有较高的精度和较强的实用性。进而,提出了基于入炉煤低位发热量在线辨识的燃料主控优化方案,并对锅炉侧能效进行了实时评估。(5)研究了在线确定并滚动更新机组煤耗特性的方法。提出了四种调度模式下的最优化问题,并通过实例验证了四种调度模式下,根据机组煤耗特性合理分配机组负荷,可以达到明显的节能降耗效果。(6)研究了汽轮机系统的白箱与黑箱模型,利用二者的等效性,推导出了低压缸排汽湿度的在线监测方法。研究了通用于单背压、双背压凝汽器冷端系统的最优化问题,提出了冷端优化计算流程,结果表明冷端系统具有明显的潜在优化空间。最后对汽机侧能效进行了实时评估。(7)基于适当简化的全流程机理模型,建立了锅炉-汽轮机四阶、二输入、二输出的多变量非线性状态空间模型,并结合真实机组数据进行了参数辨识与模型验证。提出了基于反馈线性化的FL-PID、FL-SMC协调控制策略,并对比研究了常规PID、FL-PID、FL-SMC的控制特性。