CN101614998A - 火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法 - Google Patents

Abstract

火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，涉及火力发电机组的机炉协调控制领域。现有的控制策略只能做到控制收敛，却克服不了初始响应迟延的影响，难以做到动态跟随，影响控制的准确性。本发明根据机组负荷指令、机组实发功率和主蒸汽压力采用直接指令平衡系统进行调节和校正，然后去控制汽机调门开度和锅炉总燃料量，直接指令平衡系统包括包括基于动态超前给煤的锅炉指令模型、分段线性的汽机指令模型和实现滑压段动态解耦的汽压设定值模型。采用前馈指令加闭环校正的方式，极大地消除了初始响应迟延的影响，达到较高的动态跟随精度，控制准确及时，调试整定方便。

Description

火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法

【技术领域】

本发明涉及火力发电机组的机炉协调控制领域，具体是一种火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法。

【背景技术】

火力发电机组的单机容量越来越大，电网调度对机组的自动控制要求越来越高，机组协调控制系统既要保证机组负荷的静态与动态偏差达到精度要求，又要兼顾热力参数稳定受控，而配置直吹式制粉系统的大容量锅炉的大惯性、大迟延特性一直阻碍着机组负荷动态响应精度的提高，现有的控制策略只能做到控制收敛，却克服不了初始响应迟延的影响，难以做到动态跟随，影响控制的准确性。

【发明内容】

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，通过采用前馈指令加闭环校正的方式，以消除初始响应延迟的影响，达到动态跟随。

为此，本发明采用以下技术方案：火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，其特征在于它根据机组负荷指令、机组实发功率和主蒸汽压力采用直接指令平衡系统进行调节和校正，然后去控制汽机调门开度和锅炉总燃料量，所述的直接指令平衡系统中，通过锅炉动态超前给煤前馈与汽机前馈共同完成机组负荷动态跟随与偏差修正的解耦，超前给煤前馈使实际燃料量指令跟随升负荷的热量需求，汽机前馈则使实际负荷跟随设定值，并用机、炉主控PID消除因不确定因素引起的负荷与汽压响应偏差；滑压控制段则根据降阶后的一阶惯性加纯迟延的汽压响应特性和各种工况预设的变压过程时间，拟合压力设定值的滑升曲线，同时将压力提升的动态热量需求叠加在锅炉前馈指令上，实现压力提升动态分量与过程偏差消除回路的控制解耦，并在时序上实现负荷与汽压响应的合理调度，本发明采用采用前馈指令加闭环校正的方式，将单元机组协调控制直接指令送至锅炉主控和汽机主控，功率与机前压力的PID回路作为调节过程的滞后校正。锅炉指令模型的煤种适应性由热值校正系统保证，在煤种变化过程中，热值校正回路与锅炉主控PID共同实现燃料量等效值的修正与回归，使机组负荷与锅炉指令的对应关系保持恒定。通过将机、炉主控的偏差调节从动态响应中解耦出来，可以保持PID调节特性在动态与静态工况下的恒定。

汽机前馈在动态过程中驱动汽机调门在小偏差下连续开启，保持机组负荷连续跟随，若仅靠PID的偏差调节将无法达到动态过程中较高的调节精度；锅炉的动态超前给煤指令则主要消除了锅炉与制粉系统特性所造成的锅炉吸热迟延，同时提供附加的动态分量供机组在滑压段提升主参数；负荷与汽压错时调度可以使系统在定压段与滑压段对负荷的调节特性基本一致。从而极大地消除了初始响应迟延的影响，动态跟随，控制准确及时，调试整定方便。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取如下技术措施：

所述的锅炉动态超前给煤前馈其指令包括：

1)分段线性对应于机组负荷指令的总燃料量基本前馈指令，由热值校正回路保持其准确性；

2)补偿制粉与燃烧迟延的动态超前给煤分量，根据对象特性确定；

3)负荷偏差的纯微分环节。

超前指令无法消除纯迟延，调门动作利用蓄热后，压力将略微偏离，负荷变化较慢，利用负荷偏差的微分，可动态弥补锅炉的蓄热损失。

所述的汽机前馈其指令为分段线性的汽机前馈指令，并根据在机前压力保持恒定时各个负荷段实际负荷对汽机调门阶跃响应的对象特性来确定。在滑压范围内，汽机调门稳态时的实际开度是基本相同的，但汽机前馈指令则在全负荷范围保持线性。汽机前馈指令使汽机协调利用锅炉热量，可提高负荷动态跟随性能。

