CN101598328B - 大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法及专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法及其专用装置，其特征是：1)在机组的DCS组态中，增设一个具有微分分离作用的前馈控制回路，2)然后分别将前馈输出和前馈跟踪脉冲作用分别引用到各过热汽温和再热汽温控制回路中，各个汽温控制回路中的前馈作用量可根据机组的运行工况进行加权调整。所述专用装置由微分模块、状态判断及置位模块、复位模块和复位保持及跟踪模块连接而成；微分模块的输出端连接复位模块的输入端；状态判断及置位模块的信号输出端连接复位保持及跟踪模块的置位信号输入端；复位模块的信号输出端连接复位保持及跟踪模块的复位信号输入端。本发明有效地解决大负荷速率下锅炉过热汽温和再热汽温调节过程的二次超温(低温)问题。

Description

大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法及专用装置

技术领域

本发明涉及一种大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法及专用装置。属于电厂设备技术领域。

背景技术

现有技术中，对亚临界、中间再热、自然循环的燃煤汽包锅炉，其蒸汽温度调节系统包括有一级喷水减温调节、二级喷水减温调节、左侧再热汽温喷水调节、右侧再热汽温喷水调节和燃烧器摆角调节系统。为提高机组控制系统的调节性能，使机组更好地满足电网AGC调度的要求，电厂和试验单位共同对机组MCS逻辑进行了修改、完善，机组启动后，进行了MCS系统的优化调整，较快解决了机组升降负荷时平均负荷率低和主汽压力波动大的问题，但升降负荷过程中再热汽温波动大问题虽经多次调整试验仍未得到解决。根据热力学基础知识可知，再热蒸汽由于压力低，与过热汽温相比，在相同的蒸汽焓值变化时，再热汽温温度变化范围比过热汽温的温度变化范围更大，在机组以较高负荷率增减负荷时，由于锅，炉燃料量和送风量的快速变化，再热汽温低温和超温现象更为突出，因此，解决再热汽温波动大的问题成为了重点、难点问题。

尽管汽温控制在理论上出现了许多控制方案，如SMITH预估控制、模糊控制、神经元控制等，但从各家DCS厂家提供的原始组态和实际汽温调节系统的投运结果看，汽温控制仍然采用典型的PID加前馈的控制方案，针对再热汽温喷水后汽温过热度低所存在的问题，部分再热汽温采用单级PID控制策略。各家DCS厂家提供的汽温控制策略仅在前馈回路中存在部分差异，但基本上还是以通用的串级加基本前馈控制为主(图1)。这种串级加基本前馈控制方法，在较大负荷率下基本的燃料量变化加动态的燃料量变化，必然对锅炉汽温造成巨大的扰动，不利于锅炉的稳定运行。从图1可知，总燃料量S经微分d/dt后输入PID1，汽温设定T1和被调汽温T2从PID1的两个输入端输入，PID1的输出端和喷水后汽温T3连接PID2的两个输入端。图2中，1—表示负荷设定，2—表示总燃料量，3—表示汽温设定，4—表示被调汽温，5—表示水门开度，6—表示左侧喷水后汽温。

发明内容

本发明的第一个目的，是为了解决在较大负荷率下基本的燃料量变化加动态的燃料量变化对锅炉汽温造成扰动的问题，提供一种大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法。

本发明的第二个目的，是为了提供一种用于大负荷变化速率的锅炉汽温控制专用装置。

本发明的第一个目的可以通过采取如下方案达到：

大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法，其特征是：

1)在机组的DCS组态中，增设一个具有微分分离作用的前馈控制回路，

2)然后分别将前馈输出和前馈跟踪脉冲作用分别引用到各过热汽温和再热汽温控制回路中，各个汽温控制回路中的前馈作用量可根据机组的运行工况进行加权调整。

本发明的第一个目的还可以通过采取如下方案达到：

本发明第一个目的的一个实施方案是：

1)对燃料量前馈指令作微分运算，并对微分输出信号进行高、低限限制；动态时快速准确反映燃料量的变化过程从而避免采用燃料量信号时由于燃料控制回路不稳定造成对汽温调节的额外干扰；

