一種直流鍋爐單元機組協調控制系統的製作方法
2023-10-18 10:05:39 1
一種直流鍋爐單元機組協調控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型屬於電廠自動控制領域，特別涉及一種直流鍋爐單元機組協調控制系統，該系統由制粉系統、直流鍋爐、汽輪機、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個PI控制器和解耦補償器組成，解耦補償器由8個PID控制器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機相連，3個傳感器和3個PI控制器相連，3個PI控制器和解耦補償器相連；所建立的直流鍋爐單元機組三輸入三輸出協調控制系統，可實現鍋爐側和汽輪機側、燃料側和給水側間的解耦，解決了目前控制方法中依賴燃水比係數的難題。
【專利說明】一種直流鍋爐單元機組協調控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電廠自動控制領域，特別涉及一種直流鍋爐單元機組協調控制系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的高速發展和建設資源節約型社會的推進，具有高效率、低排放以及負荷適應能力強等特點的超(超)臨界直流爐機組成為我國火力發電主力機組。由於其單機容量大等特點，這些機組的安全穩定運行是大電網安全穩定運行的基礎和關鍵。
[0003]直流鍋爐單元機組的協調控制系統對象結構模型通常簡化為一個三輸入三輸出系統，其輸入量為給水量、燃燒量和汽輪機調門開度，其輸出量為中間點溫度(比焓)、主汽壓力和汽輪機功率，在輸入輸出變量間存在交叉的關聯和強耦合現象。
[0004]直流鍋爐單元機組協調控制系統中，最主要的是給水量調節和燃料量調節，通過調節系統的正確協調動作與配合，使鍋爐的負荷達到要求，也使主蒸汽溫度保持穩定。由於燃料量和給水量的變化都對輸出功率產生明顯影響，目前普遍採用調整燃水比係數控制中間點溫度(比焓)，將三輸入三輸出的直流鍋爐機組模型簡化為雙輸入雙輸出的模型，因此在實際工程應用中存在兩種不同的方案:1.以煤為基礎的水跟煤控制，通過燃料量調節負荷或主汽壓力，給水量調節中間點溫度(比焓)；2.以水為基礎的煤跟水控制，通過給水量調節負荷或汽壓，燃料量調節微過熱段噴水減溫器前後溫差，保證燃水比，實現過熱汽溫粗調。然而兩種方案各有利弊，由於給水比燃料調節快得多，水跟煤的控制方案有利於主蒸汽溫度的控制，但是主蒸汽壓力的波動會很大，而煤跟水的控制方案有利於主汽壓力的控制，不利於主蒸汽溫度的保持。此外，由於煤質頻繁變化時，燃水比係數很難保證，在機組運行過程中往往出現參數波動幅度大，機組負荷適應性差等問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型提出的一種直流鍋爐單元機組協調控制系統，控制系統由制粉系統、直流鍋爐、汽輪機、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個PI控制器和解耦補償器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機相連；
[0006]功率傳感器一端和汽輪機相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當前汽輪機功率Ne和初始汽輪機功率Neci —起送到第一 PI控制器的輸入端；第一 PI控制器的輸出端和解耦補償器的第一輸入端相連，解耦補償器的第一輸出端和汽輪機的調節門相連，其輸出的汽輪機調節門開度Ut用於控制汽輪機的調節門開度；
[0007]壓力傳感器一端和直流鍋爐的過熱段與汽輪機的中間點相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當前主汽壓力Pt和初始主汽壓力Pttl —起送到第二 PI控制器的輸入端；第二 PI控制器的輸出端和解耦補償器的第二輸入端相連，解耦補償器的第二輸出端和直流鍋爐受熱段的給水控制端相連，其輸出的給水量I。用於控制直流鍋爐給水量;
[0008]ptO焓值傳感器一端和直流鍋爐的受熱段與過熱段的中間點相連，另一端和第三PI控制器的輸入端相連，將檢測到當前中間點比焓hm和初始中間點比焓hm(l —起送到第三PI控制器的輸入端；第三PI控制器的輸出端和解耦補償器的第三輸入端相連，解耦補償器的第三輸出端和制粉系統燃燒量控制端相連，其輸出的燃料指令Ub用於控制制粉系統的燃燒量控制。
