CN102607055B - 一种防止变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，其特征在于:该方法采用四个变参数的惯性环节对由滑压函数所得到的主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，减小此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差，从而减小变负荷过程中锅炉给煤量的过量调节，防止主汽压力波动而影响整个机组的稳定性。本发明有效提高机组的运行稳定性。

Description

一种防止变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法

技术领域

本发明涉及一种防止变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，特别是一种采用四个惯性环节对主汽压力设定值进行惯性滤波和通过自动改变锅炉负荷调节器的积分时间，有效减小在机组变负荷起始时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差和减小在此时段内对汽压偏差的积分调节作用，从而防止变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的先进控制方法，属于热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

锅炉的负荷控制(亦称锅炉煤量指令的计算回路)决定着锅炉应加入的给煤量，是火电厂最关键的控制系统之一。传统的锅炉负荷控制方案中(如附图1所示)，锅炉的煤量指令为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{BM}={\mathrm{BM}}_{\mathrm{FF}}+{\mathrm{BM}}_{\mathrm{CL}}\\ {\mathrm{BM}}_{\mathrm{FF}}=F_2\left(N_0\right)+\mathrm{LED}\left(N_0\right)\\ {\mathrm{BM}}_{\mathrm{CL}}=\mathrm{PID}\left[k(P_0-P_T)\right]\end{array}\right.$

式中，BM、BM_FF及BM_CL分别为锅炉的煤量指令、前馈煤量指令和反馈煤量指令；N₀、P₀及P_T分别为机组的负荷指令、主汽压力的设定值及实际的主汽压力；F₂(g)为预先设定的锅炉煤量函数；k为可选取的比例系数；LED(g)是为实际微分模块；PID为比例积分微分调节器。主汽压力的设定值P₀为：

P₀＝F₁(N₀)+BP

式中，N₀为火电机组的负荷指令；F₁(g)为预先设定的滑压函数；BP为主汽压力定值的手动调整偏置。

锅炉煤量指令BM是由取决于机组负荷指令N₀的前馈煤量指令BM_FF和取决于主汽压力偏差(P₀-P_T)的反馈煤量指令BM_CL组成。主要存在的问题是在机组变负荷的起始时段内，主汽压力定值P₀会随着负荷指令N₀的变化而快速滑压变化，而实际的主汽压力P_T由于锅炉的大惯性难于马上跟着定值P₀的变化而变化，导致在机组变负荷的起始时段内存在较大的主汽压力偏差(P₀-P_T)，由于反馈煤量指令BM_CL只是根据压力偏差(P₀-P_T)来调整的，较大的主汽压力偏差会导致反馈煤量指令BM_CL也有较大的调整量。然而，导致主汽压力偏差(P₀-P_T)较大的原因并不是锅炉调整的煤量不够(事实上由于前馈煤量指令BM_FF的作用已使锅炉煤量有足够的调整量)，而是由于锅炉存在大惯性和大滞后造成的，等锅炉燃烧过了一定的滞后时间后，主汽压力P_T会快速跟上定值P₀的变化。显然，反馈煤量指令BM_CL在变负荷起始时段内的较大调整是不正确的，会导致锅炉给煤量的过量调节，从而引起主汽压力的反复波动而影响整个机组的稳定性。这是目前引起主汽压力波动的最主要原因之一，目前，还未见过针对这类主汽压力波动而改进锅炉负荷控制系统方案的报道。

发明内容

技术问题：针对锅炉负荷控制系统的现状，为了有效防止机组变负荷起始时段内锅炉给煤量的过量调节及对主汽压力的影响，本发明提出了一种防止变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种防止在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，该方法采用四个变参数的惯性环节对由滑压函数所得到的主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，减小此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差，从而减小变负荷过程中锅炉给煤量的过量调节，防止主汽压力波动而影响整个机组的稳定性；

该方法还包括通过变负荷自动切换回路来改变锅炉负荷调节器中的积分作用，在机组变负荷的起始时段内，减小锅炉负荷调节器中的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节。

优选的，采用四个变参数的惯性环节对由滑压函数所计算的主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，减小此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差，从而减小变负荷过程中锅炉给煤量的过量调节；

机组主汽压力设定值为：

P₀＝LAG(LAG(LAG(LAG(F₁(N₀)))))+BP

式中，N₀为火电机组的负荷指令；P₀为机组的主汽压力定值；BP为主汽压力定值的手动调整偏置；F₁(g)为预先设定的滑压函数，根据机组的负荷指令N₀来计算主汽压力设定值；LAG为变参数的惯性环节，其传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{v}s}$