2)进行负荷设定到位后的状态判断，即对负荷设定的变化率绝对值进行监视，当负荷设定到位后，负荷设定的变化速率回落，在其回落初期，如其值刚好由80％以上回落到40％以下即发出信号将RS触发器置位，使汽温前馈输出信号保持；

3)前馈信号输出保持后，将燃料前馈的微分作用大幅衰减至保持量的5％以下、或者在燃料前馈的微分作用输出小于1.5℃的时间持续300秒时，发出信号将RS触发器复位；

4)在前馈保持复位的同时，向汽温调节系统发出跟踪脉冲信号，使汽温前馈作用由保持状态到释放状态时系统无扰动。

本发明的第二个目的可以通过采取如下方案达到：

大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法的专用装置，其结构特点是：由微分模块、状态判断及置位模块、复位模块和复位保持及跟踪模块连接而成；微分模块对燃料量前馈指令作微分运算后输出到复位模块的一个输入端，所述微分运算信号高低限限制后输出到复位模块的另一个输入端；状态判断及置位模块的两个输入端分别输入负荷设定信号和负荷速率设定信号，信号输出端连接复位保持及跟踪模块的置位信号输入端；复位模块包括复位判断电路和复位控制电路，其信号输出端连接复位保持及跟踪模块的复位信号输入端；复位保持及跟踪模块的信号输出端外接汽温调节系统的控制输入端。

本发明的第二个目的可以通过采取如下方案达到：

本发明第二目的的一种实施方案是：

1)微分模块包括前馈微分电路和高低限幅电路，前馈微分电路的输出端通过高低限幅电路连接复位模块的输入端；前馈微分电路的输入端外接燃料前馈指令输出端；

2)状态判断及置位模块包括负荷微分电路、负荷绝对值电路、速率乘法器之一、速率乘法器之二、速率报警器、延时断电路之一和与门电路；速率乘法器之一、速率乘法器之二各有一个输入端外接负荷速率设定输出端，在速率乘法器之一、速率乘法器之二的另一输入端分别连接一个系数输入端(0.8倍，0.4倍)，负荷绝对值电路、速率乘法器之一和速率乘法器之二的输出端分别连接速率报警器的一个输入端，负荷微分电路的输入端外接负荷设定输出端，负荷微分电路的输出端连接负荷绝对值电路的输入端，延时断电路之一的两个输入端分别连接十倍系数、速率报警器的输出端，延时断电路之一的输出端、速率报警器的输出端分别连接与门电路的一个输入端；

3)复位模块包括前馈绝对值电路、低限报警器、延时通电路、或门、前馈乘法器之一、前馈乘法器之二、减法器、前馈报警器、前馈脉冲电路和切换电路；前馈绝对值电路的输入端连接前馈微分电路的输出端，前馈绝对值电路的输出端依次通过低限报警器、延时通电路连接或门的一个输入端，减法器的二个输入端分别连接高低限幅电路输出端、切换电路输出端，减法器的输出端依次通过前馈报警器、前馈脉冲电路连接或门的一个输入端，前馈乘法器之一、前馈乘法器之二的输入端分别连接切换电路的输出端和分别连接一个系数输出端，前馈乘法器之一、前馈乘法器之二的输出端分别连接前馈报警器的输入端，延时通电路的一个输入端连接延时时间，低限报警器的一个输入端连接限制温度；

4)复位保持及跟踪模块包括RS触发器、延时断电路之二和跟踪脉冲电路连接而成，RS触发器的RS输入端分别连接与门电路的输出端、或门的输出端，RS触发器的输出端分别连接延时断电路之二和跟踪脉冲电路的输入端。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明提出的动静态作用分离的微分前馈控制方法，可有效地解决大负荷速率下锅炉过热汽温和再热汽温调节过程的二次超温(低温)问题，通过设置的动静态作用分离的微分前馈回路，在负荷变动过程中使原来的微分作用保留，负荷变动结束后减弱或切除微分作用，使前馈作用达到改善系统的调节品质的目的。

