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根据我国能源环境现状，超超临界火电机组已经成为国内主要建设的发电机组。随着近年来电网自动化水平的迅速发展提高以及超超临界机组直流锅炉蓄热能力小，在要求变较大负荷时能力不足，使得对超超临界火电机组参与有功功率控制及电网频率控制的能力提出了相当大的考验。电网频率的稳定性直接关系到供电质量及电力系统安全、可靠、经济运行。因此，开展超超临界火电机组负荷频率控制与优化研究具有重要现实意义。利用机理建模方法建立了适用于电力系统负荷频率控制研究660MW超超临界火电机组不同负荷下的动态数学模型。建立的超超临界汽轮机动态数学模型，提出了高、中压缸功率同时过调的概念，对传统电力系统稳定性计算的汽轮机模型进行了改进，给出了利用汽轮机有效热平衡数据计算汽轮机模型中的高、中压缸功率自然过调系数的新方法；利用压力节点的方法，建立了超超临界直流锅炉动态数学模型，给出了超超临界直流锅炉动态数学模型各参数的求解过程。在Simulink环境中，建立了660MW超超临界火电机组100%THA、75%THA、50%THA三个不同工况的负荷频率控制模型，进行了一次调频及AGC仿真实验，结果表明给出的控制模型合理可用。在此模型基础上，为了克服锅炉延迟及煤质变化大等因素引起的主汽压力波动，设计了一种燃料—汽压控制系统，引入了功煤系数对燃料量前馈进行修正，将超超临界直流锅炉的主控制器改为分数阶PID控制器。在系统阶跃扰动和负荷阶跃扰动下，分别对新设计的汽压控制与传统PID汽压控制进行仿真比较实验，表明新的汽压分数阶控制器既能快速响应，又能抑制负荷的干扰，提高了机组的AGC负荷适应能力。对某电厂660MW超超临界机组协调控制系统进行了优化。引入了功煤系数对燃料量前馈进行修正，同时对机组变负荷前馈、汽轮机功率回路控制、给水控制等进行了优化，解决了当煤质发生改变后，主汽压力、温度大幅波动导致AGC和一次调频的投入率受到影响的问题。优化后，机组负荷适应性能良好，一次调频和AGC能力满足了电网对机组安全稳定运行的要求，取得令人满意的控制效果。