CN103197636A - 配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法 - Google Patents

配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法，所述方法包括以下步骤：获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值；在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值计算跟随系数；根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值。本发明的配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法，可以为以下层控制系统的设定值为优化变量的上层燃烧优化系统服务，作为上层燃烧优化系统的执行级。本发明所提出的下层控制系统对目前控制系统的修改小，不需要增加新的工艺设备或改变工艺流程即能提高电站锅炉效率以及降低污染物排放，易于在各种DCS中实施。

Description

配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种配合燃烧优化的下层控制系统以及一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法。
背景技术
“节能减排”是我国目前发展的基本要求，其中，发电厂是“节能减排”的重点领域。燃烧优化是目前提高电站锅炉效率以及降低污染物排放的重要手段，逐渐在发电厂中得到应用。电站锅炉燃烧优化属于稳态优化范畴，在锅炉稳定运行工况下，以各下层控制系统的设定值为优化值，通过优化协调下层控制系统实现燃烧的在线优化调整。为了实现锅炉的燃烧优化，需要下层控制系统与之配合才能发挥燃烧优化的效能。
然而，传统燃烧控制系统的设计和调整都没有考虑燃烧优化问题，故目前的燃烧控制系统无法直接在燃烧优化体系下工作。因此，如何对下层控制系统进行修改以适应燃烧优化，从而提高电站锅炉效率以及降低污染物排放，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法，能够提高电站锅炉效率以及降低污染物排放。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，包括以下步骤：
获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值；
在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值计算跟随系数；
根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值。
一种配合燃烧优化的下层控制系统，包括：
最优设定值获取模块，用于获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值；
跟随系数计算模块，用于在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值计算跟随系数；
跟踪模块，用于根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值。
从以上方案可以看出，本发明的配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法，接收上层燃烧稳态优化输出的最优设定值，在稳态下实现下层控制系统的实际设定值自动跟随最优设定值，从而实现优化燃烧。本发明可以为以下层控制系统的设定值为优化变量的上层燃烧优化系统服务，作为上层燃烧优化系统的执行级。本发明所提出的下层控制系统对目前控制系统的修改小，不需要增加新的工艺设备或改变工艺流程即能提高电站锅炉效率以及降低污染物排放，易于在各种DCS中实施。
附图说明
图1为本发明实施例中一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法流程示意图；
图2为实施例中某600MW机组煤主控系统示意图；
图3为本发明实施例中一种配合燃烧优化的下层控制系统的结构示意图；
图4为燃烧优化切除信号的运算逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。
参见图1所示，一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，包括以下步骤：
步骤S101，获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值Sopt。由于燃烧优化是稳态优化，故稳态工况下上层燃烧优化系统会周期性地将最优设定值通过MODBUS协议写入DCS(Distributed Control Systems，分散控制系统)中。
步骤S102，在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值Sy计算跟随系数k，然后进入步骤S103。
作为一个较好的实施例，所述计算跟随系数的过程具体可以包括如下：采用PID（Proportional-Integral-Derivative，比例-积分-微分）中的积分运算算法来计算得出所述跟随系数。PID的积分时间设置较大，且可以通过对积分时间的设置调整实际设定值跟随最优设定值的速度。
步骤S103，根据所述跟随系数k自动修正实现所述实际设定值Sy在稳态工况下跟随所述最优设定值Sopt。
作为一个较好的实施例，上述根据跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值的过程具体可以包括如下：将所述跟随系数k与原控制系统设定值So（该So可手动设定或由相关运算逻辑运算获得）作乘法运算，实现所述实际设定值对所述最优设定值的跟踪。即
Sy=k×So    （1）
而
k = ∫ 0 t ( S opt - S y ) dt - - - ( 2 )
根据积分特性，积分器输出稳定时其输入端的综合信号为0，即Sy=Sopt。若Sy<Sopt，积分器正向积分，跟随系数k变大，Sy也变大，直至Sy=Sopt；反之，若Sy>Sopt，积分器反向积分，跟随系数k减小，Sy也减小，直到Sy=Sopt。
