CN102109172A

CN102109172A - 超临界及超超临界机组燃水比控制方法

Info

Publication number: CN102109172A
Application number: CN2009102648696A
Authority: CN
Inventors: 陈雨亭; 吕剑虹; 丁建良; 高绥强; 蔡奇新
Original assignee: Southeast University; Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Southeast University; State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明公开了一种超临界及超超临界机组燃水比控制方法，提出了一种燃料量与给水流量同时参与中间点温度校正的新型燃水比控制方法，该方法定义了燃水比分配系数，根据中间点温度差和温度差的偏差变化率，相应调整燃水比分配系数大小，确定燃料量和给水量的指令值，使得整个燃水比调节系统的控制总增益不变，系统稳定性不受影响。同时还进一步在控制逻辑中增加了给水侧校正量至燃料侧的解耦回路，可以较大的消除给水流量调节燃水比所带来对机组负荷、汽压的扰动。通过实际系统应用，表明采用该控制方法的超(超)临界机组可以更有效的调整机组运行中的燃水比率，在快速变负荷速率的同时具有更平稳的主汽温度、主汽压力变化。

Description

超临界及超超临界机组燃水比控制方法

技术领域

本发明涉及一种针对超(超)临界机组协调控制系统中燃水比控制的改进方法，属于热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

超(超)临界机组的燃水比控制是机组DCS(分散控制系统)中机、炉协调控制的重要环节，该部分的控制性能直接影响机组主汽温度、主汽压力的稳定性以及变负荷能力。目前国内外超(超)临界机组在燃水比控制上普遍采用中间点温度(通常选取锅炉汽水分离器出口温度)偏差来校正机组燃料量指令或给水流量指令，达到重新匹配燃水比率，稳定主汽温度的目的，传统的燃水比控制主要有以下两种方案：

方案一：中间点温度校正至燃料量的燃水比控制策略

此方案下的燃料量指令和给水指令分别取为：

FUD＝F1(BMD)+PID(TSP_set-TSP)

FWD＝LAG(LAG(F2(BMD)))

方案二：中间点温度校正至给水流量的燃水比控制策略

此方案下的燃料量指令和给水指令分别取为：

FUD＝F1(BMD)

FWD＝LAG(LAG(F2(BMD)))+PID(TSP-TSP_set)

式中：PID(e)是以e为入口偏差的PID调节器；LAG(x)为一阶惯性环节；F1(x)为锅炉指令——燃料量函数；F2(x)为锅炉指令——给水流量函数；BMD为锅炉指令；FUD为燃料量指令；FWD为给水流量指令；TSP为中间点温度；TSP_set为中间点温度设定值。

两方案中FWD和FUD的静态值均根据BMD的函数确定，由于汽温对给水流量的响应要明显快于对燃料侧的响应，因此BMD→FWD的过程要比BMD→FUD增加两阶惯性环节，以保证升、降负荷的动态过程中汽温不变。FWD和FUD的校正值则由中间点温度的偏差经PID调节器运算后得出，方案一中温差调节器校正至FUD，而方案二中温差调节器校正至FWD。

根据已投运的多台超(超)临界机组的实际运行情况分析：采用方案一的机组，由于锅炉主汽温度、压力对于燃料量的响应是一个大滞后的过程，在机组快速变负荷以及启、停磨煤机等扰动下，主汽汽温容易偏离设定值较多且稳定时间很长，通常在以2％Pe/min速率变负荷时，主汽温度的波动幅度会达到10℃～15℃。而采用方案二的机组，给水流量虽然调节汽温较快，由于对于机组负荷、压力也同样影响较大，当中间点温度出现偏差时，给水侧的校正作用经常会与协调控制发生耦合，影响机组稳定性。因此采用方案二的机组其协调控制系统通常只能设计为锅炉调节负荷、汽机调节主汽压力的TF(汽机跟随)方式，由于锅炉的大惯性，这类机组的变负荷率很难达到1％Pe/min，且负荷响应延迟通常在90s以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是充分利用燃料量或给水流量调节燃水比各自的优点，设计一种新型的燃水比控制方法，使得机组能够在达到快速负荷响应的同时主汽温度、主汽压力的波动幅度均在合理范围内。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超临界及超超临界机组燃水比控制方法，其特征在于燃料量与给水流量同时参与中间点温度校正，在中间点温度发生偏移时通过解耦方法同时改变燃料量和给水流量来匹配燃水比率，所述中间点温度为汽水分离器出口温度，具体步骤包括：

