火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，特別涉及一種火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS)作為鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的控制中樞，已經(jīng)成為現(xiàn)代 電站自動(dòng)化系統(tǒng)中最為核心的組成單元。CCS將火電機(jī)組的鍋爐控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)控制系 統(tǒng)作為一個(gè)整體、互相協(xié)調(diào)配合地進(jìn)行控制，使鍋爐和汽輪機(jī)盡快地共同適應(yīng)電網(wǎng)頻率變 化的需要，且共同保持火電機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的控制系統(tǒng)。但CCS系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多變 量控制系統(tǒng)，內(nèi)部存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性，機(jī)爐控制回路間的耦合特性使得系統(tǒng)較難取得良好 的控制品質(zhì)。
[0003] 鍋爐是一個(gè)相對(duì)慢速的響應(yīng)過(guò)程，熱慣性較大，而汽輪機(jī)則是一個(gè)相對(duì)快速的響 應(yīng)過(guò)程，熱慣性較鍋爐小得多。當(dāng)鍋爐側(cè)發(fā)生一個(gè)微小的擾動(dòng)時(shí)，會(huì)打破鍋爐-汽輪機(jī)之間 的能量平衡，汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠迅速調(diào)整調(diào)門(mén)開(kāi)度以消除火電機(jī)組負(fù)荷偏差，但鍋 爐的慢速響應(yīng)和大慣性特性無(wú)法與汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)相適應(yīng)，造成主蒸汽壓力以及主蒸 汽溫度等主要火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)周期性波動(dòng)，鍋爐給煤率和汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度也跟隨著周期 性地波動(dòng)，CCS系統(tǒng)需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能使火電機(jī)組恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，不利于火電機(jī)組的經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行。
[0004] 常規(guī)CCS系統(tǒng)主要是通過(guò)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)火電機(jī)組負(fù)荷，采用比例-積分-微分調(diào)節(jié) 器（PID)，為了能夠快速消除火電機(jī)組負(fù)荷控制偏差，PID參數(shù)需要整定得比較強(qiáng)。加強(qiáng)積 分的調(diào)節(jié)作用，有利于消除火電機(jī)組負(fù)荷控制偏差，但過(guò)強(qiáng)的積分調(diào)節(jié)作用，會(huì)加速鍋爐蓄 熱的消耗，增加了鍋爐-汽輪機(jī)之間的不平衡，使得系統(tǒng)很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。例如，當(dāng)鍋爐 的熱負(fù)荷與汽輪機(jī)熱負(fù)荷的需求存在差異時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)調(diào)門(mén)開(kāi)度會(huì)不斷地動(dòng)作，持續(xù)地消 耗鍋爐的蓄熱來(lái)維持火電機(jī)組負(fù)荷，其結(jié)果是機(jī)前壓力持續(xù)地向一個(gè)方向變化，表現(xiàn)出來(lái) 的特性類(lèi)似一個(gè)積分環(huán)節(jié)，具有不平衡的特性，而鍋爐側(cè)的調(diào)節(jié)一般以機(jī)前壓力偏差作為 調(diào)節(jié)的依據(jù)，但此時(shí)的機(jī)前壓力控制偏差已經(jīng)無(wú)法體現(xiàn)出初始時(shí)的鍋爐與汽輪機(jī)之間的具 體熱負(fù)荷差異量，必然造成鍋爐給煤率的過(guò)調(diào)，難以消除機(jī)前壓力控制偏差，引發(fā)系統(tǒng)周期 性的波動(dòng)，CCS系統(tǒng)需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能使火電機(jī)組恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。減弱積分的調(diào)節(jié)作 用，降低汽輪機(jī)對(duì)鍋爐蓄熱的利用速率，有利于CCS系統(tǒng)的穩(wěn)定，但卻難以消除火電機(jī)組負(fù) 荷控制偏差。加強(qiáng)比例的調(diào)節(jié)作用，有利于減少火電機(jī)組負(fù)荷控制偏差，而且汽輪機(jī)的比例 調(diào)節(jié)作用對(duì)鍋爐蓄熱的利用是一個(gè)與壓力偏差值成比例的定量，不存在持續(xù)消耗鍋爐蓄熱 的問(wèn)題，單純的比例作用對(duì)機(jī)前壓力特性來(lái)說(shuō)，是具有自平衡特性的，因此，加強(qiáng)比例作用， 對(duì)減少負(fù)荷控制偏差和鍋爐的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，是有利的。但由于受汽輪機(jī)負(fù)荷控制對(duì)象特性 的影響，過(guò)強(qiáng)的比例調(diào)節(jié)作用，又會(huì)引起火電機(jī)組功率振蕩，不利于CCS系統(tǒng)的穩(wěn)定，甚至 還會(huì)引發(fā)電網(wǎng)的低頻振蕩，危害性更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要針對(duì)CCS系統(tǒng)不穩(wěn)定且難以消除火電機(jī)組負(fù)荷偏差導(dǎo)致火電機(jī)組 不穩(wěn)定的問(wèn)題，提供一種有效消除火電機(jī)組負(fù)荷偏差的同時(shí)提高CCS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的火電 機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法及系統(tǒng)。
[0006] -種火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法，包括以下步驟：
