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火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法

2023-04-24 13:21:21 3

專利名稱:火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法
火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法
技術領域:
本發明涉及火力發電機組的機爐協調控制領域,具體是一種火力發電機機爐 直接指令平衡協調控制方法。背景技術:
火力發電機組的單機容量越來越大,電網調度對機組的自動控制要求越來越 高,機組協調控制系統既要保證機組負荷的靜態與動態偏差達到精度要求,又要 兼顧熱力參數穩定受控,而配置直吹式制粉系統的大容量鍋爐的大慣性、大遲延 特性一直阻礙著機組負荷動態響應精度的提高,現有的控制策略只能做到控制收 斂,卻克服不了初始響應遲延的影響,難以做到動態跟隨,影響控制的準確性。
發明內容
為了克服現有技術中存在的上述缺陷,本發明提供一種火力發電機機爐直接 指令平衡協調控制方法,通過採用前饋指令加閉環校正的方式,以消除初始響應 延遲的影響,達到動態跟隨。
為此,本發明採用以下技術方案火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方 法,其特徵在於它根據機組負荷指令、機組實發功率和主蒸汽壓力採用直接指令 平衡系統進行調節和校正,然後去控制汽機調門開度和鍋爐總燃料量,所述的直 接指令平衡系統中,通過鍋爐動態超前給煤前饋與汽機前饋共同完成機組負荷動 態跟隨與偏差修正的解耦,超前給煤前饋使實際燃料量指令跟隨升負荷的熱量需 求,汽機前饋則使實際負荷跟隨設定值,並用機、爐主控PID消除因不確定因素 引起的負荷與汽壓響應偏差;滑壓控制段則根據降階後的一階慣性加純遲延的汽 壓響應特性和各種工況預設的變壓過程時間,擬合壓力設定值的滑升曲線,同時 將壓力提升的動態熱量需求疊加在鍋爐前饋指令上,實現壓力提升動態分量與過 程偏差消除迴路的控制解耦,並在時序上實現負荷與汽壓響應的合理調度,本發 明採用採用前饋指令加閉環校正的方式,將單元機組協調控制直接指令送至鍋爐 主控和汽機主控,功率與機前壓力的PID迴路作為調節過程的滯後校正。鍋爐指 令模型的煤種適應性由熱值校正系統保證,在煤種變化過程中,熱值校正迴路與 鍋爐主控PID共同實現燃料量等效值的修正與回歸,使機組負荷與鍋爐指令的對 應關係保持恆定。通過將機、爐主控的偏差調節從動態響應中解耦出來,可以保持PID調節特性在動態與靜態工況下的恆定。
汽機前饋在動態過程中驅動汽機調門在小偏差下連續開啟,保持機組負荷連 續跟隨,若僅靠PID的偏差調節將無法達到動態過程中較高的調節精度;鍋爐的 動態超前給煤指令則主要消除了鍋爐與制粉系統特性所造成的鍋爐吸熱遲延,同 時提供附加的動態分量供機組在滑壓段提升主參數;負荷與汽壓錯時調度可以使 系統在定壓段與滑壓段對負荷的調節特性基本一致。從而極大地消除了初始響應 遲延的影響,動態跟隨,控制準確及時,調試整定方便。
作為對上述技術方案的進一步完善和補充,本發明採取如下技術措施
所述的鍋爐動態超前給煤前饋其指令包括
1) 分段線性對應於機組負荷指令的總燃料量基本前饋指令,由熱值校正回 路保持其準確性;
2) 補償制粉與燃燒遲延的動態超前給煤分量,根據對象特性確定;
3) 負荷偏差的純微分環節。
超前指令無法消除純遲延,調門動作利用蓄熱後,壓力將略微偏離,負荷變 化較慢,利用負荷偏差的微分,可動態彌補鍋爐的蓄熱損失。
所述的汽機前饋其指令為分段線性的汽機前饋指令,並根據在機前壓力保持 恆定時各個負荷段實際負荷對汽機調門階躍響應的對象特性來確定。在滑壓範圍 內,汽機調門穩態時的實際開度是基本相同的,但汽機前饋指令則在全負荷範圍 保持線性。汽機前饋指令使汽機協調利用鍋爐熱量,可提高負荷動態跟隨性能。