1)：首先定义燃水比控制分配系数λ_w为：

λ_W＝Kw*(|ΔT|-dbw)*F(LED(ΔT)*ΔT)

式中：F()为函数模块；LED(ΔT)为温度差的偏差变化率；dbw为给水侧校正阈值；Kw为给水侧校正增益；ΔT为中间点温度差值，为设定值-测量值；

2)定义燃料量指令和给水指令分别为：

FUD＝F1(BMD)+PID1(ΔT*(1-λ_w))+LED(LED(PID2(-ΔT*λ_w)))

FWD＝LAG(LAG(F2(BMD)))+PID2(-ΔT*λ_w)

式中：FUD为燃料量指令；FWD为给水流量指令；PID(e)是以e为入口偏差的PID调节器；LAG(x)为一阶惯性环节；LED(x)为实际微分环节；F1(x)为锅炉指令——燃料量函数；F2(x)为锅炉指令——给水流量函数；BMD为锅炉指令；ΔT为中间点温度差值(设定值-测量值)；λ_w为燃水比控制分配系数。

中间点温度的偏差经PID调节器运算后同时校正到给水和燃料两侧，而两侧的作用强度由为燃水比控制分配系数λ_w决定。λ_w是一个数值在0～1之间的系数，λ_w表示给水侧的校正强度，1-λ_w则表示燃料侧的校正强度。这样无论燃料和给水两侧如何进行校正，整个燃水比调节系统的控制总增益不变，系统稳定性不受影响。

采用燃料量调节燃水比方案的优点是与协调控制系统的耦合程度轻，缺点是调节响应慢，易出现温差过大；而采用给水流量调节燃水比方案的优点是调节响应快不易超温，但与协调控制系统的耦合严重，影响机组变负荷速率。

因此燃水比控制分配系数λ_w的确定遵循如下原则：

a.当中间点温度偏差不大时，说明燃水比失配并不严重，此时单纯校正燃料侧燃料量来调节燃水比，减小对协调控制系统的扰动；

b.当中间点温度偏差大于某一阈值时，即ΔT＞dbw时，给水侧校正回路开始投入，弥补燃料侧调节响应慢的缺点，控制汽温偏差在合理范围内；

c.当中间点温度差时，λ_w为始终为1，燃水比

校正作用完全由给水侧完成；

在考虑中间点温度偏差的同时，还参考偏差的变化趋势：

d.若温度差和温度差的偏差变化率的乘积LED(ΔT)*ΔT为正，说明温度差有逐步扩大的趋势，则给水侧校正回路提前投入，相应增加λ_w；

e.若温度差和温度差的偏差变化率的乘积LED(ΔT)*ΔT为负，说明温度差有逐步收敛的趋势，相应减少λ_w，削弱给水侧校正强度，防止过调。

前述的超临界及超超临界机组燃水比控制方法，其特征在于：在控制逻辑中增加给水侧校正量至燃料侧的解耦回路，具体方法是：若某一运行工况下，中间点温度较大幅度的升高，则给水侧的PID调节器的输出经过两阶实际微分环节后减到燃料量指令上，这两阶实际微分环节相当于BMD→FWD的过程比BMD→FUD多出的两阶惯性环节的逆运算。实际应用表明，采用该解耦策略可以较大的消除给水流量调节燃水比所带来对机组负荷、汽压的扰动。

本发明所达到的有益效果：本发明提出了一种燃料量与给水流量同时参与中间点温度校正的超(超)临界机组新型燃水比控制方法，该方法运用合理协调机制以及解耦策略，充分利用燃料量或给水流量调节燃水比各自的优点，使得整个燃水比调节系统的控制总增益不变，系统稳定性不受影响，较大的消除给水流量调节燃水比所带来对机组负荷、汽压的扰动。通过实际系统应用，表明采用该控制方法的超(超)临界机组可以更有效的调整机组运行中的燃水比率，在快速变负荷速率的同时具有更平稳的主汽温度、主汽压力变化。与传统控制方案相比，机组变负荷速率可提升0.5～1.0Pe/min，变负荷过程中主汽温度、主汽压力的波动范围可分别减小3～5℃、0.2～0.3MPa。。