2、本发明可以克服从锅炉指令变化到机组负荷变化的大迟延和大惯性的影响，提高机组负荷的平均响应速度。通过在机组升负荷过程中额外增加部分燃料量，在机组减负荷过程中额外减少部分燃料量；在升负荷过程中，汽温前馈输出等于燃料前馈量的微分器输出，负荷设定到位后，燃料前馈回落，燃料前馈的微分输出也回落，而汽温前馈输出回落一段后被保持，直到燃料前馈的微分输出恢复到0附近，前馈输出复位，负荷设定到位后汽温前馈输出作用的有效控制，达到了回路设计的预期目的。

3、本发明根据锅炉型号的不同，使机组满足AGC负荷变化率要求，即单次负荷目标变化幅度在15％ECR，负荷设定速率为2.0％ECR/min的前提下具有1.5％ECR/min及以上的实际负荷响应速率，锅炉升降负荷过程中应有额定负荷对应燃料的7％--12％的燃料动态过调量，甚至有的锅炉需要的燃料动态过调量超过20％。

附图说明

图1是常规蒸汽温度串级喷水调节原理图。

图2是采用常规策略的机组升负荷过程汽温及相关参数曲线。

图3是本发明动静态作用分离的微分前馈逻辑图。

图4是图3中脉冲电路的波形图。

图5是图3中延时通电路的波形图。

具体实施方式

具体实施例1：

参见图3，本实施例采用的专用装置由微分模块1、状态判断及置位模块2、复位模块3和复位保持及跟踪模块4连接而成；

1)微分模块1包括前馈微分电路11和高低限幅电路12，前馈微分电路11的输出端通过高低限幅电路12连接复位模块3的输入端；前馈微分电路11的输入端外接燃料前馈指令输出端；

2)状态判断及置位模块2包括负荷微分电路21、负荷绝对值电路22、速率乘法器之一、速率乘法器之二、速率报警器23、延时断电路之一和与门电路24；速率乘法器之一、速率乘法器之二各有一个输入端外接负荷速率设定输出端，在速率乘法器之一、速率乘法器之二的另一输入端分别连接一个系数输入端(0.8倍，0.4倍)，负荷绝对值电路22、速率乘法器之一和速率乘法器之二的输出端分别连接速率报警器23的一个输入端，负荷微分电路21的输入端外接负荷设定输出端，负荷微分电路21的输出端连接负荷绝对值电路22的输入端，延时断电路之一的两个输入端分别连接十倍系数、速率报警器23的输出端，延时断电路之一的输出端、速率报警器的输出端分别连接与门电路24的一个输入端；

3)复位模块3包括前馈绝对值电路31、低限报警器32、延时通电路33、或门34、前馈乘法器之一、前馈乘法器之二、减法器35、前馈报警器36、前馈脉冲电路37和切换电路38；前馈绝对值电路31的输入端连接前馈微分电路11的输出端，前馈绝对值电路31的输出端依次通过低限报警器32、延时通电路33连接或门34的一个输入端，减法器35的二个输入端分别连接高低限幅电路12输出端、切换电路38输出端，减法器35的输出端依次通过前馈报警器36、前馈脉冲电路37连接或门34的一个输入端，前馈乘法器之一、前馈乘法器之二的输入端分别连接切换电路38的输出端和分别连接一个系数输出端，前馈乘法器之一、前馈乘法器之二的输出端分别连接前馈报警器36的输入端，延时通电路33的一个输入端连接延时时间，低限报警器32的一个输入端连接限制温度；