所述的滑压控制段汽压控制时，在负荷指令变化后维持滑压设定值，直至超前给煤指令对蓄热的补充效果显现，实际压力出现同向响应后再释放；滑压设定值包括一阶惯性部分和纯迟延部分，纯迟延部分根据主汽压的响应情况通过逻辑回路取得，惯性环节部分则根据负荷、汽压分时调度的需要设定时间常数，并根据变负荷速率设置其值。

有益效果：本发明通过采用直接指令平衡协调控制方法，采用前馈指令加闭环校正的方式，极大地消除了初始响应迟延的影响，达到较高的动态跟随精度，控制准确及时，调试整定方便。

【附图说明】

图1为本发明的特征SAMA原理图。

图2为本发明动态超前给煤策略的锅炉前馈模型曲线图。

【具体实施方式】

特征SAMA原理图如图1所示的火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，根据机组负荷指令N_D、机组实发功率MW和主蒸汽压力P_T进行调节和校正，得到汽机调门开度指令T_D和锅炉总燃料量指令B_D，然后去控制汽机调门开度和锅炉总燃料量。其中，F₁(x)、F₂(x)、F₃(x)分别产生对应机组负荷指令的主蒸汽压力目标值、锅炉主控前馈基本值和汽机主控前馈值。F₁(x)产生的主蒸汽压力目标值经过汽压响应等待环节、速率限制环节与惯性迟延环节生成最终的主汽压控制设定值。汽机调门开度指令T_D由负荷、汽压的偏差调节回路9与汽机动态前馈回路10组成；锅炉总燃料量指令B_D则分别由滑压附加锅炉指令回路11、负荷偏差微分回路12、动态超前给煤回路13、锅炉基本前馈指令回路14、以及负荷、汽压偏差调节回路15五个部分相加组成。

其中负荷偏差微分回路b、动态超前给煤回路c、锅炉基本前馈指令回路d形成锅炉动态超前给煤指令。令锅炉吸热特性如下式所示：

$D_q\left(s\right)=[\frac{k_i}{T_{1}s+1}\×e^{-\mathrm{\τs}}\×\frac{1}{T_{2}s+1}]B\left(s\right)$

式中B为总燃料量指令，D_q为锅炉有效吸热量，k_i、T₁、T₂和τ为传递函数系数，通过试验求得。则动态超前给煤前馈指令与机组负荷指令的关系可用式(2)表示：

B(s)＝(1+T₃s)f(N)N(s)+K_DsΔN(s)

式中N为机组负荷指令，ΔN为负荷指令与实际负荷的偏差，T₃为动态超前给煤指令的微分系数，令T₃＝KT₃’，K为作用强度，T₃’为微分时间，f(N)为负荷与燃料量对应系数的分段线性函数，K_D为负荷偏差微分系数。在固定的负荷变化率下，燃料量指令B为线性函数，不考虑负荷偏差补偿环节，令N＝D_q， $f\left(N\right)=\frac{1}{k_i},$ i＝{1，2...n，n∈N}，对式(1)简化后，可得T₃≈T₁+T₂+τ；K值的整定与汽机指令的变化速率线性相关，即根据负荷变化率与汽机前馈指令的斜率确定；对于负荷偏差动态补偿，可令K_D＝τ/k_i，具体数值根据机组响应情况现场整定。

如图2所示，最终的动态超前给煤前馈指令由三部分组成，第一是分段线性对应于机组负荷指令的总燃料量基本前馈指令，由热值校正回路保持其准确性；第二是补偿制粉与燃烧迟延的动态超前给煤分量，根据对象特性确定；第三是负荷偏差的纯微分环节，补偿锅炉初始纯迟延阶段的蓄热不足。图中，曲线1为锅炉直接燃料量指令，曲线2为纯迟延后等效燃料量指令，曲线3为风量微分后入炉煤量，曲线4为直接指令的锅炉吸热量，曲线5为动态超前给煤指令，曲线6为动态超前给煤指令的锅炉吸热量，曲线7为负荷偏差微分补偿，曲线8为滑压段附加锅炉指令。