所述的滑壓控制段汽壓控制時,在負荷指令變化後維持滑壓設定值,直至超 前給煤指令對蓄熱的補充效果顯現,實際壓力出現同向響應後再釋放;滑壓設定 值包括一階慣性部分和純遲延部分,純遲延部分根據主汽壓的響應情況通過邏輯 迴路取得,慣性環節部分則根據負荷、汽壓分時調度的需要設定時間常數,並根 據變負荷速率設置其值。
有益效果本發明通過採用直接指令平衡協調控制方法,採用前饋指令加閉 環校正的方式,極大地消除了初始響應遲延的影響,達到較高的動態跟隨精度, 控制準確及時,調試整定方便。

圖1為本發明的特徵SAMA原理圖。圖2為本發明動態超前給煤策略的鍋爐前饋模型曲線圖。
具體實施方式
特徵SAMA原理圖如圖1所示的火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法, 根據機組負荷指令ND、機組實發功率MW和主蒸汽壓力PT進行調節和校正, 得到汽機調門開度指令TD和鍋爐總燃料量指令BD,然後去控制汽機調門開度和 鍋爐總燃料量。其中,Fl(x)、 F2(x)、 F3(x)分別產生對應機組負荷指令的主蒸汽 壓力目標值、鍋爐主控前饋基本值和汽機主控前饋值。Fl(x)產生的主蒸汽壓力目 標值經過汽壓響應等待環節、速率限制環節與慣性遲延環節生成最終的主汽壓控 制設定值。汽機調門開度指令TD由負荷、汽壓的偏差調節迴路9與汽機動態前 饋迴路10組成;鍋爐總燃料量指令BD則分別由滑壓附加鍋爐指令迴路11、負 荷偏差微分迴路12、動態超前給煤迴路13、鍋爐基本前饋指令迴路14、以及負 荷、汽壓偏差調節迴路15五個部分相加組成。
其中負荷偏差微分迴路b、動態超前給煤迴路c、鍋爐基本前饋指令迴路d 形成鍋爐動態超前給煤指令。令鍋爐吸熱特性如下式所示
w +1 r2ly +1
式中6為總燃料量指令,z^為鍋爐有效吸熱量,払7\、 r2和t為傳遞函 數係數,通過試驗求得。則動態超前給煤前饋指令與機組負荷指令的關係可用式
(2)表示
卿=(i+r3力 ,+& s 4順
式中7V為機組負荷指令,4iv為負荷指令與實際負荷的偏差,r3為動態超 前給煤指令的微分係數,令r^尺7V,《為作用強度,7V為微分時間,/f^為 負荷與燃料量對應係數的分段線性函數,/:D為負荷偏差微分係數。在固定的負
荷變化率下,燃料量指令s為線性函數,不考慮負荷偏差補償環節,令a^a, /<7\9 =丄,/ = {i, 2…","ew},對式(i)簡化後,可得r3^r1+r2+t;
《值的整定與汽機指令的變化速率線性相關,即根據負荷變化率與汽機前饋指令
的斜率確定;對於負荷偏差動態補償,可令7^=7/&,具體數值根據機組響應 情況現場整定。
如圖2所示,最終的動態超前給煤前饋指令由三部分組成,第一是分段線性 對應於機組負荷指令的總燃料量基本前饋指令,由熱值校正迴路保持其準確性;第二是補償制粉與燃燒遲延的動態超前給煤分量,根據對象特性確定;第三是負 荷偏差的純微分環節,補償鍋爐初始純遲延階段的蓄熱不足。圖中,曲線l為鍋 爐直接燃料量指令,曲線2為純遲延後等效燃料量指令,曲線3為風量微分後入 爐煤量,曲線4為直接指令的鍋爐吸熱量,曲線5為動態超前給煤指令,曲線6為 動態超前給煤指令的鍋爐吸熱量,曲線7為負荷偏差微分補償,曲線8為滑壓段 附加鍋爐指令。
大容量鍋爐較強的蓄熱能力對負荷初始響應有利,可減小參數背離,但在滑 壓工況建立汽壓時,則需要付出更大的努力。本策略採用的方法是負荷指令變化 後維持滑壓設定值,直至超前給煤指令對蓄熱的補充效果得以顯現,實際壓力出 現同向響應後再釋放。滑壓設定值採用一階慣性加純遲延的簡化設置,純遲延部 分根據主汽壓的響應情況通過邏輯迴路加以判斷,以避免初始條件不確定性的影 響,對實際汽壓響應過程具有自適應性;慣性環節部分則根據負荷、汽壓分時調 度的需要設定時間常數,不同的變負荷速率設置不同的值。
根據滑壓設定值的特性參數,可計算出機組滑壓所需的鍋爐附加指令。由於 對滑壓設定值的純遲延環節採用了自適應的邏輯判斷,因此忽略機前壓力對汽包 或分離器壓力的純遲延可得
formula see original document page 6