4)复位保持及跟踪模块4包括RS触发器41、延时断电路之二和跟踪脉冲电路42连接而成，RS触发器41的R、S输入端分别连接与门电路24的输出端、或门34的输出端，RS触发器41的输出端分别连接延时断电路之二和跟踪脉冲电路42的输入端。

本实施例中：

微分模块1包括微分d/dt、输入信号高低限幅H/L和信号切换器T共3个模块。燃料量前馈指令信号经微分模块d/t作微分运算，微分模块输出经输入限幅模块H/L进行高、低限限幅后送至信号切换器T，切换器T的输出作为最终的汽温前馈输出信号。输入限幅模块H/L的输出接入到切换器的”N”输入端，切换器T的输出同时接入切换器T的”Y”端接入端。当机组实际加减负荷时，汽温前馈输出为燃料前馈的实际微分信号，当机组负荷指令变化结束一小段时间后，气温前馈输出保持。微分作用的输入采用锅炉燃料量前馈信号，在静态时，回路输出为0，汽温调节系统恢复为纯PID控制系统，系统更易稳定；动态时能更快更准确地反映燃料量的变化过程而避免了采用燃料量信号时由于燃料控制回路不稳定造成对汽温调节的额外干扰。

状态判断及置位模块2是负荷设定到位后的状态判断回路，该回路包括11个模块：3个常数模块、1个微分模块、1个绝对值模块、2个乘法模块、1个高低值监视模块、1个延时断模块、1个与门和1个RS触发器。负荷设定值输入至微分模块进行微分运算，得到实际的负荷变化速率，实际负荷变化率的绝对值输入至高低值监视器，高低限监视器的高限定值为负荷率设定值的80％，高低限监视器的低限定值为负荷率设定值的40％。高、低限监视器的高值监视输出端连接至延时断模块的”SET”端，延时断模块的输出连接到与门的一个输入端，与门的另一个输入端连接自高低限监视器的低值监视输出，与门输出输入至RS触发器的”S”端。当机组负荷设定值的实际变化率10秒内由大于负荷速率的80％回落到40％以下时，与门输出为真，RS触发器的S端置位，将虚线框I中的切换器T的Z端置真，将汽温前馈输出保持。

复位模块3为前馈信号的复位判据回路。该回路包括13个模块：3个常数模块、1个减法模块、1个绝对值模块、2个乘法模块、1个高低值监视模块、1个低限监视模块、1个延时通模块、1个与门和1个脉冲模块。前馈信号输出保持后，在燃料量前馈的微分作用消失后需要及时释放，否则，在机组下次升降负荷时，汽温前馈将不起作用。本回路包括两个复位条件：其一是燃料前馈的微分输出连接至绝对值模块后送至低值监视模块，当燃料前馈的微分输出的绝对值低于1.5℃的时间超过300秒后，产生1个复位信号；第2个复位回路是将虚线框I中切换器的输入、输出信号分别送至减法模块的两个输入端，减法模块的输出送至高低限监视器的”SET”端，高低限监视器的高限报警值和低限报警值分别是汽温前馈输出值的0.95倍和-0.95倍，当燃料前馈的微分作用已大幅衰减至保持量的5％以下时也对前馈保持进行复位。两个复位条件分别引入到或门的两个输入端，两个复位条件的任一个满足时，发出信号至虚线框II中的RS触发器的”R”端，经1秒延时后，汽温前馈保持信号复位，虚线框I中的切换模块输出由保持值重新切换为燃料量前馈微分输出信号。

跟踪模块4为配合汽温前馈复位的汽温主控制跟踪回路。回路包括一个脉冲模块和一个输出连接。该回路作用是在汽温前馈复位的同时，向汽温调节系统发出3秒的跟踪脉冲，使汽温前馈作用由保持状态到释放状态时系统无扰。

下面对本实施例中各构件进行详细说明：

1、d/dt—微分电路

本功能块对输入信号进行微分运算，对应的传递函数为：

$Y\left(s\right)=\left(\frac{\mathrm{Kd}*\mathrm{Td}*S}{\mathrm{Td}*S+1}\right)X\left(s\right)$