附图说明

图1是现有的中间点温差校正至燃料量的燃水比控制方案结构框图；

图2是现有的中间点温差校正至给水流量的燃水比控制方案结构框图；

图3是本发明燃水比控制方案结构框图。

图中：PID-PID调节器；F(x)--函数模块；LAG-惯性模块；X-乘法模块；LED-微分模块；LIM-上下限值块；ABS-绝对值模块。

具体实施方式

某电厂二台660MW超临界机组采用本专利的控制方案，具体的参数设置为：

给水侧温度调节器PID1：

燃料侧温度调节器PID2：

BMD→FWD的两阶惯性环节：

给水侧的PID调节器至燃料指令解耦回路中的两阶实际微分环节：

给水侧校正阀值dbw：4.0；

给水侧校正增益Kw：0.2；

计算中间点温差变化率的实际微分环节：

BMD→FUD的函数F1(x)：

BMD	0	240	320	400	460	540	600	660	750
										F1(x)	0	96.48	128.64	160.8	185.84	219.24	244.2	269.28	306

BMD→FWD的函数F2(x)：

BMD	0	240	320	400	460	540	600	660	750
										F2(x)	614.4	614.4	839	1072	1248.7	1484	1662	1840.8	2100

计算λ_W系数的F3(x)：

LED(ΔT)*ΔT	-1	-0.2	0.2	1
					F3(x)	0.8	1	1	1.3

该机组原燃水比控制方法采用附图1的方案一，采用本发明所设计的新型燃水比方案进行优化后，按照国家标准进行的15％Pe幅度、2.0Pe/min速率的变负荷试验的对比数据如下表所示：

项目	原燃水比方案试验数据	本发明燃水比方案试验数据	国家标准合格/优良
				实际变负荷速率(Pe％/min)	1.4	1.9	1.5/1.5
主汽温度最大偏差(℃)	11.2	5.5	10.0/8.0
				中间点温度最大偏差(℃)	9.5	6.2	N/A
主汽压力最大偏差(MPa)	0.62	0.38	0.6/0.5

可看出采用本发明所设计的新型燃水比方案的机组变负荷和性能比传统方案有了很大提高，均达到国标中的优良标准。

以上仅以最佳实施例对本发明做进一步的说明，然其并非对本发明的限定，本发明的保护范围以表示在权利要求的内容为准。

Claims

1.一种超临界及超超临界机组燃水比控制方法，其特征在于：燃料量与给水流量同时参与中间点温度校正，所述中间点温度为汽水分离器出口温度，具体步骤包括：

1)：定义燃水比控制分配系数λ_w为：

λ_W＝Kw*(|ΔT|-dbw)*F(LED(ΔT)*ΔT) (1)

2)定义燃料量指令和给水指令分别为：

FUD＝F1(BMD)+PID1(ΔT*(1-λ_w))+LED(LED(PID2(-ΔT*λ_w))) (2)

FWD＝LAG(LAG(F2(BMD)))+PID2(-ΔT*λ_w) (3)

式中：FUD为燃料量指令；FWD为给水流量指令；PID(e)是以e为入口偏差的PID调节器；LAG(x)为一阶惯性环节；LED(x)为实际微分环节；F1(x)为锅炉指令——燃料量函数；F2(x)为锅炉指令——给水流量函数；BMD为锅炉指令；ΔT为中间点温度差值，为设定值减去测量值；λ_w为燃水比控制分配系数；

3)燃水比控制分配系数λ_w的确定遵循如下原则：

b.当中间点温度偏差大于某一阈值时，即ΔT＞dbw时，给水侧校正回路开始投入，控制汽温偏差在合理范围内；

c.当中间点温度差

ΔT &GreaterEqual; dbw + \frac{1}{Kw * F (LED (ΔT) * ΔT)}

时，λ_w为始终为1，燃水比校正作用完全由给水侧完成；

2.根据权利要求1所述的超临界及超超临界机组燃水比控制方法，其特征在于：在控制逻辑中增加给水侧校正量至燃料侧的解耦回路，所述给水侧的PID调节器的输出经过两阶实际微分环节后减到燃料量指令上，从而减小给水流量调节燃水比所带来对机组负荷、汽压的扰动影响。