式中Dp為鍋爐附加動態指令,A為主蒸汽壓力,T4為滑壓設定值慣性時間常 數,A為滑壓目標值。滑壓目標值是隨著負荷設定值的變化相應同步變化的,因
此純滑壓段的鍋爐附加動態指令如圖2的曲線8所示。
由上式可知,慣性時間常數越大,則附加鍋爐指令作用幅值越小,對系統衝 擊越小,但時間也不宜過長,否則在範圍較大的負荷連續變化中將無法建立參數, 因此應在工程應用中合理整定。
在升降負荷過程中,因煤質突變、投撤油槍或切換磨煤機等非正常原因導致 汽壓偏離時,滑壓設定值將自動閉鎖,以配合實際汽壓的偶然變化,阻止偏差進 一步擴大。部分系統的PID控制器在單向閉鎖時具有反向調節能力,且偏差越大 作用越強,存在一定的自適應性,當負荷與汽壓偏差越限時,通過適當長度與間 隔的閉鎖脈衝,利用PID的反調作用,可彌補其調節滯後,使偏差較快收斂。在 動態變負荷過程中,對主汽壓等緩變參量控制釆取積分切除的控制措施。
權利要求
1、火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法,其特徵在於它根據機組負荷指令、機組實發功率和主蒸汽壓力採用直接指令平衡系統進行調節和校正,然後去控制汽機調門開度和鍋爐總燃料量,所述的直接指令平衡系統中,通過鍋爐動態超前給煤前饋與汽機前饋共同完成機組負荷動態跟隨與偏差修正的解耦,超前給煤前饋使實際燃料量指令跟隨升負荷的熱量需求,汽機前饋則使實際負荷跟隨設定值,並用機、爐主控PID消除因不確定因素引起的負荷與汽壓響應偏差;滑壓控制段則根據降階後的一階慣性加純遲延的汽壓響應特性和各種工況預設的變壓過程時間,擬合壓力設定值的滑升曲線,同時將壓力提升的動態熱量需求疊加在鍋爐前饋指令上,實現壓力提升動態分量與過程偏差消除迴路的控制解耦,並在時序上實現負荷與汽壓響應的合理調度。
2、 根據權利要求1所述的火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法,其 特徵在於所述的鍋爐動態超前給煤前饋其指令包括1) 分段線性對應於機組負荷指令的總燃料量基本前饋指令,由熱值校正回 路保持其準確性;2) 補償制粉與燃燒遲延的動態超前給煤分量,根據對象特性確定;3) 負荷偏差的純微分環節。
3、 根據權利要求1所述的火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法,其 特徵在於所述的汽機前饋其指令為分段線性的汽機前饋指令,並根據在機前壓力 保持恆定時各個負荷段實際負荷對汽機調門階躍響應的對象特性來確定。
4、 根據權利要求1所述的火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法,其 特徵在於所述的滑壓控制段汽壓控制時,在負荷指令變化後維持滑壓設定值,直 至超前給煤指令對蓄熱的補充效果顯現,實際壓力出現同向響應後再釋放;滑壓 設定值包括一階慣性部分和純遲延部分,純遲延部分根據主汽壓的響應情況通過 邏輯迴路取得,慣性環節部分則根據負荷、汽壓分時調度的需要設定時間常數, 並根據變負荷速率設置其值。
全文摘要
火力發電機機爐直接指令平衡協調控制方法,涉及火力發電機組的機爐協調控制領域。現有的控制策略只能做到控制收斂,卻克服不了初始響應遲延的影響,難以做到動態跟隨,影響控制的準確性。本發明根據機組負荷指令、機組實發功率和主蒸汽壓力採用直接指令平衡系統進行調節和校正,然後去控制汽機調門開度和鍋爐總燃料量,直接指令平衡系統包括包括基於動態超前給煤的鍋爐指令模型、分段線性的汽機指令模型和實現滑壓段動態解耦的汽壓設定值模型。採用前饋指令加閉環校正的方式,極大地消除了初始響應遲延的影響,達到較高的動態跟隨精度,控制準確及時,調試整定方便。
文檔編號G05B11/32GK101614998SQ200810063559
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月27日 優先權日2008年6月27日
發明者峰 尹, 朱北恆 申請人:浙江省電力試驗研究院

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