CN101609312B - 采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法，具体步骤是：首先根据机组负荷指令，确定在设计工况下汽轮机的节流系数及最小压力，确定主蒸汽压力设定值；根据主蒸汽压力响应特性，确定动态补偿环节的参数；分别计算在设计工况和实际运行工况下的机组汽耗率，并求得汽耗率修正系数，对机组负荷指令进行在线修正；用修正后的负荷指令除以汽轮机的节流系数，再经动态补偿环节的运算，进行最小压力限制后，得到当前运行工况下，机组最佳主蒸汽压力设定值。将该最佳主蒸汽压力设定值应用到单元机组的协调控制系统中，实现机组的进汽压力与进汽流量维持最佳配合关系，减少了汽轮机的节流损失，保证机组具有最佳的热经济性。

Description

采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法
技术领域
本发明涉及一种自动控制方法，特别涉及一种大型发电机组的自动优化控制方法。
背景技术
目前，我国发电设备装机容量中的75％以上为火力发电。据统计，火力发电用原煤基本占煤炭消费总量的一半，是名副其实的耗煤大户。随着经济的发展和人们消费水平的提高，生活用电的比重加大，电网负荷高峰低谷越来越严重，电网负荷只有在夏季能带满负荷运行外，一年中有3/4到1/2时间处于70％左右负荷运行，所以提高机组在低负荷运行的稳定性和经济性是一个亟待解决的问题，对于适应电网调峰节能降耗的需求，提高电厂竞价上网的竞争能力都十分重要。对于现已投运的确定参数、固定容量的火电机组，影响其经济性的因素很多，但其中只有机组的运行方式可以人为地进行调整。因此，在线实时优化机组的运行方式，以减小机组运行的节流损失，提高机组的循环效率，缩短变负荷工况的动态过程调整时间是提高机组经济性的重要手段。
综合考虑发电机组的经济性、稳定性和安全性等方面的性能指标，大型发电机组采用定-滑-定或定-滑综合滑压运行方式更为合适。对配置四个调节阀的汽轮机组，根据大量试验表明，二阀起滑机组的经济性最好。通常在负荷小于90％THA时，有二个阀开启，第三和第四个阀关闭，滑压运行时开启的二个阀均处于全开状态，因此节流损失最小。在90％～100％负荷之间，第三个阀门顺序开大或关小，只要第三个阀处于非全开状态存在节流损失。在100％THA工况下，第三个阀门也基本处于全开位置，节流损失最小。当负荷大于100％THA时，有三个阀全开，第四个阀顺序开大或关小，只要第四个阀处于非全开状态就会存在节流损失。
综合滑压运行曲线通常根据机组的负荷指令确定，即根据机组在设计工况下，机组的进汽量与进汽压力正好匹配来确定。这样就可以保证汽轮机调节阀的节流损失最小，使机组具有最好的经济性。但是，由于机组运行过程中，运行参数常常偏离设定工况，如蒸汽温度变化、汽轮机背压变化，特别是目前广泛投运的空冷机组和热电联产机组，背压受季节、环境温度、风力、风向、湿度和供热负荷大小等因素的影响变化较大，在相同的发电功率下，机组的汽耗率变化较大，这就会造成机组的进汽量与主汽压力不匹配的现象发生，使得汽轮机的第三个调节阀门或者第四个调节阀门经常处于非全开状态，增加了机组滑压运行工况时的节流损失，从而降低了机组的经济性。
发明内容
本发明目的在于提供一种解决上述问题的机组运行优化控制方法。当机组偏离设计工况时，根据机组的汽耗率的变化情况，及时调整进汽压力，使得机组的进汽量与进汽压力维持最佳配合关系，最大限度地减少节流损失，保证机组具有最佳的经济性。该优化方法适用于机组在滑压运行工况下使用。
根据本发明，提供了一种在机组滑压工况下，采用机组汽耗率的变化，实时调整主蒸汽压力设定值曲线的在线优化方法。通常在机组协调控制系统中，机组的滑压运行曲线是根据机组的负荷指令形成的，而机组的经济性指标是以机组的进汽量和进汽压力匹配为基础的。当机组的汽耗率发生变化时，根据机组的汽耗率修正机组的滑压比例，以便保证机组的进汽量与机组的进汽压力相匹配，保证高压调汽门运行在最佳的工作点，这样就可以使机组在滑压运行方式下，始终保持最小的节流损失，保证最高的循环效率。
