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申报（推荐）山东省科学技术奖项目公示材料
奖项种类：科技进步奖
项目名称：支撑电网消纳新能源的火电机组涉网性能提升技术及系统
完成人：王建东, 李军, 游大宁, 庞向坤, 赵岩, 王勇, 余真鹏, 孟瑜，孟祥荣, 李华东, 毕贞福, 高嵩
完成单位：山东电力研究院、山东科技大学、国网山东省电力公司、北京大学、山东中实易通集团有限公司、山东鲁能软件技术有限公司
项目简介：
电力工业是我国经济发展战略中的重点先行产业，一直保持着快速发展的趋势，其中燃煤发电一直处于主导地位，风电、光伏等清洁能源发电比重不断上升。然而，受自然条件的限制，清洁能源发电量会不断出现大幅度快速波动，产生电网频率失稳、电能质量下降等严重问题，甚至导致抛弃清洁能源并网发电。这就需要燃煤火电机组具备良好的涉网性能，才能从根本上袮补清洁能源发电量的波动。国家发展改革委和国家能源局2018年3月发布的《关于提升电力系统调节能力的指导意见》指出，“为实现我国提出的2020年、2030年非化石能源消费比重分别达到15%、20%的目标，保障电力安全供应和民生用热需求，需着力提高电力系统的调节能力及运行效率，从负荷侧、电源侧、电网侧多措并举，重点增加系统灵活性、适应性，破解新能源消纳难题，推进绿色发展“，其中第一、六项指导意见是“实施火电灵活性提升工程”和“增强受端电网适应性”。因此，针对电网侧和电源侧的衔接处，开展火电机组涉网性能提升技术的研究与应用工作具有非常重要的现实意义，对提高电力系统的调节能力、破解新能源消纳难题有着基础性的技术支撑作用。
本项目以提升火电机组的一次调频、自动发电控制等涉网性能为目标，取得了以下主要科技创新：
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1、提出了基于系统辨识的一次调频性能动态评价方法，去除了主汽压力变化对一次调频性能评价的影响，并研发了基于超调补偿和压力修正的一次调频优化控制方法及系统，提升了并网机组一次调频指标；
2、建立了基于PID控制器的控制系统动态性能评价理论与方法，突破了动态性能基准缺少解析式的瓶颈问题，并设计了煤质变化和PROPR模式下的机组优化控制方法，解决了兼顾自动发电控制性能和机组运行平稳性的实际难题；
3、给出了调节阀的新数学模型和非线性故障补偿方法，用于诊断主汽调节阀故障、减弱其对机组涉网性能的不利影响，并提出了辅机故障发生后的机组优化控制方法，确保了故障条件下机组减负荷的安全平稳性；
4、研制了源网动态性能在线监测平台，包括厂侧数据传输系统、主站系统和网侧数据传输系统，实现了基于火电机组的实时远程传输数据，动态评价多台机组的一次调频和自动发电控制等涉网性能，并在性能下降时，及时给出提高机组涉网性能的优化技术方案。
项目获得授权发明专利、实用新型专利和软件著作权100余项，发表SCI、EI和核心期刊收录学术论文150余篇，得到多位国际权威专家、知名学者和行业专家的积极评价与认可。研究成果已应用于山东省130多台火电机组，取得显著的社会效益和经济效益：在电网侧，通过提高多台火电机组的涉网性能，增强了电网的调节能力，使得电网既能大幅度消纳清洁能源，又能实现安全优质的电力供应；在电源侧，通过实施提升机组涉网性能的优化控制方法，使得火电机组既达到了并网发电的性能考核要求，获得电网辅助服务的经济奖励，又减少了在响应电网指令时出现的主蒸汽压力等机组变量的波动幅度，降低了燃煤等原料消耗量和氮氧化物等污染物排放量。
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推荐专家意见：
专家一：陈维江、中国科学院院士、国家电网公司
推荐意见：自2006年国家电力监管委员会发布“两个细则”以来，我国的大型主力火电机组进入到前所未有的运行新模式，实发功率跟踪电网负荷指令变化，而不是长期处于单一工作点。这种新模式带来了新的挑战，既要保障实发功率能够跟踪电网负荷指令大范围快速变化，又要保障机组的平稳运行，特别是主蒸汽压力等机组主要变量不能产生大幅度波动。推荐项目是针对这种新模式、新挑战开展的，具有非常重要的研究意义和应用价值。项目创新点主要包括：1）提出了基于系统辨识的一次调频性能动态评价方法，并研发了基于超调补偿和压力修正的一次调频优化控制方法及系统；2）建立了基于控制系统动态性能评价的自动发电控制性能评价方法，并设计了煤质变化和PROPR模式下的自动发电控制性能优化控制方法；3）给出了调节阀的新数学模型和非线性故障补偿方法，以及辅机故障发生后的机组优化控制方法，用于诊断主汽调节阀故障、减弱其对机组涉网性能的不利影响；4）研制了源网动态性能在线监测平台，获取火电机组的实时远程数据，动态评价多台机组的一次调频和自动发电控制等涉网性能，并在性能下降时，及时给出提高机组涉网性能的优化技术方案。
与国内外相关技术相比，项目的四个创新点构成了系统、完整的技术路线，有效指导了火电机组涉网性能动态评价与优化的理论与应用工作，避免了工业现场普遍采用的摸索、尝试的工作方式，大幅度降低了技术难度和实施强度。在山东省发电机组取得大范围的成功应用，在增收节支、节能减排、稳定环保等方面取得显著的经济社会效益，非常有必要在更大范围内推广应用。