[0007] 獲取火電機(jī)組負(fù)荷值、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)前壓力、機(jī)前壓力設(shè)定值以及一次 調(diào)頻指令；
[0008] 根據(jù)所述火電機(jī)組負(fù)荷值、所述火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值、所述機(jī)前壓力、所述機(jī)前壓 力設(shè)定值以及所述一次調(diào)頻指令，計(jì)算汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié) 指令的積分運(yùn)算分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī) 前壓力偏差運(yùn)算分量；
[0009] 根據(jù)所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算 分量、所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力 偏差運(yùn)算分量，獲取汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令；
[0010] 根據(jù)所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度。
[0011] 本發(fā)明還提供一種火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制系統(tǒng)，包括：
[0012] 獲取模塊，用于獲取火電機(jī)組負(fù)荷值、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)前壓力、機(jī)前壓力 設(shè)定值以及一次調(diào)頻指令；
[0013] 第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述火電機(jī)組負(fù)荷值、所述火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值、所述機(jī) 前壓力、所述機(jī)前壓力設(shè)定值以及所述一次調(diào)頻指令，計(jì)算汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分 量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽輪 機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算分量；
[0014] 第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、所述汽輪機(jī)主控 調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分量、所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及所述汽輪機(jī)主控 調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算分量，獲取汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令；
[0015] 調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度。
[0016] 上述火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法及系統(tǒng)，根據(jù)火電機(jī)組負(fù)荷值、機(jī)前壓 力、一次調(diào)頻指令、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值以及機(jī)前壓力設(shè)定值，獲取四個(gè)控制汽輪機(jī)主控調(diào) 節(jié)指令的汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分量、汽輪機(jī) 主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算分量，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度的控制，根據(jù)獲得的汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量對(duì)汽輪機(jī)的控 制，能有效減少火電機(jī)組負(fù)荷偏差，根據(jù)獲得的汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分量對(duì)汽 輪機(jī)的控制，能有效控制積分調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)CCS系統(tǒng)的穩(wěn)定，根據(jù)獲得的汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令 的比例運(yùn)算分量對(duì)汽輪機(jī)的控制，能有效對(duì)比例調(diào)節(jié)進(jìn)行限幅，防止過(guò)大的偏差引起系統(tǒng) 不穩(wěn)定，同時(shí)，能減少穩(wěn)態(tài)下的火電機(jī)組負(fù)荷偏差，根據(jù)獲得的汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前 壓力偏差運(yùn)算分量對(duì)汽輪機(jī)的控制，有利于機(jī)前壓力的穩(wěn)定，減少鍋爐的擾動(dòng)。通過(guò)上述四 種分量獲得汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行控制，克服了傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器過(guò) 強(qiáng)的積分作用和過(guò)強(qiáng)的比例作用對(duì)CCS系統(tǒng)造成的不穩(wěn)定影響，且能有效地減少火電機(jī)組 負(fù)荷偏差，確保火電機(jī)組的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為一種實(shí)施方式的火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法的流程圖；
[0018] 圖2為另一種實(shí)施方式的火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法的子流程圖；
[0019] 圖3為火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制框圖；
[0020] 圖4為一種實(shí)施方式的火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制系統(tǒng)的模塊圖；
