随着大规模可再生能源发电亟待并网,风能、太阳能等新能源的不稳定性使火电机组负荷变化范围及变化速率扩大,依靠传统控制技术,相关参数很容易超出安全范围。因此,火电机组快速变负荷能力亟待提升。本文利用机理分析方法,建立火电机组动态数学模型,分析机组大扰动工况下的动态特性;结合先进控制,针对快速变负荷过程机组部分运行参数,提出行之有效的控制技术;以机理数学模型为基础,建立适用于快速变负荷控制技术研究的火电机组协调被控数学模型;基于汽轮机蓄能深度利用技术,提出火电机组快速变负荷协调控制技术。主要研究内容如下。首先,利用集总参数建模方法,以质量守恒、能量守恒、动量守恒为基础,采用分块建模技术,结合相关经验公式,分别建立火电机组锅炉汽水系统、燃料系统、给水系统、旁路系统、汽轮机等动态机理数学模型。利用汽轮机高加解列和高加投入试验对模型加以验证,仿真误差在允许范围内,模型能够用于火电机组大扰动工况动态特性的研究。通过仿真火电机组快速甩负荷带厂用电(FCB)过程,提出了FCB过程主要参数的控制策略。其次,围绕快速变负荷过程火电机组运行参数控制,结合灰色关联分析、自抗扰、前馈补偿等技术,分别提出给水泵汽轮机转速灰色关联补偿控制、汽包水位灰色关联自抗扰控制、汽轮机旁路阀门温度线性自抗扰-前馈补偿控制。以上控制技术能够有效保障快速变负荷过程相关参数在安全范围,且控制效果优于传统控制技术,为安全实现火电机组快速变负荷能力的提升奠定了基础。再次,为了提高火电机组协调控制数学模型的适用性,以机理数学模型为基础,在一定的假设条件下,对模型进行合理简化。建立了考虑汽轮机回热系统的火电机组协调控制数学模型,通过高加解列试验对模型加以验证;建立了适用于FCB过程控制技术研究的协调控制数学模型,模型考虑了汽包水位、给水系统、汽轮机旁路等系统,利用100%额定工况下FCB现场试验对模型进行了参数辨识,利用50%额定工况下FCB试验对模型进行了正确性验证。上述协调被控数学模型相对准确,能够用于快速变负荷协调控制技术的研究,为火电机组快速变负荷协调控制技术的研究提供了模型支撑。最后,为了提高火电机组快速变负荷能力,基于汽轮机蓄能深度利用技术,借鉴“负荷分解,联合控制”思想。提出了汽轮机高加抽汽节流参与协调控制的方法,利用负荷指令高频信号部分和主蒸汽压力偏差信号共同控制高加抽汽节流阀门开度;提出了汽轮机高加给水旁路参与协调控制的方法,同样利用负荷指令高频信号部分和主蒸汽压力偏差信号共同控制给水旁路阀门开度;提出了负荷指令低频信号前馈补偿技术,将负荷指令低频信号作为燃料量指令前馈补偿信号。以上协调控制技术能够有效抑制负荷指令变化后火电机组主蒸汽压力的波动,减小燃料量指令的波动,提升火电机组灵活性。