大容量锅炉较强的蓄热能力对负荷初始响应有利，可减小参数背离，但在滑压工况建立汽压时，则需要付出更大的努力。本策略采用的方法是负荷指令变化后维持滑压设定值，直至超前给煤指令对蓄热的补充效果得以显现，实际压力出现同向响应后再释放。滑压设定值采用一阶惯性加纯迟延的简化设置，纯迟延部分根据主汽压的响应情况通过逻辑回路加以判断，以避免初始条件不确定性的影响，对实际汽压响应过程具有自适应性；惯性环节部分则根据负荷、汽压分时调度的需要设定时间常数，不同的变负荷速率设置不同的值。

根据滑压设定值的特性参数，可计算出机组滑压所需的锅炉附加指令。由于对滑压设定值的纯迟延环节采用了自适应的逻辑判断，因此忽略机前压力对汽包或分离器压力的纯迟延可得：

$D_p\left(s\right)=C_{k}s{P}_T\left(s\right)=\frac{C_k}{T_4}(1-\frac{1}{T_{4}s+1})P_s\left(s\right)$

式中D_p为锅炉附加动态指令，P_T为主蒸汽压力，T₄为滑压设定值惯性时间常数，P_s为滑压目标值。滑压目标值是随着负荷设定值的变化相应同步变化的，因此纯滑压段的锅炉附加动态指令如图2的曲线8所示。

由上式可知，惯性时间常数越大，则附加锅炉指令作用幅值越小，对系统冲击越小，但时间也不宜过长，否则在范围较大的负荷连续变化中将无法建立参数，因此应在工程应用中合理整定。

在升降负荷过程中，因煤质突变、投撤油枪或切换磨煤机等非正常原因导致汽压偏离时，滑压设定值将自动闭锁，以配合实际汽压的偶然变化，阻止偏差进一步扩大。部分系统的PID控制器在单向闭锁时具有反向调节能力，且偏差越大作用越强，存在一定的自适应性，当负荷与汽压偏差越限时，通过适当长度与间隔的闭锁脉冲，利用PID的反调作用，可弥补其调节滞后，使偏差较快收敛。在动态变负荷过程中，对主汽压等缓变参量控制采取积分切除的控制措施。

Claims (4)

1、火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，其特征在于它根据机组负荷指令、机组实发功率和主蒸汽压力采用直接指令平衡系统进行调节和校正，然后去控制汽机调门开度和锅炉总燃料量，所述的直接指令平衡系统中，通过锅炉动态超前给煤前馈与汽机前馈共同完成机组负荷动态跟随与偏差修正的解耦，超前给煤前馈使实际燃料量指令跟随升负荷的热量需求，汽机前馈则使实际负荷跟随设定值，并用机、炉主控PID消除因不确定因素引起的负荷与汽压响应偏差；滑压控制段则根据降阶后的一阶惯性加纯迟延的汽压响应特性和各种工况预设的变压过程时间，拟合压力设定值的滑升曲线，同时将压力提升的动态热量需求叠加在锅炉前馈指令上，实现压力提升动态分量与过程偏差消除回路的控制解耦，并在时序上实现负荷与汽压响应的合理调度。

2、根据权利要求1所述的火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，其特征在于所述的锅炉动态超前给煤前馈其指令包括：

1)分段线性对应于机组负荷指令的总燃料量基本前馈指令，由热值校正回路保持其准确性；

2)补偿制粉与燃烧迟延的动态超前给煤分量，根据对象特性确定；

3)负荷偏差的纯微分环节。

3、根据权利要求1所述的火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，其特征在于所述的汽机前馈其指令为分段线性的汽机前馈指令，并根据在机前压力保持恒定时各个负荷段实际负荷对汽机调门阶跃响应的对象特性来确定。

4、根据权利要求1所述的火力发电机机炉直接指令平衡协调控制方法，其特征在于所述的滑压控制段汽压控制时，在负荷指令变化后维持滑压设定值，直至超前给煤指令对蓄热的补充效果显现，实际压力出现同向响应后再释放；滑压设定值包括一阶惯性部分和纯迟延部分，纯迟延部分根据主汽压的响应情况通过逻辑回路取得，惯性环节部分则根据负荷、汽压分时调度的需要设定时间常数，并根据变负荷速率设置其值。

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