改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火力發(fā)電機組的自動控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]火電機組是一個多輸入多輸出的強耦合多變量系統(tǒng)，其中鍋爐和汽輪機的動態(tài)對象特性差異較大，鍋爐具有明顯的大慣性、非線性和時變性等特點，而汽輪機的響應(yīng)速度較快，機組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS, Coordinated Control System)則要協(xié)調(diào)控制鍋爐煤量、給水量、風(fēng)量和汽輪機調(diào)門開度等輸入?yún)?shù)，實現(xiàn)機組負(fù)荷、主蒸汽壓力等主要輸出參數(shù)的良好控制品質(zhì)，滿足電網(wǎng)對機組變負(fù)荷性能和機組本身安全經(jīng)濟運行的要求。直接能量平衡(DEB，Direct Energy Balance)控制方法最早由美國LN控制公司提出，是建立在直接能量平衡概念基礎(chǔ)上的一種機、爐協(xié)調(diào)控制策略，能克服鍋爐側(cè)的非線性和慣性大的影響，實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制的單向解耦。該方法特點是:能計算出汽機對鍋爐的能量需求，并控制鍋爐的出力與汽機的能量要求相匹配；能快速控制機組的發(fā)電功率，使之同外界負(fù)荷要求相匹配。
[0003]但隨著電網(wǎng)對機組變負(fù)荷性能的要求越來越高，加上鍋爐燃用的煤種變化較大、燃煤摻燒等因素，逐漸暴露出目前DEB控制存在的一些不足，主要有:變負(fù)荷時煤量變化滯后于汽機調(diào)門動作，要在汽機調(diào)門動作引起調(diào)節(jié)級壓力和主蒸汽壓力改變后才會發(fā)生變化，容易導(dǎo)致汽壓偏差大；煤量超調(diào)采用鍋爐指令的微分，當(dāng)發(fā)生汽壓閉鎖時會復(fù)位超調(diào)，不利于主汽壓恢復(fù)；煤量前饋也會構(gòu)成汽壓反饋回路，容易導(dǎo)致回路振蕩；沒有燃煤熱值修正系數(shù)，無法根據(jù)煤質(zhì)的變化，進行相應(yīng)調(diào)整；煤量調(diào)節(jié)PID沒有進行變參數(shù)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)，通過改變前饋指令方式，消除了上述不足，進一步提高了機組協(xié)調(diào)變負(fù)荷響應(yīng)能力。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]—種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括:
[0007]將鍋爐能量需求指令BD作為PID控制器設(shè)定值，將熱量信號作為PID控制器被調(diào)量，通過兩者偏差的比例和積分作用來改變?nèi)剂狭恐噶睿瑫r采用新的前饋指令對燃煤量指令進行調(diào)整，其中的新的前饋指令包括負(fù)荷指令函數(shù)、智能超調(diào)單元以及汽壓偏差與煤量修正函數(shù)。
[0008]所述的負(fù)荷指令函數(shù)，用于經(jīng)過設(shè)定的速率限制，能夠使得負(fù)荷指令變化時煤量立即同步變化；
[0009]所述的智能超調(diào)單元，由變負(fù)荷信號觸發(fā)，區(qū)分加減方向，并根據(jù)鍋爐蓄熱變化情況來復(fù)位超調(diào)；
[0010]所述的汽壓偏差與煤量修正函數(shù)，對煤量進行補充修正，以減少變負(fù)荷過程中的汽壓偏差。
[0011]所述的負(fù)荷指令函數(shù)、智能超調(diào)單元以及汽壓偏差與煤量函數(shù)通過加法器相加后與設(shè)置熱值系數(shù)相乘后輸入到PID控制器中。
[0012]所述的熱值系數(shù)用于對燃煤量指令進行調(diào)整。
[0013]所述的PID控制器還設(shè)有變參數(shù)輸入單元，用于提高蒸汽壓力控制品質(zhì)。
[0014]一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括PID控制器、鍋爐能量需求指令BD輸入單元、熱量信號輸入單元和前饋指令生成模塊，所述的PID控制器分別與鍋爐能量需求指令BD輸入單元、熱量信號輸入單元和前饋指令生成模塊連接。