式中，惯性时间T_v随机组负荷指令的变化而变化：

T_v＝F₃(N₀)；

式中，F₃(g)为预先设定的惯性时间函数，根据机组的负荷指令N₀计算出惯性时间，也即惯性时间会随着机组负荷指令的变化而变化。

优选的，通过变负荷自动切换回路来改变锅炉负荷调节器中的积分作用，在机组变负荷的起始时段内，减小锅炉负荷调节器中的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节；

锅炉的煤量指令BM由二部分组成：

BM＝BM_FF+BM_CL

式中，BM_FF为锅炉煤量指令中的前馈部分，它由机组的负荷指令N₀确定：

BM_FF＝F₂(N₀)+LED₁(N₀)

其中，F₂(g)为预先设定的锅炉煤量函数，F₂(N₀)是煤量前馈BM_FF中的静态部分，它确定了在不同的机组负荷指令N₀下，锅炉应该加的煤量；

LED₁(g)是为实现煤量超调而预先设定的微分模块，其传递函数为：LED₁(N₀)是煤量前馈BM_FF中的动态部分，它是根据机组负荷指令N₀的变化速率来确定锅炉给煤量的动态超调量；K_D1是微分增益；T_D1是微分时间；s是拉普拉斯算子；

式中，BM_CL为锅炉煤量指令中的反馈部分，它是根据主汽压力偏差(P₀-P_T)来计算：

BM_CL＝PID[k(P₀-P_T)]；

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k为可选取的比例系数；PID为比例积分微分调节器，其传递函数为：其中，K_p为比例系数；T_iv为可实时改变的积分时间；K_D为微分增益；T_D为微分时间。

优选的，积分时间T_iv采用如下自动切换方法来选择：

当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，且维持时间TN大于规定时间DT时，则T_iv在规定时间DT内选择较大的数值A1，减小积分作用；其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，但维持时间TN小于规定时间DT时，则T_iv在维持时间TN内选择较大的数值A1，减小积分作用；其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值小于规定值HL时，机组的负荷指令保持不变，则T_iv选择较小的数值A2，增加积分作用。

有益效果：本发明的有益效果是：由于采用四个变参数的惯性环节对主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，减小了此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差；另外，由于在机组变负荷的起始时段内，减小了锅炉负荷调节器中的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节，有效抑制机组主汽压力的波动。

附图说明

图1锅炉负荷控制的传统方法流程图。图中，k为比例模块；LED为实际微分模块；F(x)为十点折线函数；BP为偏置模块；PID为比例积分微分模块。

图2本发明的锅炉负荷控制流程图。图中，k为比例模块；LED为实际微分模块；F(x)为十点折线函数；BP为偏置模块；PID为比例积分微分模块；LAG为惯性模块；T为逻辑切换模块；H//L为高低限监视模块；PULS为脉冲发生器模块；RS为RS触发器模块；OR为逻辑或；NOT为逻辑非；TD为延时带电模块。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。

发明的一种防止变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，是通过以下的技术方案实现的：

机组主汽压力设定值为：

P₀＝LAG(LAG(LAG(LAG(F₁(N₀)))))+BP

式中，N₀为火电机组的负荷指令；P₀为机组的主汽压力定值；BP为主汽压力定值的手动调整偏置；F₁(g)为预先设定的滑压函数，可根据机组的负荷指令N₀来计算主汽压力设定值；LAG为变参数的惯性环节，其传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{v}s}$

式中，惯性时间T_v随机组负荷指令的变化而变化：

T_v＝F₃(N₀)

式中，F₃(g)为预先设定的惯性时间函数，根据机组的负荷指令N₀可计算出惯性时间，也即惯性时间会随着机组负荷的变化而变化。

由于对主汽压力定值P₀进行了四阶惯性环节的滤波，延缓了定值P₀在机组变负荷起始时段内的变化，有效减小了主汽压力定值与实际主汽压力的偏差，可减小变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的程度。

锅炉的煤量指令BM由二部分组成：

BM＝BM_FF+BM_CL

式中，BM_FF为锅炉煤量指令中的前馈部分，它由机组的负荷指令N₀确定：

BM_FF＝F₂(N₀)+LED₁(N₀)

其中，F₂(g)为预先设定的锅炉煤量函数，F₂(N₀)是煤量前馈BM_FF中的静态部分，它确定了在不同的机组负荷指令N₀下，锅炉应该加的煤量。LED₁(g)是为实现煤量超调而预先设定的微分模块，其传递函数为：LED₁(N₀)是煤量前馈BM_FF中的动态部分，它是根据机组负荷指令N₀的变化速率来确定锅炉给煤量的动态超调量。