具体做法是：首先根据发电机组的负荷指令N0，汽轮机在设计工况下主蒸汽压力的最大值Pmax和最小值Pmin，以及汽轮机的节流系数10％，得到主蒸汽压力设定值P0随发电机组负荷指令N0变化的关系曲线如图1所示；根据发电设备厂家提供的资料或者经过发电机组现场试验，得到发电机组从锅炉燃料量变化到生成相应的蒸汽量所需要的延迟过程和从生成蒸汽量到引起锅炉主蒸汽压力变化所需要的延迟过程；根据发电机组在设计工况下的汽耗率和在当前运行工况下实际测量的发电机组汽耗率，计算发电机组汽耗率修正系数，该汽耗率修正系数为实际运行工况的汽耗率与设计工况的汽耗率之比；用以上所得到的汽耗率修正系数乘以发电机组负荷指令，得到发电机组负荷指令的修正值，如图2所示；用发电机组负荷指令的修正值除以汽轮机的节流系数，再经过从锅炉燃料量变化到生成相应的蒸汽量所需要的延迟过程和从生成蒸汽量到引起锅炉主蒸汽压力变化所需要的延迟过程的动态特性补偿，得到发电机组的主蒸汽压力滑压设定值；然后，根据机组的最小压力Pmin和最大压力Pmax对上述发电机组的主蒸汽压力滑压设定值进行限制，即可得到当前运行工况下，采用汽耗率在线实时修正后的发电机组最佳主蒸汽压力设定值。最后，将该发电机组最佳主蒸汽压力设定值应用到单元机组的协调控制系统中，达到使汽轮机进汽压力根据汽轮机的实际汽耗率在线实时变化，使得机组的进汽压力与进汽量维持最佳配合关系，减少了汽轮机的节流损失，保证机组具有最佳的热经济性。
根据本发明，采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法，可以通过各种不同公司设计生产的DCS控制系统组态实现，该优化方法适合处于滑压运行方式时的各种不同容量和不同参数的发电机组使用。应用本发明的机组优化控制方案，均能在机组偏离设计工况下，通过在线实时优化主蒸汽压力设定值的方法，将机组的节流损失降到最低，达到提高机组经济性的目的。
本发明的创新点在于：
1、本发明“采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法”适用于各种容量、不同参数的机组，特别适应于空冷机组，针对发电机组的各种运行工况及各种原因引起的相关参数变化导致汽耗率变化的任何场合。
2、本发明“采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法”可以利用发电机组配备的计算机分散控制系统DCS进行组态，并融入到机组现有的机组协调控制系统来实现。
3、本发明“采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法”能够在机组运行参数偏离设计工况的各种场合下，确保机组在滑压运行过程中的节流损失最小，提高机组的经济性。同时，相应提高主蒸汽压力，这样有利于机组循环热效率的提高，进一步达到提高机组经济性的目的。
本发明的经济性在于：经过理论分析和现场试验结果验证得知：机组的汽耗率每增加1％，采用汽耗率在线修正发电机组滑压运行曲线的优化控制方法对机组进行优化，可提高主汽压力1％，即0.1667MPa，降低蒸汽焓值2Kj/Kg，机组的热耗降低6.67Kj/KWh，约降低煤耗0.3g/KWh。按照空冷机组在夏季时平均汽耗率通常增加5％左右估算，约降低煤耗1.5g/KWh，如对于一台600MW机组平均负荷按450MW计算，可用小时按8000h计算，每年夏季时约运行2000h，电煤价格按600元/t计算，每年可节约煤成本就可达到81万元。再加上降低机组的节流损失所带来的经济性，对于一台600MW机组本发明所产生的经济效益每年约在100万元以上。
附图说明
图1是按照机组设计工况确定的主蒸汽压力设定值曲线；图1中，N0为发电机组的负荷指令；N1～N2为发电机组处于滑压运行方式时的负荷变化范围；P0为主蒸汽压力设定值；Pmax和Pmin分别为主蒸汽压力的最大值和最小值；μT为汽轮机的调门开度；μT0为滑压运行方式时的汽轮机调门开度设定值。
图2是本发明“采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法”的实现过程流程图；
图3是根据本发明“采用汽耗率修正滑压运行曲线的发电机组优化控制方法”实际实施的DCS系统组态图。图3中：
Figure GSB00000296557400041
N0-发电机组负荷指令 NE-发电机组实发功率 D-汽轮机实际汽耗量
p0-主蒸汽压力设定值 pT-主蒸汽压力测量值
图4是当发电机组汽耗率量变化时，未采用本发明的优化控制方法，机组实际运行曲线。图4中各曲线的变化范围是：机组功率0-400MW；主蒸汽流量0-1500t/h；主蒸汽压力0-20MPa；汽轮机调门开度40％-100％；汽轮机背压0-50kPa。
图5是当发电机组汽耗率量变化时，应用了本发明优化方法控制下的机组实际运行曲线。图5中各曲线的变化范围是：机组功率0-400MW；主蒸汽流量0-1500t/h；主蒸汽压力9-12MPa；汽轮机调门开度50％-100％；汽轮机背压0-50kPa。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施过程作进一步的详细说明。
首先根据机组负荷指令N0和在设计工况下汽轮机的节流系数及最小压力，确定主蒸汽压力设定值。图1所示曲线即为设计工况下，节流系数为10％，最小压力为Pmin的主蒸汽压力设定值曲线；采用DCS控制系统组态时，如图3所示，通过函数模块M7实现汽轮机节流系数的设定；通过远方设定站REMSET模块M15设定汽轮机的最小压力设定值；通过大选模块M17形成发电机组的综合滑压运行曲线；
