用于熱電廠中的控制和故障分析的優(yōu)化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱電廠中的控制和故障分析，以及更具體來說，涉及將電廠數(shù)據(jù)規(guī)范用于對電廠在其正常操作期間的有效控制和故障分析。
【背景技術(shù)】
[0002]電力通過將一種形式的能量轉(zhuǎn)換為電能來生成。在熱電廠中，熱能轉(zhuǎn)換為電能。典型熱電廠涉及由一個(gè)或多個(gè)熔爐和水循環(huán)系統(tǒng)所組成的鍋爐單元，其被供應(yīng)水以獲得蒸汽和用于熱能的燃料氧。由鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)過熱器，并且然后經(jīng)過節(jié)流閥傳遞到渦輪機(jī)。在經(jīng)過高壓渦輪機(jī)之后，蒸汽損失其熱能和壓能，這通過使其經(jīng)過過熱器又重新獲得。蒸汽然后經(jīng)過中壓和低壓渦輪機(jī)，以確保全面利用。最后，蒸汽經(jīng)過冷凝、再熱并且經(jīng)過給水泵循環(huán)回到鍋爐。同步到電力網(wǎng)的發(fā)電機(jī)軸連到渦輪機(jī)，并且因而生成電力。
[0003]電廠由分布式控制系統(tǒng)(DCS)來控制，并且工作在各種模式。熱電廠控制模式是手動(dòng)模式、鍋爐跟隨模式、渦輪機(jī)跟隨模式和協(xié)調(diào)模式。而協(xié)調(diào)模式和渦輪機(jī)跟隨模式是在正常電廠操作期間使用的模式。本發(fā)明涉及這些模式期間的電廠控制優(yōu)化和故障檢測。
[0004]渦輪機(jī)供應(yīng)商基于其對不同電力生成規(guī)范(以兆瓦(MW)來表示)的設(shè)計(jì)來提供數(shù)據(jù)表，并且這些數(shù)據(jù)表規(guī)范用作電廠啟動(dòng)操作的輸入。這些數(shù)據(jù)表規(guī)范一般由DCS連續(xù)地用來提供例如節(jié)流壓力、節(jié)流溫度、再熱溫度和汽包水位等的關(guān)鍵過程值的設(shè)置點(diǎn)。這類數(shù)據(jù)表規(guī)范用作計(jì)量電廠的性能的基準(zhǔn)。因此，存在數(shù)據(jù)表規(guī)范與DCS相集成以便獲得對電廠的更好控制以及跟蹤性能的可能性。
[0005]此外，在麗生成和需求的差是顯著的情形中，達(dá)到需求所花費(fèi)的時(shí)間也許相當(dāng)長。控制過程還需要提供針對電廠自行調(diào)整以滿足需求所花費(fèi)的時(shí)間的優(yōu)化。
[0006]示出需求變化期間的控制過程及其具體對降級電廠(比如說降級熔爐)的影響的情形，以指出控制和故障分析中的改進(jìn)/優(yōu)化要求。
[0007]示例I一從350到700碼的需求的增加
增加節(jié)流壓力和溫度設(shè)置點(diǎn)，并且起動(dòng)過熱器和再熱器閥，以增加壓力和溫度。這引起鍋爐中的蒸汽壓力的突然降低和后續(xù)收縮效應(yīng)。降級熔爐開始通過增加燃料和給水輸入來逐漸采取動(dòng)作，以滿足需求。協(xié)調(diào)模式處理基于鍋爐響應(yīng)來延遲渦輪機(jī)動(dòng)作。因此，斜升時(shí)間會相當(dāng)長，并且熔爐的降級未被察覺，這表示較小電廠效率。
[0008]示例2—從750到350碼的需求的降低
降低節(jié)流壓力和溫度設(shè)置點(diǎn)，并且起動(dòng)過熱器和再熱器閥，以降低壓力和溫度。這引起鍋爐中的蒸汽壓力的突然增加和后續(xù)溶脹效應(yīng)。降級熔爐開始通過降低燃料和給水輸入來逐漸采取動(dòng)作，以滿足需求。協(xié)調(diào)模式處理基于鍋爐響應(yīng)來延遲渦輪機(jī)動(dòng)作。因此，斜降時(shí)間會相當(dāng)長，并且熔爐的降級未被察覺，這表示較小電廠效率和進(jìn)一步降級。