[0009]所述解耦補償器由8個PID控制器組成，分別是Pl控制器、P2控制器、P3控制器、P4控制器、Dl控制器、D2控制器、PDl控制器、PD2控制器這八個控制器；其中，解耦補償器的第一輸入端和Pl控制器、P2控制器、P3控制器的輸入端相連，解耦補償器的第二輸入端和P4控制器、Dl控制器、D2控制器的輸入端相連，解耦補償器的第三輸入端和PDl控制器、PD2控制器的輸入端相連；P1控制器、P4控制器的輸出端和解耦補償器的第一輸出端相連，P2控制器、Dl控制器、PDl控制器的輸出端和解耦補償器的第二輸出端相連，P3控制器、D2控制器、PD2控制器的輸出端和解耦補償器的第三輸出端相連。
[0010]本實用新型提出的一種直流鍋爐單元機組協調控制系統結構簡單，可實現鍋爐側和汽輪機側、燃料側和給水側間的解耦，解決了目前控制方法中依賴燃水比係數的難題。當中間點比焓偏離設定值時，對給水量和燃料量同時進行調整，能夠使系統迅速保持穩定。以燃料量增益的階躍變化來反映煤質變化，當燃料量增益階躍降低5%時，中間點比焓、主汽壓力、功率以及給水流量經過調整後恢復到原來的數值，燃料量升高以保證機組的正常運行，協調控制系統的響應曲線如圖2.1-2.6所示。當給水比焓階躍下降10%時，中間點比焓、主汽壓力、功率以及燃料量經過調整後恢復到原來的數值，給水流量減小已保證機組的正常運行，協調控制系統的響應曲線如圖3.1-3.6所示。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為直流鍋爐單元機組協調控制結構圖；
[0012]圖2.1-2.6為燃料增益階躍變化時協調系統響應曲線圖；
[0013]圖3.1-3.6為給水比焓階躍變化時協調系統響應曲線圖；
[0014]圖4.1-4.3為升負荷協調系統響應曲線圖；
[0015]圖5.1-5.3為降負荷協調系統響應曲線圖。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型提出的一種直流鍋爐單元機組協調控制系統，如圖1所示，控制系統由制粉系統、直流鍋爐、汽輪機、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個PI控制器和解耦補償器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機相連；
[0017]功率傳感器一端和汽輪機相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當前汽輪機功率Ne和初始汽輪機功率Neci —起送到第一 PI控制器的輸入端；第一 PI控制器的輸出端和解耦補償器的第一輸入端相連，解耦補償器的第一輸出端和汽輪機的調節門相連，其輸出的汽輪機調節門開度Ut用於控制汽輪機的調節門開度；
[0018]壓力傳感器一端和直流鍋爐的過熱段與汽輪機的中間點相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當前主汽壓力Pt和初始主汽壓力Pttl —起送到第二 PI控制器的輸入端；第二 PI控制器的輸出端和解耦補償器的第二輸入端相連，解耦補償器的第二輸出端和直流鍋爐受熱段的給水控制端相連，其輸出的給水量I。用於控制直流鍋爐給水量；
[0019]ptO焓值傳感器一端和直流鍋爐的受熱段與過熱段的中間點相連，另一端和第三PI控制器的輸入端相連，將檢測到當前中間點比焓hm和初始中間點比焓hm(l —起送到第三PI控制器的輸入端；第三PI控制器的輸出端和解耦補償器的第三輸入端相連，解耦補償器的第三輸出端和制粉系統燃燒量控制端相連，其輸出的燃料指令Ub用於控制制粉系統的燃燒量控制。
[0020]解耦補償器由8個PID控制器組成，分別是Pl控制器、P2控制器、P3控制器、P4控制器、Dl控制器、D2控制器、PDl控制器、PD2控制器這八個控制器；其中，解耦補償器的第一輸入端和Pl控制器、P2控制器、P3控制器的輸入端相連，解耦補償器的第二輸入端和P4控制器、Dl控制器、D2控制器的輸入端相連，解耦補償器的第三輸入端和PDl控制器、PD2控制器的輸入端相連；P1控制器、P4控制器的輸出端和解耦補償器的第一輸出端相連，P2控制器、Dl控制器、PDl控制器的輸出端和解耦補償器的第二輸出端相連，P3控制器、D2控制器、PD2控制器的輸出端和解耦補償器的第三輸出端相連。
[0021]1.汽輪機側與鍋爐側的雙向補償。汽輪機側的擾動對中間點比焓影響甚微，可以忽略不計。將主汽壓力偏差信號APt引入至汽輪機側，可以用來補償給水側和燃料側擾動可能引起的汽輪機調節器動作，由於主汽壓力和功率對燃料和給水擾動響應曲線形狀相似，使得APt變化與ANe的變化相互抵消，保證汽輪機調門開度在鍋爐側擾動時保持不變。功率的偏差信號ANe作為汽輪機側擾動的補償信號引入到給水側和燃料側，當汽輪機側發生擾動時，由於功率和中間點比焓的變化方向相反，保證燃料側指令不變的同時，加速給水側動作來保證主汽壓力Pt的穩定，提高了系統的響應能力。此外，當改變功率定值時，汽輪機調節器變化很快，使得調節汽門動作跟上負荷指令的需求，但是由於鍋爐的慣性很大，能量難以及時補充，會造成主汽壓力Pt大的波動，甚至會超過允許的偏差範圍，把APt引入汽輪機調節器，能夠起到穩定主汽壓力的作用。