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    Y	float	0.0	微分输出
输入    X	float	0.0	输入
				参数    Kd	float	1.0	增益
参数    Td	float	1.0	微分时间常数，必须≥0，单位秒

2、H/L—高低限限幅

对输入进行限幅，输出被限幅于H和L之间。

if(X(n)≥H(n))Y(n)＝H(n)；

else if(X(n)≤L(n))Y(n)＝L(n)；

else Y(n)＝X(n)

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    Y	float	00	限幅器输出
输入    X	float	0.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数

 

输入    H	float	0.0	上限变量，以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				输入    L	float	0.0	下限变量，以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数

3、T—切换器

按输入开关量值选择二个模拟量之一为输出，存放在OUT中。

如果Z(n)＝＝TRUE，则OUT(n)＝Y(n)；如果Z(n)＝＝FAULT，则，Y(n)＝N(n)。

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    OUT	float	0.0	无扰切换输出
输入    Y，N	float	0.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				输入    Z	bool	F	选择开关，以BI方式表示的指针，或是立即布尔数

4、A-B--输入减法器

对二个浮点变量加或减，输出一个浮点变量。

输出Y(n)＝k1*A(n)-k2*B(n)+C

标记说明：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    Y	float	0.0	加法输出
输入    A，B	float	0.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				参数    k1，k2	float	1.0	输入A，B的增益
参数    C	float	0.0	ADD的偏置

5、×--乘法器

对2个浮点变量乘，输出一个浮点变量。

输出Y(n)＝(k1*X1(n)+C1)*(k2*X2(n)+C2)

标记说明：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    Y	float	0.0	乘法输出
输入    X1，X2	float	1.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				参数    k1，k2	float	1.0	输入X1，X2的增益
参数    C1，C2	float	0.0	输入X1，X2的偏置

6、A/B--除法器

标记说明：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    Y	float	0.0	除法输出
输入    A，B	float	1.0，1.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				参数    k1，k2	float	1.0	输入A，B的增益
参数    C1，C2	float	0.0	A和B的偏置

本功能块对2个浮点变量除，输出一个浮点变量。

if((k2*B(n)+C2)＝＝0){Y(n)＝Y(n-1)，并且置位OFW和Q；}

elseY(n)＝(k1*A(n)+C1)/(k2*B(n)+C2)；

Y(n)被限幅在有效数值之间，如果越限，就置位本功能模块的数值溢出状态位。

其它情况下，本功能块按属性中参数所定义品质传递方式传递前续功能块的状态。

7、HLLM—高低限报警器

对输入高低限检查，置位相应的开关指示位。

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    D	bool	F	报警指示
输出    D1	bool	F	越高限报警指示
				输出    D2	bool	F	越低限报警指示
输入    X	float	0.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				输入    H	float	0.0	上限变量，以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
输入    L	float	0.0	下限变量，以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数

8、LLM—高低限报警

对输入低限检查，置位相应的开关指示位。

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    D	bool	F	报警指示
输出    D1	bool	F	越高限报警指示
				输入    X	float	0.0	以BI方式表示的指针，或是立即浮点数
输入    L	float	0.0	下限变量，以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数

9、ABS—绝对值

对输入浮点变量取绝对值，输出一个浮点变量。

Y(n)＝|k*X(n)+C|

标记说明：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    Y	float	0.0	绝对值计算输出
输入    X	float	0.0	以B.I方式表示的指针，或是立即浮点数
				参数    k，C	float	1.0，0.0	输入X的增益和偏置

10、脉冲电路

其特性描述为：只要Set信号从0变到1且复位信号不出现，D输出即保持宽度为DT的脉冲信号；若计时期间Rst信号的上升沿到，D输出立即复位，直到下一个Set信号的上升沿。

