CN103116271A

CN103116271A - 基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法

Info

Publication number: CN103116271A
Application number: CN2012103943427A
Authority: CN
Inventors: 李泉; 陈卫; 尹峰
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: CN103116271B

Abstract

本发明公开了一种基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法。当前大型火电机组大多需要滑压且深度调峰运行，从输入煤量到产生负荷需较长时间，常规煤量前馈控制方法很难做到快速准确的动态跟随。本发明技术方案的特征在于：首先，将速率限制前后的负荷指令求偏差，通过量化标尺一维折线函数获得煤量前馈量化标尺，从而设计出不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺；其次，根据协调品质要求和机组特性设计出具有闭环控制特点的煤量前馈量化信号；最后，采用量化标尺一维折线函数对煤量前馈量化信号进行修正。本发明保证了机组节能运行；保证了机组协调控制品质；机组在AGC状态时煤量前馈波动幅度大为减少，加强了机组的稳定性。

Description

基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组机炉协调控制，具体地说是一种基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法。

背景技术

煤量前馈是为火电机组快速响应负荷而设计的，当前大型火电机组大多需要滑压且深度调峰运行，由于采用直吹式，从输入煤量到产生负荷需较长时间，常规煤量前馈控制方法很难做到快速准确的动态跟随，AGC运行的品质并不理想；同时，在AGC状态时，煤量过大、频繁的波动也影响了协调控制系统的稳定运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法，以解决目前协调控制系统难以快速跟随问题和煤量过大波动问题，既保证节能运行又提高火电机组的协调控制品质。

为此，本发明采用如下的技术方案：基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法，其步骤如下：首先，将速率限制前后的负荷指令求偏差，通过量化标尺一维折线函数获得煤量前馈量化标尺，从而设计出不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺；其次，根据协调品质要求和机组特性设计出具有闭环控制特点的煤量前馈量化信号，其包括机组指令形式和机组特性函数两个部分，将所设计的机组指令与机组特性函数组成闭环控制回路，闭环控制回路中控制器输出的控制信号减去基准指令对应的基准信号获得煤量前馈量化信号；最后，由于机组的非线性特性，闭环控制回路产生的煤量前馈量化信号对于不同负荷段的适应性有限，因此需要对其进行修正；量化标尺一维折线函数能够反映不同负荷变化时预给煤的基本变化量，根据不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺，采用量化标尺一维折线函数对煤量前馈量化信号进行修正，得到修正后的煤量前馈量化信号。

煤量前馈量化标尺，它将负荷的变化数值与煤量变化的数值对应起来，从而能够提前精确计算出预给煤量的大小。因此，煤量前馈量化标尺是衡量负荷变化量和煤量变化量之间数量转换关系的一个工具。

上述的火电机组煤量前馈量化设计方法，所述的机组指令中含有提前量，其高度根据机组特性函数的响应特性决定；所述的机组特性函数采用煤量对负荷的特性函数，其特性用一阶加迟延函数或多阶惯性函数进行拟合。

上述的火电机组煤量前馈量化设计方法，所述机组的近似动态模型如下：

，

在上式中，⊿p表示压力变化量，⊿N表示负荷变化量，⊿B表示煤量变化量，⊿μ表示调门变化量，G11表示调门对负荷的特性函数，G12表示煤量对负荷的特性函数，G21表示调门对压力的特性函数，G22表示煤量对压力的特性函数。

上述的火电机组煤量前馈量化设计方法，修正后的煤量前馈量化信号，其高度在基本量化标尺的附近，宽度由特性函数G12决定，同时由于机组的非线性特性，采用一阶微分的时间宽度对其进行补偿。

本发明具有以下有益效果：保证了机组节能运行；保证了机组协调控制品质；机组在AGC状态时煤量前馈波动幅度大为减少，加强了机组的稳定性。

附图说明

图1为本发明煤量前馈量化标尺图。

图2为本发明闭环控制回路实现量化前馈原理图。

图3为本发明正常负荷指令时G12的响应图（图中，A表示正常负荷指令，B表示正常负荷指令时G12的响应曲线）。

图4为本发明带叠加负荷指令时G12的响应图（图中，A表示带叠加负荷指令，B表示正常负荷指令，C表示G12响应曲线）。

图5为本发明基于量化标尺修正的煤量前馈原理图（图中，A表示量化标尺）。

图6为AGC状态下采用煤量前馈量化信号时负荷、压力响应图(通过实际应用；图中，A表示负荷响应曲线，B表示压力响应曲线，C表示量化煤量前馈曲线)。

图7为AGC状态下采用常规煤量前馈信号时负荷、压力响应图(通过实际应用；图中，A表示负荷响应曲线，B表示压力响应曲线，C表示常规煤量前馈曲线)。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一、煤量前馈量化标尺

为火电机组快速响应负荷，预给煤量(即煤量前馈)的大小需要有一个量化标尺，它用于将负荷的变化数值与煤量的变化数值对应，从而能够提前精确计算出预给煤量的大小，因此，煤量前馈量化标尺是衡量负荷变化量和煤量变化量之间数量转换关系的一个工具。图1给出了煤量前馈量化标尺的计算步骤。

在图1中，负荷指令的变化量和煤量前馈的变化量通过一维折线函数联系起来。煤量前馈量化标尺通过负荷变化量和一维折线函数来实现。下面的表1-2中设计出不同负荷等级的一维折线函数基本数值。

