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大容量火电机组的协调系统具有强非线性、大延迟等特点,传统控制算法在机组大工况范围内运行时的控制效果不理想,需要以精确表征机组运行动态特性的模型为基础,设计先进的控制器。本文以某超超临界机组协调系统为研究对象,对系统建模以及控制仿真进行了研究,主要的研究成果包括以下几个方面:1.针对传统粒子群优化算法,对惯性权重、学习因子等参数变化策略进行改进,并引入界限划分及粒子变异的思想,提出一种界限划分变异粒子群优化算法(BDVPSO),通过对不同的测试函数进行测试,结果表明所提出的算法在处理复杂多维的优化问题上不易陷入局部最优,且收敛速度较快。根据机组运行的相关特性,依据质量、能量、动量守恒定律,建立协调系统非线性模型结构,根据现场不同负荷点处的阶跃响应试验数据,运用所提出的优化算法对模型结构参数进行优化辨识,根据现场数据进行验证,结果表明所建立的非线性模型精度较高,且能够表征机组在大工况范围内运行的动态特性。2.基于间隙度量理论(Gap metric)对所建立的协调系统进行了非线性分析,通过在各个负荷点建立局部线性化模型,计算各线性化系统之间的间隙度量值,根据间隙度量的性质分析系统非线性,结果表明,协调系统的非线性程度随负荷水平的升高而降低,为了表征相同工况范围的系统运行特性,低负荷段需要的子模型数量多于高负荷段。按照相等距离的原则重新确定划分系统的负荷点,依据间隙度量阈值确定子模型的数量。根据各负荷点处子模型,依据该点系统与相邻工况范围内系统的间隙度量值拟合该负荷点的间隙度量曲线,有利于在机组正常运行工况范围内直观定量地分析系统的非线性。3.针对超超临界机组协调系统的大惯性、非线性等特点,提出一种层级调度多模型预测控制算法。在多变量广义预测控制算法的基础上,依据间隙度量曲线函数提出一种控制器加权策略,提高控制的平稳性。根据层级调度思想,依据不同模型间距离水平设计多层模型结构,不同层级内模型精度及覆盖工况范围不同,适应机组不同运行情况下的控制。对所建立的协调系统模型分别以2%MCR和3%MCR负荷变化速率进行仿真试验,并与传统多模型预测控制算法进行比较,结果表明,所提出的控制算法在控制精确性、快速性、适用性方面均具有一定优势。