[0015]所述的前饋指令生成模塊包括負(fù)荷指令函數(shù)輸入單元、智能超調(diào)單元、汽壓偏差與煤量修正函數(shù)輸入單元、加法器、乘法器和熱值系數(shù)輸入單元，所述的負(fù)荷指令函數(shù)輸入單元、智能超調(diào)單元、汽壓偏差與煤量修正函數(shù)輸入單元分別與加法器的輸入端連接，所述的加法器的輸出端、熱值系數(shù)輸入單元分別與乘法器的輸入端連接，所述的乘法器輸出端與PID控制器連接。
[0016]所述的PID控制器設(shè)有變參數(shù)輸入單元。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，經(jīng)過本發(fā)明改進后，在變負(fù)荷時，負(fù)荷指令在送往汽輪機的同時也會改變煤量指令，加快了鍋爐側(cè)的響應(yīng)；采用了新的超調(diào)，負(fù)荷指令不變時不會立即復(fù)位，而是根據(jù)鍋爐蓄熱情況來智能判斷，并用汽壓偏差補充修正煤量指令，能更好的控制主蒸汽壓力；引入熱值修正以適應(yīng)煤質(zhì)的變化，采用變參數(shù)控制進一步優(yōu)化控制效果?？傊捎酶倪M后的DEB控制方式后，整體上提高了燃煤機組協(xié)調(diào)變負(fù)荷能力，也有利于主蒸汽壓力的平穩(wěn)控制。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的控制示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0020]實施例
[0021]考慮到實施工作量和可操作性，保留原先的DEB控制框架，這樣可以對原有機組負(fù)荷指令處理、RB控制功能、汽機主控等回路不做修改，而主要改進現(xiàn)有DEB策略中存在不足的地方，即鍋爐側(cè)的煤量控制，改變前饋指令生成方式，并采用新的超調(diào)控制，加入燃煤熱值修正系數(shù)，以適應(yīng)不同的煤質(zhì)變化。
[0022]保留原先的燃料控制PID，改進PID前饋指令。燃料控制PID的前饋不再采用鍋爐能量需求BD指令，BD指令只作為PID設(shè)定值，熱量信號作為PID被調(diào)量，通過兩者偏差的比例和積分作用來改變?nèi)剂狭恐噶?，即BD指令只參與PID的反饋調(diào)節(jié)。
[0023]新的前饋主要采用負(fù)荷指令函數(shù)，并經(jīng)過一定的速率限制，能夠使得負(fù)荷指令變化時煤量立即同步變化；再加上智能超調(diào)，該超調(diào)由變負(fù)荷信號觸發(fā)，區(qū)分加減方向，并根據(jù)鍋爐蓄熱變化情況來復(fù)位超調(diào)；再用汽壓偏差一煤量修正函數(shù)對燃煤量進行補充修正，以減少變負(fù)荷過程中的汽壓偏差。根據(jù)當(dāng)前燃用煤質(zhì)情況由運行人員輸入合適的熱值系數(shù)，煤量指令會根據(jù)該系數(shù)進行相應(yīng)調(diào)整。另外，對煤量PID進行變參數(shù)控制，以提高主蒸汽壓力控制品質(zhì)。
[0024]經(jīng)過這些改進后，在變負(fù)荷時，負(fù)荷指令在送往汽輪機的同時也會改變煤量指令，加快了鍋爐側(cè)的響應(yīng)；采用了新的超調(diào)，負(fù)荷指令不變時不會立即復(fù)位，而是根據(jù)鍋爐蓄熱情況來智能判斷，并用汽壓偏差補充修正煤量指令，能更好的控制主蒸汽壓力；引入熱值修正以適應(yīng)煤質(zhì)的變化，采用變參數(shù)控制進一步優(yōu)化控制效果。總之，采用改進后的DEB控制方式后，整體上提高了燃煤機組協(xié)調(diào)變負(fù)荷能力，也有利于主蒸汽壓力的平穩(wěn)控制。
[0025]對于某一臺300MW燃煤機組，鍋爐系上海鍋爐廠引進美國CE公司技術(shù)設(shè)計制造的1025t/h亞臨界一次中間再熱強制循環(huán)汽包鍋爐，汽機為上海汽輪機廠引進美國西屋公司技術(shù)制造的亞臨界，中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機，鍋爐與汽輪機熱力系統(tǒng)采用單元布置，控制系統(tǒng)已升級改造為MAX DNA系統(tǒng)。
[0026]在機組停機檢修期間，按照事先討論好的改進方案，修改機組DEB控制邏輯，主要改進內(nèi)容詳見圖1。
[0027]具體有:
[0028]保留DEB方式時燃料控制PID，刪除原先的鍋爐能量需求BD信號至PID前饋；
[0029]采用新的前饋指令，由負(fù)荷指令的函數(shù)、汽壓偏差的函數(shù)和智能超調(diào)三部分組成；
[0030]對前饋指令增加熱值系數(shù)修正；
[0031]對燃料控制PID進行變參數(shù)設(shè)置。
[0032]邏輯修改完成后，進行了冷態(tài)控制功能測試，及時發(fā)現(xiàn)并修改邏輯中存在的問題。
[0033]然后在機組啟動穩(wěn)定運行后，進行變負(fù)荷試驗，進一步驗證新的控制功能，優(yōu)化控制參數(shù)，以達(dá)到滿意的負(fù)荷和主汽壓控制效果。