[0009]需要將電廠設(shè)備數(shù)據(jù)表規(guī)范與控制系統(tǒng)相集成和配合使用，以便在正常操作期間進(jìn)行有效控制，以及還具有一種電廠，其中能夠識別任何降級或故障以便供將要影響的控制過程中的適當(dāng)校正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]作為本發(fā)明的一個(gè)方面，公開一種基于電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的使用并且周期地更新電廠數(shù)據(jù)規(guī)范以便有效地控制電廠的方法。電廠數(shù)據(jù)規(guī)范包含過程單元的過程參數(shù)(示例設(shè)置點(diǎn)信息和過程輸出的輸入和輸出值)的列表，其中包括致動(dòng)器的信號信息。更新用來檢測和分析過程單元中的故障。該方法包括:a)從包含過程參數(shù)和過程輸出的列表的所提供電廠數(shù)據(jù)規(guī)范來得到至少一個(gè)設(shè)置點(diǎn)信息；b)通過基于從電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的所得到的一個(gè)或多個(gè)設(shè)置點(diǎn)信息以提供控制的設(shè)置點(diǎn)來控制一個(gè)或多個(gè)控制回路，以操作熱電廠；c)識別控制熱電廠規(guī)范中的所述一個(gè)或多個(gè)控制回路中的間隙，并且迭代地操縱至少一個(gè)設(shè)置點(diǎn)，以滿足需求；d)基于用來滿足需求的所操縱的至少一個(gè)設(shè)置點(diǎn)來更新電廠數(shù)據(jù)規(guī)范；以及e)將已更新電廠數(shù)據(jù)規(guī)范用于控制電廠，以滿足需求。
[0011]作為本發(fā)明的一實(shí)施例，提供一種集成前饋技術(shù)以控制發(fā)電廠的方法。該方法包括通過前饋控制向一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器信號提供附加偏置的附加步驟，其中附加偏置基于電廠數(shù)據(jù)規(guī)范來估計(jì)。
[0012]本發(fā)明的另一方面是一種控制系統(tǒng)，其利用電廠數(shù)據(jù)規(guī)范來控制發(fā)電廠。該控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫，以用于存儲具有周期更新的電廠數(shù)據(jù)規(guī)范(原始廠商數(shù)據(jù)以及對設(shè)置點(diǎn)值的周期更新，以滿足需求)。設(shè)置點(diǎn)校正模塊，跟蹤用于控制各種控制回路以滿足需求的設(shè)置點(diǎn)的間隙并且更新電廠數(shù)據(jù)規(guī)范；以及判定模塊，將控制各種控制回路中的間隙與預(yù)定義閾值進(jìn)行比較，以識別與各種控制回路關(guān)聯(lián)的過程單元中的故障狀況，其中包括確定維護(hù)狀況。
[0013]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供使用電廠數(shù)據(jù)規(guī)范、具有集成前饋技術(shù)的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)還包含前饋信號計(jì)算器模塊，以便基于包括致動(dòng)器信號、需求和生成值的電廠數(shù)據(jù)規(guī)范來計(jì)算前饋信號。它還具有開關(guān)模塊，以向相應(yīng)致動(dòng)器提供作為基于需求和實(shí)際生成值的差的顯著性的附加偏置的前饋信號，即，僅當(dāng)差較大時(shí)才提供附加偏置。
【附圖說明】
[0014]通過參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述，將會更好地了解本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似標(biāo)號在附圖中通篇表示相似部件，附圖包括:
圖1是控制熱電廠的方法；
圖2是用于控制熱電廠的電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的示例；
圖3是具有用于控制熱電廠的多個(gè)控制回路和電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的控制系統(tǒng)的圖示；
圖4是用于更新電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的圖示；
圖5是具有集成前饋控制方法的控制系統(tǒng)的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明示出集成和使用用于控制熱電廠的電廠數(shù)據(jù)表規(guī)范的方法和系統(tǒng)。