[0021] 圖5為另一種實(shí)施方式的火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制系統(tǒng)的子模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 火電機(jī)組是利用煤、石油以及天然氣等作為燃料生產(chǎn)電能，基本生產(chǎn)過(guò)程是首先 燃料在鍋爐中燃燒加熱水生成蒸汽，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，蒸汽通過(guò)管道引到汽輪 機(jī)，蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并從汽輪機(jī)中間合適的壓力部分抽出一 些蒸汽向周?chē)嵊脩籼峁嵩?，然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)被驅(qū)動(dòng)后就可以發(fā) 出電力了，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，將產(chǎn)生的電能輸出至電網(wǎng)。在鍋爐-汽 輪機(jī)系統(tǒng)中，包括多個(gè)控制系統(tǒng)，例如，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS)以及分散控制系統(tǒng) DCS (Distributed Control System)〇
[0023] 請(qǐng)參閱圖1，提供一種實(shí)施方式的火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度控制方法，包括如下 步驟：
[0024] S100:獲取火電機(jī)組負(fù)荷值、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)前壓力、機(jī)前壓力設(shè)定值以 及一次調(diào)頻指令。
[0025] 在鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)獲取火電機(jī)組負(fù)荷值、機(jī)前壓力、一次調(diào)頻指令、火 電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值以及機(jī)前壓力設(shè)定值，一般情況下，實(shí)時(shí)采集周期為100毫秒，通過(guò)從鍋 爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中實(shí)時(shí)采集，為后續(xù)獲取汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令提供依據(jù)，火電機(jī) 組負(fù)荷值表示火電機(jī)組輸出功率值，機(jī)前壓力表示汽輪機(jī)入口處的壓力，一次調(diào)頻表示根 據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自發(fā)的進(jìn)行調(diào)整火電機(jī)組負(fù)荷值以恢復(fù)電網(wǎng)頻率。火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定 值是由CCS系統(tǒng)根據(jù)中調(diào)的負(fù)荷需求設(shè)置的，即是限速后的實(shí)際負(fù)荷指令，機(jī)前壓力設(shè)定 值是根據(jù)滑壓曲線以及負(fù)荷指令得到的，其中，滑壓曲線為機(jī)前壓力與負(fù)荷指令之間的關(guān) 系曲線。
[0026] S200:根據(jù)火電機(jī)組負(fù)荷值、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)前壓力、機(jī)前壓力設(shè)定值以 及一次調(diào)頻指令，計(jì)算汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算 分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算 分量。
[0027] 獲取火電機(jī)組負(fù)荷值、機(jī)前壓力、一次調(diào)頻指令、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值以及機(jī)前壓 力設(shè)定值后，可根據(jù)火電機(jī)組負(fù)荷值、機(jī)前壓力、一次調(diào)頻指令、火電機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值以及 機(jī)前壓力設(shè)定值，計(jì)算獲得決定汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令值大小的汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋 分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽 輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算分量，為后續(xù)計(jì)算汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令提供數(shù)據(jù)依 據(jù)。
[0028] S300:根據(jù)汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分 量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算分 量，獲取汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令。
[0029] 獲取得到汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的前饋分量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的積分運(yùn)算分 量、汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的比例運(yùn)算分量以及汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令的機(jī)前壓力偏差運(yùn)算分 量后，根據(jù)這些分量計(jì)算獲得汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令。
[0030] S400 :根據(jù)汽輪機(jī)主控調(diào)節(jié)指令，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度。
[0031] 為使鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制過(guò)程中，一方面可通過(guò)控制鍋爐的給煤 率，另一方面可通過(guò)控制汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度，汽輪機(jī)調(diào)門(mén)是控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率的閥 門(mén)，改變進(jìn)入汽輪機(jī)