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    dT	float	0.0	从Set开始，内部计时，单位：秒，最大为DT
输出    D	bool	F	输出，结束指示开关
				输入    Set	bool	F	以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数
输入    Rst	bool	F	以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数
				输入    DT	float	1.0	计时时间，单位：秒

11、TD-ON—延时通电路

其特性描述为：当Set信号从0变到1时，经过计时时间DT后，输出信号D上升为高电平并跟随Set信号的复位变为0。Set信号的宽度小于DT时，输出D保持为0。当Rst复位信号的上升沿到达时，输出D立即复位。

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    dT	float	0.0	从Set开始，内部计时，单位：秒，最大为DT
输出    D	bool	F	输出，结束指示开关
				输入    Set	bool	F	以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数
输入    Rst	bool	F	以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数

 

输入    DT

float

1.0

计时时间，单位：秒

12、TD-OFF—延时断电路

其特性描述为：当Set信号从0变到1时，输出D跟随到1，在输出D未被复位前，则在最后一个Set信号的下降沿延时DT后，输出D才被复位。Rst复位信号的上升沿一到，输出D立即复位。

标记描述：

 

标记名	数据类型	缺省值	描述
				输出    dT	float	0.0	从Set开始，内部计时，单位：秒，最大为DT
输出    D	bool	F	输出，结束指示开关
				输入    Set	bool	F	以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数
输入    Rst	bool	F	以B.I方式表示的指针，或是立即布尔数
				输入    DT	float	1.0	计时时间，单位：秒

图4为改进后的微分前馈输入、输出的信号波形图。图中，1—表示燃料前馈输出信号，2—表示燃料前馈微分输出信号，3—表示汽温前馈输出信号，4—表示前馈跟踪输出信号。

图5为采用新型微分前馈方法后机组以3％ECR/min速率升负荷过程的再热汽温调节过程记录曲线图。图中，1—表示负荷设定，2—表示总燃料量，3—表示再热汽温设定，4—表示左侧再热汽温，5—表示右侧再热汽温，6—表示右侧调门开度，7—表示左侧调门开度，8—表示左侧喷水后汽温。

下面结合广州珠江电厂1号机组在实际应用中的情况作进一步描述：

广州珠江电厂1号机组(以下简称1号机组)为300MW机组，三大主机均为哈尔滨三大动力厂提供，其中锅炉的型号是HG—1021/18.2型亚临界、中间再热、自然循环的燃煤汽包锅炉。锅炉蒸汽温度调节系统包括有一级喷水减温调节、二级喷水减温调节、左侧再热汽温喷水调节、右侧再热汽温喷水调节和燃烧器摆角调节系统。

为提高机组控制系统的调节性能，使机组更好地满足电网AGC(Automatic Generation Control，自动发电控制)调度的要求，于2006年1号机组大修后，电厂和试验单位共同对1号机组MCS逻辑进行了修改、完善，机组启动后，进行了MCS系统的优化调整，较快解决了机组升降负荷时平均负荷率低和主汽压力波动大的问题，但升降负荷过程中再热汽温波动大问题虽经多次调整试验仍未达到良好的效果，最后发明者设计并投入了一种动静态分开作用的汽温前馈回路，汽温控制问题得到了较好的解决。