表1

表2

表1-2中所示折线函数是量化标尺的核心，它精确计算了负荷变化和煤量变化的数值关系，在表1-2中设计出了300MW等级和600MW等级煤量前馈的高限值，基本的负荷变化与煤量变化对应关系，它可以作为不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺。

二、煤量前馈的量化设计

在热工自动规程中，协调控制的指标是要求负荷动态偏差控制在最大负荷的3%以内，压力动态偏差控制在±0.5MPa以内。由于机组负荷指令是由运行人员或省调度中心给定的，按照这一指标就要求机组负荷的快速响应，因此需要设计合理的煤量前馈。

本发明根据协调机组的特性和负荷响应指标，通过闭环控制回路来对煤量前馈进行量化设计。对非线性模型进行简化及线性化处理，可以得到单元机组协调控制系统的近似动态模型(简称机组模型)：

（1）

在上式中，⊿p表示压力变化量，⊿N表示负荷变化量，⊿B表示煤量变化量，⊿μ表示调门变化量，G11表示调门对负荷的特性函数，G12表示煤量对负荷的特性函数，G21表示调门对压力的特性函数，G22表示煤量对压力的特性函数。根据此特性函数，采用如图2所示的闭环控制回路，可以对煤量前馈进行量化控制。

图2中负荷设定值为实际负荷指令，G12为（1）式中煤量对负荷的特性函数，系数K为函数G12增益的倒数；机组负荷设定值经叠加修正后输出设定信号，控制信号经G12特性函数后得到输出信号，控制器参数的整定的指标就是使输出信号和设定信号的偏差在动态和稳态过程中达到最小；煤量前馈量化信号由控制信号和基准信号的偏差获得。

在图2中，机组负荷设定经过“叠加修正”是获得合理前馈信号的重要组成部分，叠加信号是速率限制前后负荷指令的偏差。在图2中，采用G12的模型为

(2)

PID的参数设置为kp=0.6；ki=0.004；kd=1；机组负荷指令变化70MW，则设定信号为正常负荷指令和带叠加修正负荷指令时，输出信号的响应曲线如图3和图4所示。

由图3可见，正常的负荷指令对于G12特性的模型很难保证控制偏差在较小的范围内，采用图4所示的带叠加负荷指令，G12响应曲线与正常负荷指令偏差被控制在很小的范围内。按图2所示的闭环控制回路可以形成煤量前馈量化信号。

三、基于量化标尺的煤量前馈的修正

由于机组的非线性特性，按照图2所示的闭环控制回路产生的煤量前馈量化信号对于不同负荷段的响应适应性有限，因此需要对其进行修正，表1-2中设计出的量化标尺折线能够反映不同负荷变化时预给煤的基本变化量，根据负荷动态偏差控制在最大负荷的3%以内的协调控制指标，不同等级机组的煤量前馈量化信号的高度应该在表1-2中所示折线函数附近，其宽度基本由特性函数G12决定。采用量化标尺修正后的煤量前馈量化信号如图5所示。

图5中，一维折线函数f1(x)和f2（x）是对闭环控制回路产生的前馈信号高度和负荷指令一阶微分信号高度进行修正的量化标尺，相叠加后产生修正后的煤量前馈量化信号，其高度应该在表1-2所示的基本量化标尺的附近；煤量前馈量化信号的宽度由特性函数G12决定，同时由于机组的非线性特性，采用一阶微分的时间宽度对其进行补偿。

四、实际应用曲线

将本发明应用于某电厂600MW超超临界机组中，当负荷指令按12MW/min速率变化，机组处于AGC状态时，获得的负荷响应和压力响应曲线如图7所示。

在图7中，压力偏差大部分时间控制在±0.5MPa以内，负荷控制精度较高，偏差在±7MW以内；而且整个过程煤量波动较小，负荷、压力响应比较平稳。

为获得对比效果，按常规方法，当负荷指令按12MW/min速率变化时，机组处于AGC状态时，获得的负荷响应和压力响应曲线如图8所示。

在图8中，压力偏差大部分时间超过0.5MPa，负荷控制精度略差，偏差在±10MW以内；而且整个过程煤量波动较大，动态过程控制品质明显减弱。

Claims

1.基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法，其步骤如下：首先，将速率限制前后的负荷指令求偏差，通过量化标尺一维折线函数获得煤量前馈量化标尺，从而设计出不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺；其次，根据协调品质要求和机组特性设计出具有闭环控制特点的煤量前馈量化信号，其包括机组指令形式和机组特性函数两个部分，将所设计的机组指令与机组特性函数组成闭环控制回路，闭环控制回路中控制器输出的控制信号减去基准指令对应的基准信号获得煤量前馈量化信号；最后，由于机组的非线性特性，根据不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺，采用量化标尺一维折线函数对煤量前馈量化信号进行修正，得到修正后的煤量前馈量化信号。

2.根据权利要求1所述的火电机组煤量前馈量化设计方法，其特征在于，所述的机组指令中含有提前量，其高度根据机组特性函数的响应特性决定；所述的机组特性函数采用煤量对负荷的特性函数，其特性用一阶加迟延函数或多阶惯性函数进行拟合。

3.根据权利要求1或2所述的火电机组煤量前馈量化设计方法，其特征在于，所述机组的近似动态模型如下：

，

4.根据权利要求3所述的火电机组煤量前馈量化设计方法，其特征在于，修正后的煤量前馈量化信号，其高度在基本量化标尺的附近，宽度由特性函数G12决定，同时由于机组的非线性特性，采用一阶微分的时间宽度对其进行补偿。