[0022]2.給水側與燃料側的雙向補償。當燃料側發生擾動時，中間點比焓和主汽壓力變化方向相同，而當給水側發生擾動時，中間點比焓和主汽壓力的變化方向相反。將△匕和APt微分信號同時引入給水側和燃料側，可以減弱或者消除給水側和燃料側之間的耦合，使得系統的整定變得容易。同時也相當於在鍋爐側增加了一個快速的反饋迴路，可以補償汽輪機側的擾動，提高了機組的負荷響應速度，增強了系統克服擾動的能力。
[0023]為了驗證協調控制系統的控制性能，對該系統做升降負荷實驗，工況1:機組由677麗升負荷至802麗；工況2:機組有934MW降負荷至802麗。圖4.1-4.3、圖5.1-5.3顯示了兩種工況下汽輪機功率、中間點比焓和主汽壓力3個輸出量的設定值和響應曲線。由圖中可以看出，汽輪機功率和主汽壓力動態性能良好，中間點比焓在調整過程中的有一定的動態偏差，3個輸出量都能迅速達到設定值，協調控制系統的控制性能良好。
[0024]以1000MW超超臨界直流鍋爐單元機組作為控制對象，其輸入量為給水量De。、燃燒指令uB和汽輪機調門開度Ut，其輸出量為中間點比焓hm、主汽壓力pt和汽輪機功率Ne。直流鍋爐機組三輸入三輸出協調控制結構如圖1所示，控制系統由3個PI控制器和解耦補償器組成，解耦補償器可以實現輸入輸出各變量間的完全解耦，八匕、八隊和ANeSPI控制器輸出，隊。、％和μ ,為控制量，直接作用於被控對象上。本控制系統採用的爐跟機控制方式，通過改變鍋爐輸入量，來維持機爐能量的平衡，保持主汽壓力，機組對外界負荷變化需求的響應性好。考慮到直流機組機爐對象間的耦合特性，在控制系統中加入解耦補償器，消除機爐對象特性存在的耦合，增強了系統客服擾動的能力，實現汽輪機側和鍋爐側、鍋爐內給水側和燃料側的解耦，使整個系統等效為三個互不幹擾的單變量控制系統。
[0025]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種直流鍋爐單元機組協調控制系統，其特徵在於，所述控制系統由制粉系統、直流鍋爐、汽輪機、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個PI控制器和解耦補償器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機相連； 功率傳感器一端和汽輪機相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當前汽輪機功率Ne和初始汽輪機功率Neci —起送到第一 PI控制器的輸入端；第一 PI控制器的輸出端和解耦補償器的第一輸入端相連，解耦補償器的第一輸出端和汽輪機的調節門相連，其輸出的汽輪機調節門開度Ut用於控制汽輪機的調節門開度； 壓力傳感器一端和直流鍋爐的過熱段與汽輪機的中間點相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當前主汽壓力Pt和初始主汽壓力Pttl —起送到第二 PI控制器的輸入端；第二 PI控制器的輸出端和解耦補償器的第二輸入端相連，解耦補償器的第二輸出端和直流鍋爐受熱段的給水控制端相連，其輸出的給水量I。用於控制直流鍋爐給水量；Pto焓值傳感器一端和直流鍋爐的受熱段與過熱段的中間點相連，另一端和第三PI控制器的輸入端相連，將檢測到當前中間點比焓hm和初始中間點比焓hm(l —起送到第三PI控制器的輸入端；第三PI控制器的輸出端和解耦補償器的第三輸入端相連，解耦補償器的第三輸出端和制粉系統燃燒量控制端相連，其輸出的燃料指令Ub用於控制制粉系統的燃燒量控制。
2.根據權利要求1所述系統，其特徵在於，所述解耦補償器由8個PID控制器組成，分別是Pl控制器、P2控制器、P3控制器、P4控制器、Dl控制器、D2控制器、PDl控制器、PD2控制器這八個控制器；其中，解耦補償器的第一輸入端和Pl控制器、P2控制器、P3控制器的輸入端相連，解耦補償器的第二輸入端和P4控制器、Dl控制器、D2控制器的輸入端相連，解耦補償器的第三輸入端和PDl控制器、PD2控制器的輸入端相連；P1控制器、P4控制器的輸出端和解耦補償器的第一輸出端相連，P2控制器、Dl控制器、PDl控制器的輸出端和解耦補償器的第二輸出端相連，P3控制器、D2控制器、PD2控制器的輸出端和解耦補償器的第三輸出端相連。
【文檔編號】G05B13/04GK204009409SQ201420369029
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】秦志明, 劉吉臻, 張欒英, 谷俊傑 申請人:華北電力大學（保定）