采用燃料动态前馈回路和进行合适的参数设置后后，1号机组在负荷设定速率为2％ECR/min时升降15％ECR负荷时的实际负荷率达到了1.7ECR/min--1.9ECR/min；在负荷设定速率为3％ECR/min时升降15％ECR负荷时的实际负荷率达到了2.4％ECR/min—2.8％ECR/min，满足了机组AGC投运的要求。但原采用PID串级调节加燃料量微分前馈的锅炉再热汽温调节系统经反复试验，仍存在图2所示的问题：机组升负荷过程中，被调汽温可以控制在允许范围内，但升负荷结束约10分钟后，存在一波比升负荷过程更大的升温过程；同样机组降负荷过程中，被调汽温可以控制在允许范围内，但降负荷结束约10分钟后，存在一波比降负荷过程更低的降温过程。经反复分析，确定其原因是由于微分前馈引起，如图2所示：机组在升负荷过程(曲线1)开始时，燃料量的微分作用使阀门(曲线5I段)增加了有效的开度，有效地将被调汽温(曲线4a段)控制在设定值(曲线3)附近；但升负荷结束后，负荷设定和燃料量达到了新的稳定值，汽温也已控制在设定值附近，微分作用消失，使调门开度迅速降低(曲线5II段)，对汽温调节本身来说，这时的微分作用是一种额外的扰动，这个额外的扰动，必定打破汽温调节系统的平衡，使汽温出现波动，而升负荷结束后，由于燃料量已增加，减温水调门开度再重新回到升负荷前的值，必然使被调汽温超温(曲线4b段)。同理，在机组降负荷过程结束后，被调汽温会出现一波低温过程。因此，在机组升降负荷过程中，微分前馈作用是期望的，升降负荷结束后，其燃料量的微分作用是不需要的，或者不需要有升降负荷过程中那么强的微分作用。

本发明投入使用后，有效地解决了机组以较高负荷率(6MW/min、9MW/min)升(降)负荷时机组的一次超温和二次超温问题，成功地解除了机组长期投运AGC运行的后顾之忧。其后此控制策略相继在珠江电厂2、3、4号机组全面推广。图8是1号机组于2008年3月24日下午18:12分进行的一次以9MW/min负荷率、负荷目标由235MW至265MW的升负荷过程左右侧再热汽温调节过程记录曲线。升负荷开始阶段，右侧再热汽温喷水调节门开度由17.4％迅速开至91.1％，左侧调门开度由1.7％迅速开至43.5％，有效地抑制了升负荷时总燃料量的快速上升对汽温的影响；负荷设定到位后虽然燃料前馈回落速率较快，但右侧再热汽温喷水调节门开度仅由64.5％降至53.4％，左侧调门开度由43.5％降至25.4％，避免了完全微分作用使喷水调门的大幅关闭从而引起再热汽温的二次超温现象。整个升负荷过程中，左侧再热汽温的变化范围是526.3—534.9℃，与设定值的最大偏差为4.7℃，右侧再热汽温的变化范围是526.2—531.9℃，与设定值的最大偏差为4.8℃，两侧再热汽温的动态偏差大大优于《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程(DL/T774-2004)》规定的合格标准和优良标准(6MW/min速率的再热汽温动态偏差合格标准为不超过±12℃，优良标准为不超过±10℃；9MW/min速率暂无规定)。

Claims (3)

1.大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法，其特征是：

1）在机组的DCS组态中，增设一个具有微分分离作用的前馈控制回路，该前馈控制回路由微分模块（1）、状态判断及置位模块（2）、复位模块（3）和复位保持及跟踪模块（4）连接而成；微分模块（1）对燃料量前馈指令作微分运算，并对微分输出信号进行高、低限限制；微分模块（1）对燃料量前馈指令作微分运算后输出到复位模块（3）的一个输入端，所述高、低限限制后的微分运算信号输出到复位模块（3）的另一个输入端；状态判断及置位模块（2）的两个输入端分别输入负荷设定信号和负荷速率设定信号，信号输出端连接复位保持及跟踪模块（4）的置位信号输入端；复位模块（3）包括复位判断电路和复位控制电路，其信号输出端连接复位保持及跟踪模块（4）的复位信号输入端；复位保持及跟踪模块（4）的信号输出端外接汽温调节系统的控制输入端；

2）然后分别将前馈输出和前馈跟踪脉冲作用分别引用到各过热汽温和再热汽温控制回路中，各个汽温控制回路中的前馈作用量根据机组的运行工况进行加权调整；

3）在机组升负荷过程中额外增加部分燃料量，在机组减负荷过程中额外减少部分燃料量；在升负荷过程中，汽温前馈输出等于燃料前馈量的微分器输出，负荷设定到位后，燃料前馈回落，燃料前馈的微分输出也回落，而汽温前馈输出回落一段后被保持，直到燃料前馈的微分输出恢复到0附近，前馈输出复位，负荷设定到位后形成对汽温前馈输出作用的有效控制。