BM_CL为锅炉煤量指令中的反馈部分，它是根据主汽压力偏差(P₀-P_T)来计算：

BM_CL＝PID[k(P₀-P_T)]

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k为可选取的比例系数；PID为比例积分微分调节器，其传递函数为：其中，K_p为比例系数；T_iv为可实时改变的积分时间；K_D为微分增益；T_D为微分时间。

积分时间T_iv采用如下自动切换方法来选择：

(1)当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，且维持时间TN大于规定时间DT时，则T_iv在规定时间DT内选择较大的数值A1，减小积分作用。其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

(2)当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，但维持时间TN小于规定时间DT时，则T_iv在维持时间TN内选择较大的数值A1，减小积分作用。其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

(3)当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值小于规定值HL时，机组的负荷指令基本保持不变，则T_iv选择较小的数值A2，增加积分作用。

由于在机组变负荷的起始时段内，减小了锅炉负荷调节器的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在较大的主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节，有效抑制机组主汽压力的波动。

本实施例的一种防止火电机组在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，采用四个变参数的惯性环节对由滑压函数所计算的主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，有效减小此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差，减小变负荷过程中锅炉给煤量的过量调节。还在原来锅炉负荷控制方案的基础上，增加一个变负荷自动切换回路来改变锅炉负荷调节器中的积分作用，可在机组变负荷的起始时段内，减小锅炉负荷调节器的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在较大的主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节，有效抑制机组主汽压力的波动。本实施例提出的锅炉负荷控制方案如附图2所示。

机组主汽压力设定值为：

P₀＝LAG(LAG(LAG(LAG(F₁(N₀)))))+BP

式中，N₀为火电机组的负荷指令；P₀为机组的主汽压力定值；BP为主汽压力定值的手动调整偏置；F₁(g)为预先设定的滑压函数，可根据机组的负荷指令N₀来计算主汽压力设定值；LAG为变参数的惯性环节，其传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{v}s}$

式中，惯性时间T_v随机组负荷指令的变化而变化：

T_v＝F₃(N₀)；

式中，F₃(g)为预先设定的惯性时间函数，根据机组的负荷指令N₀可计算出惯性时间，也即惯性时间会随着机组负荷的变化而变化。

锅炉的煤量指令BM二部分组成：

BM＝BM_FF+BM_CL

式中，BM_FF为锅炉煤量指令中的前馈部分，它由机组的负荷指令N₀确定：

BM_FF＝F₂(N₀)+LED₁(N₀)

其中，F₂(g)为预先设定的锅炉煤量函数，F₂(N₀)是煤量前馈BM_FF中的静态部分，它确定了在不同的机组负荷指令N₀下，锅炉应该加的煤量。LED₁(g)是为实现煤量超调而预先设定的微分模块，其传递函数为：LED₁(N₀)是煤量前馈BM_FF中的动态部分，它是根据机组负荷指令N₀的变化速率来确定锅炉给煤量的动态超调量。

BM_CL为锅炉煤量指令中的反馈部分，它是根据主汽压力偏差(P₀-P_T)来计算：

BM_CL＝PID[k(P₀-P_T)]

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k为可选取的比例系数；PID为比例积分微分调节器，其传递函数为：其中，K_p为比例系数；T_iv为可实时改变的积分时间；K_D为微分增益；T_D为微分时间。

积分时间T_iv采用如下自动切换方法来选择：

(1)当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，且维持时间TN大于规定时间DT时，则T_iv在规定时间DT内选择较大的数值A1，减小积分作用。其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

(2)当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，但维持时间TN小于规定时间DT时，则T_iv在维持时间TN内选择较大的数值A1，减小积分作用。其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

(3)当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值小于规定值HL时，机组的负荷指令基本保持不变，则T_iv选择较小的数值A2，增加积分作用。

某电站二台600MW超临界火电机组的锅炉负荷控制采用本专利的控制方案，上式的相关参数选为：

压力定值计算回路的参数：

输入变量x为机组的负荷指令N₀，单位为MW；F₁(x)计算滑压定值，单位为Mpa；F₃(x)计算四个惯性环节的惯性时间，单位为Sec。BP为主汽压力定值的手动调整偏置，BP∈(-0.5，+0.5)Mpa

负荷控制前馈和反馈回路的参数：

${\mathrm{LED}}_1\left(s\right)=\frac{K_{D1}{T}_{D1}s}{1+T_{D1}s}=\frac{8.1\×12s}{1+12s}$

k＝6.0

PID参数：K_P＝1.0，K_D＝0.0，T_iv：由自动切换回路产生可变积分时间。

积分时间切换回路的参数：

${\mathrm{LED}}_2\left(s\right)=\frac{K_{D2}{T}_{D2}s}{1+T_{D2}s}=\frac{1.0\×30s}{1+30s}$