[0034]通過改進DEB方式的煤量前饋指令后，消除了 DEB方式存在的不足，加快了煤量響應(yīng)速度，有利于變負(fù)荷過程中的主汽壓穩(wěn)定，整體上提高了燃煤機組協(xié)調(diào)變負(fù)荷能力。
【主權(quán)項】
1.一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括: 將鍋爐能量需求指令BD作為PID控制器設(shè)定值，將熱量信號作為PID控制器被調(diào)量，通過兩者偏差的比例和積分作用來改變?nèi)剂狭恐噶?，同時采用新的前饋指令對燃煤量指令進行調(diào)整，其中的新的前饋指令包括負(fù)荷指令函數(shù)、智能超調(diào)單元以及汽壓偏差與煤量修正函數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述的負(fù)荷指令函數(shù)，用于經(jīng)過設(shè)定的速率限制，能夠使得負(fù)荷指令變化時煤量立即同步變化； 所述的智能超調(diào)單元，由變負(fù)荷信號觸發(fā)，區(qū)分加減方向，并根據(jù)鍋爐蓄熱變化情況來復(fù)位超調(diào)； 所述的汽壓偏差與煤量修正函數(shù)，對煤量進行補充修正，以減少變負(fù)荷過程中的汽壓偏差。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述的負(fù)荷指令函數(shù)、智能超調(diào)單元以及汽壓偏差與煤量修正函數(shù)通過加法器相加后與設(shè)置熱值系數(shù)相乘后作為前饋指令輸入到PID控制器中。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述的熱值系數(shù)用于對燃煤量指令進行調(diào)整。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述的PID控制器還設(shè)有變參數(shù)輸入單元，用于提高蒸汽壓力控制品質(zhì)。6.一種如權(quán)利要求1所述的改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括PID控制器、鍋爐能量需求指令BD輸入單元、熱量信號輸入單元和前饋指令生成模塊，所述的PID控制器分別與鍋爐能量需求指令BD輸入單元、熱量信號輸入單元和前饋指令生成模塊連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的前饋指令生成模塊包括負(fù)荷指令函數(shù)輸入單元、智能超調(diào)單元、汽壓偏差與煤量修正函數(shù)輸入單元、加法器、乘法器和熱值系數(shù)輸入單元，所述的負(fù)荷指令函數(shù)輸入單元、智能超調(diào)單元、汽壓偏差與煤量函數(shù)輸入單元分別與加法器的輸入端連接，所述的加法器的輸出端、熱值系數(shù)輸入單元分別與乘法器的輸入端連接，所述的乘法器輸出端與PID控制器連接。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的PID控制器設(shè)有變參數(shù)輸入單J L ο
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改進后的直接能量平衡負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)，包括：將鍋爐能量需求指令BD作為PID控制器設(shè)定值，將熱量信號作為PID控制器被調(diào)量，通過兩者偏差的比例和積分作用來改變?nèi)剂狭恐噶?，同時采用新的前饋指令對燃煤量指令進行調(diào)整，其中的新的前饋指令包括負(fù)荷指令函數(shù)、智能超調(diào)單元以及汽壓偏差與煤量修正函數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有整體上提高了燃煤機組協(xié)調(diào)變負(fù)荷能力，也有利于主蒸汽壓力的平穩(wěn)控制等優(yōu)點。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號】CN105204340
【申請?zhí)枴緾N201510621822
【發(fā)明人】蘭吉勇, 祝建飛, 馬軍衡, 沈建峰, 吳軍輝, 王煦, 施峻, 黃春睿
【申請人】上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司, 上海明華電力技術(shù)工程有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月25日