专家二：郭锐、教授级高工、省科技奖一等奖获得者，山东省配电自动化工程技术研究中心
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推荐意见：该项目是针对电力工业发展新形势下出现的关键问题开展的，即在风电等清洁能源发电量存在大幅度扰动的情况下，如何使得燃煤发电机组具有良好的涉网性能，保障燃煤发电量能够满足电网负荷指令不断变化的要求。因此，该项目对消纳清洁能源发电量、确保安全优质的电力供应具有非常重要的研究意义和应用价值。创新点主要包括：提出了基于系统辨识的一次调频性能动态评价方法，去除了主汽压力变化对一次调频性能评价的影响，并研发了基于超调补偿和压力修正的一次调频优化控制方法及系统，提升了并网机组一次调频指标；建立了基于PID控制器的控制系统动态性能评价理论与方法，突破了动态性能基准缺少解析式的瓶颈问题，并设计了煤质变化和PROPR模式下的机组优化控制方法，解决了兼顾自动发电控制性能和机组运行平稳性的实际难题；给出了调节阀的新数学模型和非线性故障补偿方法，用于诊断主汽调节阀故障、减弱其对机组涉网性能的不利影响，并提出了辅机故障发生后的机组优化控制方法，确保了故障条件下机组减负荷的安全平稳性；研制了源网动态性能在线监测平台，实现了基于火电机组的实时远程传输数据，动态评价多台机组的一次调频和自动发电控制等涉网性能，并在性能下降时，及时给出提高机组涉网性能的优化技术方案。与国内外现有技术相比，一次调频性能评价方法、控制系统动态性能评价方法等项目成果处于国际领先水平。工业应用已证实该技术路线符合工程实际情况，能够有效评价与提高发电机组响应电网负荷指令的快速性和准确性，降低主蒸汽压力等机组主要变量的波动，增强了发电机组的运行稳定性和节能降耗水平，取得了显著的经济效益和社会效益。
客观评价：
研究成果得到了多位国内外权威专家、知名学者和行业专家的积极评价与认可： 1）论文Yu, Wang*, et al., J. Process Control, 2011（SCI论文）和Yu & Wang*, Industrial Engineering & Chemistry Research, 2012（SCI论文）突破了PID控制器的
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性能基准缺少解析值的瓶颈问题，即针对PID控制器跟踪设定值性能和克服可测外部干扰性能，建立了控制误差绝对值积分（IAE：Integrated Absolute Error)、控制消耗累积量等性能指标基准值的解析表达式，并提出了以基准值为基础提出了基于PID控制器的控制回路动态性能评价方法。
以上述研究成果为主要创新点，项目“常规电源调频性能动态评价与维护系统”获得2012年度山东电力科学技术进步奖一等奖，并由山东省科技厅负责组织专家鉴定，鉴定意见的原文是 “研究成果整体达到国际先进水平，其中发电机组PID 控制回路动态性能基准及性能指标计算方法达到国际领先水平”（见附件21：科技成果鉴定证书）。
该研究结果得到了国内外多位控制领域学者的积极评价与认可，包括美国Texas Tech大学R. Rengaswamy教授[1]、美国Alabama大学K. Williams教授[2]、意大利Brescia大学A. Visioli教授[3]、巴西Campina Grande联邦大学P.R. Barros教授[4]、华北电力大学刘吉臻院士[5]、清华大学黄德先研究员[6]等，其中论文[1]将我们的论文列为PID控制器性能评价与优化的13篇代表性论文之一，认为我们的论文建立了不同控制目标下的IAE基准值，论文[3]介绍我们的论文获得IAE性能指标的下界值，原文是“Yu and Wang (2012) obtained the lower bound for the IAE index for CLPAs”，论文[6]评价我们的控制性能评价方法是简单实用的，在应用中的执行成本低，原文是“a practical yet simple approach is to apply IMC benchmarks [39-41]. Such benchmarks have been applied in real industrial applications such as thermal power plants due to the relatively low implementation cost [41] ... ”（索引[41]是Yu, Wang*, et al., 2011）。
2）论文Wang*, Industrial Engineering & Chemistry Research, 2013（SCI论文）提出补偿调节阀粘滞故障的闭环控制方法。葡萄牙知名自动化企业Ciengis公司总裁A. Romanenko博士等发表的综述论文[7]评价该方法具有鲁棒性的优点，能克服模型误差和
申报(推荐)山东地区科学技术奖项目开发公示材料