PULS的参数：脉宽T＝2Sec

TD的参数：延时时间DT＝240Sec

A₁＝800Sec，A₂＝250Sec

本发明的防止火电机组在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法可在各类分散控制系统DCS中直接通过组态方式实现，该控制系统已在某电厂#1，#2机组(600MW超临界机组)上成功应用。在采用本发明之前，机组以2.0％/min速率变负荷时对主汽压力的影响较大，主汽压力的最大动态偏差达0.9Mpa左右，且主汽压力来回波动，而采用本发明后，机组以同样速率变负荷时主汽压力的最大动态偏差仅为0.3Mpa左右，且汽压不再振荡取得的效果十分明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (3)

1.一种防止在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，其特征在于:该方法采用四个变参数的惯性环节对由滑压函数所得到的主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，减小此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差，从而减小变负荷过程中锅炉给煤量的过量调节，防止主汽压力波动而影响整个机组的稳定性；

该方法还包括通过变负荷自动切换回路来改变锅炉负荷调节器中的积分作用，在机组变负荷的起始时段内，减小锅炉负荷调节器中的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节；

采用四个变参数的惯性环节对由滑压函数所计算的主汽压力设定值进行惯性滤波，延缓在机组变负荷起始时段内主汽压力定值的变化，减小此时段内主汽压力定值与实际汽压的偏差，从而减小变负荷过程中锅炉给煤量的过量调节的方法为；

机组主汽压力设定值为：

P₀＝LAG(LAG(LAG(LAG(F₁(N₀)))))+BP

式中，N₀为火电机组的负荷指令；P₀为机组的主汽压力定值；BP为主汽压力定值的手动调整偏置；F₁(·)为预先设定的滑压函数，根据机组的负荷指令N₀来计算主汽压力设定值；LAG为变参数的惯性环节，其传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{v}s}$

式中，s是拉普拉斯算子，惯性时间T_v随机组负荷指令的变化而变化：

T_v＝F₃(N₀)；

式中，F₃(·)为预先设定的惯性时间函数，根据机组的负荷指令N₀计算出惯性时间，也即惯性时间会随着机组负荷指令的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的防止在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，其特征在于:通过变负荷自动切换回路来改变锅炉负荷调节器中的积分作用，在机组变负荷的起始时段内，减小锅炉负荷调节器中的积分作用，进一步减小在变负荷起始时段内由于存在主汽压力偏差而引起锅炉给煤量的过量调节的方法为；

锅炉的煤量指令BM由二部分组成：

BM＝BM_FF+BM_CL

式中，BM_FF为锅炉煤量指令中的前馈部分，它由机组的负荷指令N₀确定：

BM_FF＝F₂(N₀)+LED₁(N₀)

其中，F₂(·)为预先设定的锅炉煤量函数，F₂(N₀)是煤量前馈BM_FF中的静态部分，它确定了在不同的机组负荷指令N₀下，锅炉应该加的煤量；

LED₁(·)是为实现煤量超调而预先设定的微分模块，其传递函数为：LED₁(N₀)是煤量前馈BM_FF中的动态部分，它是根据机组负荷指令N₀的变化速率来确定锅炉给煤量的动态超调量；K_D1是微分增益；T_D1是微分时间；s是拉普拉斯算子；

式中，BM_CL为锅炉煤量指令中的反馈部分，它是根据主汽压力偏差(P₀-P_T)来计算：

BM_CL＝PID[k(P₀-P_T)]；

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k为可选取的比例系数；PID为比例积分微分调节器，其传递函数为：其中，K_p为比例系数；T_iv为可实时改变的积分时间；K_D为微分增益；T_D为微分时间。

3.根据权利要求2所述的防止在变负荷过程中锅炉给煤量过量调节的控制方法，其特征在于:

积分时间T_iv采用如下自动切换方法来选择：

当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，且维持时间TN大于规定时间DT时，则T_iv在规定时间DT内选择较大的数值A1，减小积分作用；其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值大于规定值HL，但维持时间TN小于规定时间DT时，则T_iv在维持时间TN内选择较大的数值A1，减小积分作用；其它时间，T_iv均选择较小的数值A2，增加积分作用；

当机组负荷指令N₀变化速率的绝对值小于规定值HL时，机组的负荷指令保持不变，则T_iv选择较小的数值A2，增加积分作用。