[0016]該方法借助于圖1示出，圖1列示利用數(shù)據(jù)表來檢測電廠單元中的任何故障(充分降級)的存在的各種步驟。
[0017]數(shù)據(jù)表規(guī)范又稱作電廠數(shù)據(jù)規(guī)范，其具有包括從電廠來生成以供電廠控制的數(shù)據(jù)的另一范圍。
[0018]步驟SOOl:具有電廠單元數(shù)據(jù)規(guī)范
電廠單元制造商為其單元提供數(shù)據(jù)表。例如，渦輪機(jī)制造商為數(shù)據(jù)表提供不同MW生成所需的過程參數(shù)的推薦。
[0019]數(shù)據(jù)表可用來讀取與單元操作相關(guān)的參數(shù)。例如，參照圖2所示的數(shù)據(jù)表圖表，
(i)對于700Mw發(fā)電廠，420 MW生成(210)的過程參數(shù)如下主蒸汽流量=1159 t/h
節(jié)流壓力/溫度=158 Kg/cm2 568 °C 再熱入口蒸汽壓力/溫度=25.1 Kg/Cm2 353 °C 再熱入口蒸汽壓力/溫度=33.68 Kg/Cm2 596 °C
(ii)對于700Mw發(fā)電廠，560麗生成(220)的過程參數(shù)如下主蒸汽流量=1590 t/h
節(jié)流壓力/溫度=211 Kg/cm2 568 °C 再熱入口蒸汽壓力/溫度=47.4 Kg/Cm2 348 °C 再熱入口蒸汽壓力/溫度=47.4 Kg/Cm2 596 °C
這個(gè)數(shù)據(jù)用作手動(dòng)電廠啟動(dòng)期間的指南。一旦電廠穩(wěn)定，則使控制回路進(jìn)入自動(dòng)模式。本發(fā)明在電廠的穩(wěn)定模式期間也使用數(shù)據(jù)表規(guī)范。
[0020]步驟S002:基于歷史值來準(zhǔn)備圖表
記錄過程參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和不同MW生成的相關(guān)曲線的圖表。這些存儲在DCS模塊的數(shù)據(jù)庫中作為電廠數(shù)據(jù)規(guī)范。電廠效率根據(jù)輸入/輸出來確定，以及具有良好電廠效率的最佳曲線作為電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的更新來存儲。這種活動(dòng)隨最近數(shù)據(jù)周期地發(fā)生，從而確保曲線反映實(shí)際電廠狀況。
[0021]步驟S003:得到需求信息
對發(fā)電廠的MW需求基于定時(shí)和不同客戶需求從電網(wǎng)(負(fù)載分配中心)來設(shè)置。需求信息連同電廠數(shù)據(jù)規(guī)范一起用于該方法中。
[0022]步驟S004-S006:使用數(shù)據(jù)規(guī)范來操作電廠，以滿足需求
在設(shè)置新MW需求時(shí)，作為這個(gè)方法中的一個(gè)步驟，得到來自不同過程的電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的設(shè)置點(diǎn)信息。設(shè)置點(diǎn)信息用來提供設(shè)置點(diǎn)，其觸發(fā)控制回路付諸實(shí)施，直到過程參數(shù)以可接受偏差達(dá)到該設(shè)置點(diǎn)。例如，圖3的具有三元件控制器的汽包水位控制回路310示為用于操作提供控制系統(tǒng)300的電廠。它接收來自數(shù)據(jù)庫(370)中的所存儲數(shù)據(jù)圖表、電廠數(shù)據(jù)規(guī)范的汽包水位設(shè)置點(diǎn)，并且基于主蒸汽流量/汽包水位和當(dāng)前給水流量來計(jì)算給水流量。按照同樣的方式，還操作滿足圖3所示的麗需求(380)的各種控制回路(320、330、340,350 和 360)。
[0023]在預(yù)定時(shí)幀之后，電力生成會以偏差或者沒有偏差來達(dá)到需求。這個(gè)偏差(間隙)被記錄，并且可用于以后研宄以分析故障。關(guān)鍵過程值的設(shè)置點(diǎn)迭代地增加/減少。用于增加或減少的步驟能夠逐個(gè)電廠改變，并且由過程顧問來決定。
[0024]此校正/偏差量用作校正所生成圖表的輸入(由此反映實(shí)際電廠狀態(tài))，并且也許經(jīng)過設(shè)置點(diǎn)校正模塊390來記錄，供更新電廠數(shù)據(jù)規(guī)范。
[0025]步驟S007-S010:降級的檢測通常發(fā)電廠能夠生成電力，其在電廠為全新或者進(jìn)行了成功維護(hù)時(shí)幾乎大致遵循標(biāo)