第二步，经过机组的实际压力动态响应特性试验，确定主蒸汽压力设定值动态补偿环节的时间常数和阶次；采用三个一阶惯性模块M9、M10、M11串联，近似表示根据压力响应特性试验得到的从锅炉指令变化到生成相应的蒸汽量所需要的延迟过程，这三个一阶惯性模块的时间常数随机组负荷大小不同而改变；采用一阶惯性模块M12近似表示从生成蒸汽到引起锅炉蓄热能量变化所需要的延迟时间；
第三步，根据汽轮机额定工况下的参数，计算机组在设计工况的汽耗率；通过模拟量设定模块M1确定额定工况下的主蒸汽流量值；通过模拟量设定模块M2确定额定工况下的机组实际功率值；经过除法模块M3运算后得到机组设计工况时的汽耗率；
第四步，在线实时测量进入汽轮机的主蒸汽流量值D和汽轮发电机组实发功率NE，经过除法模块M4运算后得到机组在当前实际运行工况时的汽耗率；
第五步，除法模块M4输出的是当前实际运行工况时的汽耗率，除法模块M3输出的是机组设计工况时的汽耗率，经过除法模块M5计算实际运行工况时的汽耗率和设计工况时的汽耗率之比，得到汽耗率修正系数的输出；
第六步，采用除法模块M5输出的汽耗率修正系数，通过乘法模块M6对机组负荷指令N0进行在线修正，以最终实现对主蒸汽压力设定值的在线实时修正；
第七步、采用汽耗率修正后的机组负荷指令，经过除法模块M8除以汽轮机的节流系数，经过动态补偿环节共四阶惯性延迟模块M9、M10、M11、M12的延迟运算后，再经大选模块M17与机组最小压力设定值进行大值选择运算后，即可得到适合于当前运行参数下的最佳主蒸汽压力设定值；
第八步、将以上得到的适合当前运行工况及参数下的机组最佳主蒸汽压力设定值，融入到单元机组的协调控制系统中，实现对机组控制性能的优化；
第九步、判断当前主蒸汽压力设定值是否为自动设定方式，如果是自动设定方式，再返回到第一步；如果不是，则调用主蒸汽压力跟踪子程序，然后结束本程序的执行。

Claims (3)

1.一种发电机组在线优化方法，包括如下步骤：
第一步，根据机组负荷指令N0和在设计工况下汽轮机的节流系数及最小压力，确定主蒸汽压力设定值；在设计工况下，节流系数为10％，最小压力为Pmin的主蒸汽压力设定值曲线；采用DCS控制系统组态时，通过函数模块M7实现汽轮机节流系数的设定；通过远方设定站REMSET模块M15设定汽轮机的最小压力设定值；通过大选模块M17形成发电机组的综合滑压运行曲线；
第二步，经过机组的实际压力动态响应特性试验，确定主蒸汽压力设定值动态补偿环节的时间常数和阶次；采用三个一阶惯性模块M9、M10、M11串联，近似表示根据压力响应特性试验得到的从锅炉指令变化到生成相应的蒸汽量所需要的延迟过程，这三个一阶惯性模块的时间常数随机组负荷大小不同而改变；采用一阶惯性模块M12近似表示从生成蒸汽到引起锅炉蓄热能量变化所需要的延迟时间；
第三步，根据汽轮机额定工况下的参数，计算机组在设计工况的汽耗率；通过模拟量设定模块M1确定额定工况下的主蒸汽流量值；通过模拟量设定模块M2确定额定工况下的机组实际功率值；经过除法模块M3运算后得到机组设计工况时的汽耗率；
第四步，在线实时测量进入汽轮机的主蒸汽流量值D和汽轮发电机组实发功率NE，经过除法模块M4运算后得到机组在当前实际运行工况时的汽耗率；
第五步，除法模块M4输出的是当前实际运行工况时的汽耗率，除法模块M3输出的是机组设计工况时的汽耗率，经过除法模块M5计算实际运行工况时的汽耗率和设计工况时的汽耗率之比，得到汽耗率修正系数的输出；
第六步，采用除法模块M5输出的汽耗率修正系数，通过乘法模块M6对机组负荷指令N0进行在线修正，以最终实现对主蒸汽压力设定值的在线实时修正；
第七步、采用汽耗率修正后的机组负荷指令，经过除法模块M8除以汽轮机的节流系数，经过动态补偿环节共四阶惯性延迟模块M9、M10、M11、M12的延迟运算后，再经大选模块M17与机组最小压力设定值进行大值选择运算后，即可得到适合于当前运行参数下的最佳主蒸汽压力设定值；
第八步、将以上得到的适合当前运行工况及参数下的机组最佳主蒸汽压力设定值，融入到单元机组的协调控制系统中，实现对机组控制性能的优化；
第九步、判断当前主蒸汽压力设定值是否为自动设定方式，如果是自动设定方式，再返回到第一步；如果不是，则调用主蒸汽压力跟踪，然后结束本方法的执行。
2.如权利要求1所述的一种发电机组在线优化方法，特别适应于空冷机组。
3.如权利要求1所述的一种发电机组在线优化方法，能够通过各种不同公司设计生产的DCS控制系统组态实现。
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