2.如权利要求1所述的大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法，其特征是：

1）对燃料量前馈指令作微分运算，并对微分输出信号进行高、低限限制；动态时快速准确反映燃料量的变化过程从而避免采用燃料量信号时由于燃料控制回路不稳定造成对汽温调节的额外干扰；

2）进行负荷设定到位后的状态判断，即对负荷设定的变化率绝对值进行监视，当负荷设定到位后，负荷设定的变化速率回落，在其回落初期，如其值刚好由80%以上回落到40%以下即发出信号将RS触发器置位，使汽温前馈输出信号保持；

3）前馈信号输出保持后，将燃料前馈的微分作用大幅衰减至保持量的5%以下、或者在燃料前馈的微分作用输出小于1.5℃的时间持续300秒时，发出信号将RS触发器复位；

4）在前馈保持复位的同时，向汽温调节系统发出跟踪脉冲信号，使汽温前馈作用由保持状态到释放状态时系统无扰动。

3.大负荷变化速率的锅炉汽温控制方法的专用装置，其特征是：为具有微分分离作用的前馈控制回路，其中，

1）微分模块（1）包括前馈微分电路（11）和高低限幅电路（12），前馈微分电路（11）的输出端通过高低限幅电路（12）连接复位模块（3）的输入端；前馈微分电路（11）的输入端外接燃料前馈指令输出端；

2）状态判断及置位模块（2）包括负荷微分电路（21）、负荷绝对值电路（22）、速率乘法器之一、速率乘法器之二、速率报警器（23）、延时断电路之一和与门电路（24）；速率乘法器之一、速率乘法器之二各有一个输入端外接负荷速率设定输出端，在速率乘法器之一、速率乘法器之二的另一输入端分别连接一个系数输入端，负荷绝对值电路（22）、速率乘法器之一和速率乘法器之二的输出端分别连接速率报警器（23）的一个输入端，负荷微分电路（21）的输入端外接负荷设定输出端，负荷微分电路（21）的输出端连接负荷绝对值电路（22）的输入端，延时断电路之一的两个输入端分别连接十倍系数、速率报警器（23）的输出端，延时断电路之一的输出端、速率报警器的输出端分别连接与门电路（24）的一个输入端；

3）复位模块（3）包括前馈绝对值电路（31）、低限报警器（32）、延时通电路（33）、或门（34）、前馈乘法器之一、前馈乘法器之二、减法器（35）、前馈报警器（36）、前馈脉冲电路（37）和切换电路（38）；前馈绝对值电路（31）的输入端连接前馈微分电路（11）的输出端，前馈绝对值电路（31）的输出端依次通过低限报警器（32）、延时通电路（33）连接或门（34）的一个输入端，减法器（35）的二个输入端分别连接高低限幅电路（12）输出端、切换电路（38）输出端，减法器（35）的输出端依次通过前馈报警器（36）、前馈脉冲电路（37）连接或门（34）的一个输入端，前馈乘法器之一、前馈乘法器之二的输入端分别连接切换电路（38）的输出端和分别连接一个系数输出端，前馈乘法器之一、前馈乘法器之二的输出端分别连接前馈报警器（36）的输入端，延时通电路（33）的一个输入端连接延时时间，低限报警器（32）的一个输入端连接限制温度；

4）复位保持及跟踪模块（4）由RS触发器（41）、延时断电路之二和跟踪脉冲电路（42）连接而成，RS触发器（41）的R、S输入端分别连接与门电路（24）的输出端、或门（34）的输出端，RS触发器（41）的输出端分别连接延时断电路之二和跟踪脉冲电路（42）的输入端。

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