另外，本发明实施例中在动态过程或上层燃烧优化系统出现故障的情况下，能够自动切除燃烧优化功能，控制系统切换回常规控制模式，以保证动态过程中被控参数的控制品质以及控制系统的安全性。因此，作为一个较好的实施例，在步骤S103实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值之后，还可以包括如下步骤：
对机组负荷、机组负荷速率、燃料流量速率、主汽流量速率、给水流量速率进行监视；当所述机组负荷低于预设的第一阈值、所述机组负荷速率高于预设的第二阈值、所述燃料流量速率高于预设的第三阈值、所述主汽流量速率高于预设的第四阈值或所述给水流量速率高于预设的第五阈值时，切除燃烧优化功能，下层控制系统切换到常规控制模式。
需要说明的是，上述第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值可以根据各对应参数的特性做不同设置。
作为一个较好的实施例，本发明还要求上层燃烧优化系统周期性发送状态指示脉冲信号给DCS，指示上层燃烧优化系统的运行状态。DCS接收上层燃烧优化系统所周期性发送的状态指示脉冲信号，若DCS无法正常接收此脉冲信号时，表示上下层控制系统之间的通信线路出现问题或者上层优化系统程序锁死了，此时同样需要下层控制系统切换到常规控制模式。
下面结合某600MW机组煤主控系统进行进一步的说明。如图2所示，右边为简化后的原控制系统，煤量主控PID的入口偏差等于经过风、燃料交差限制后的锅炉主指令与经过BTU校正后的总燃料之差，输出为适合当前煤质的煤主控指令。在燃烧优化模式下，上层燃烧优化系统通过优化计算输出当前所需的煤量设定值Sopt（且考虑了煤质波动问题），通过积分运算获得跟随系数k，k再与原控制系统设定值So作乘法运算；该过程确保了在稳态工况下Sy跟踪Sopt（Sy=Sopt），可以有效执行燃烧优化的结果。并且，在动态工况下或上层优化系统出现问题（例如通信线路出现问题或上层燃烧优化系统软件锁死）时，切除燃烧优化功能，以常规控制系统控制锅炉的动态过程。燃烧优化模式下，煤主控PID跟踪实际设定值Sy。如此一来，当系统由优化模式切换回常规模式时不会造成扰动。在常规模式下，PID跟踪跟随系数k，实现从常规模式到优化模式的无扰切换。上层燃烧优化系统已经充分考虑了锅炉各主要参数之间的协调和相互限制，故Sy指令输出之前无须进行额外的限制等处理。
与上述一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法相对应的，本发明还提供一种配合燃烧优化的下层控制系统，如图3所示，包括：
最优设定值获取模块101，用于获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值；
跟随系数计算模块102，用于在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值计算跟随系数；
跟踪模块103，用于根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值。
作为一个较好的实施例，所述跟随系数计算模块102中可以包括积分运算模块，用于采用PID中的积分运算算法来计算得出所述跟随系数。
作为一个较好的实施例，所述跟踪模块103中可以包括乘法运算模块，用于将所述跟随系数与原控制系统设定值作乘法运算，实现所述实际设定值对所述最优设定值的跟踪。
下面结合图4对燃烧优化切除信号的运算逻辑进行详细描述。由于燃烧优化是针对锅炉的稳态工况进行优化调整，其优化指令在动态过程中无法保证其优化性能。故本发明实施例中按照“静态优化、动态切除”的原则对燃烧优化切除信号进行综合判断。如图4所示，通过对机组主要参数进行判断可以确定锅炉是否进入稳态工况。其逻辑运算主要包括负荷低限监视模块41、负荷速率监视模块42、燃料流量速率监视模块43、主汽流量速率监视模块44、给水流量速率监视模块45等；
所述机组负荷低限监视模块用于对机组负荷低限进行监视，当监视到所述机组负荷低于预设的第一阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
所述机组负荷速率监视模块用于对机组负荷速率进行监视，当监视到所述机组负荷速率高于预设的第二阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
所述燃料流量速率监视模块用于对燃料流量速率进行监视，当监视到所述燃料流量速率高于预设的第三阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
所述主汽流量速率监视模块用于对主汽流量速率进行监视，当监视到所述主汽流量速率高于预设的第四阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
所述给水流量速率监视模块用于对给水流量速率进行监视，当监视到所述给水流量速率高于预设的第五阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
所述切换模块用于接收到所述燃烧优化切除信号（只需接收到上述几个监视模块中任意一个所发送的燃烧优化切除信号）时，切除燃烧优化功能。
需要说明的是，上述第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值可以根据各对应参数的特性做不同设置。
作为一个较好的实施例，所述配合燃烧优化的下层控制系统还可以包括：燃烧优化系统状态监视模块，用于接收上层燃烧优化系统所周期性发送的状态指示脉冲信号，通过该脉冲信号可以实现对上层燃烧优化系统的状态监视，并在无法正常接收所述脉冲信号时发送燃烧优化切除信号给切换模块。所述切换模块在接收到所述燃烧优化系统状态监视模块所发送的燃烧优化切除信号后，切除燃烧优化功能。
燃烧优化系统监视的实现原理如下：燃烧优化系统周期性（例如4s）发送状态脉冲信号给DCS，若DCS能正常接收该脉冲信号，表示：(1)燃烧优化系统与DCS之间的通信线路正常；(2)优化软件平台运行正常。反正，若无法正常接收该状态指示脉冲信号，则表示燃烧优化系统出现了故障。如图4所示，两个TD-ON模块时间设置为大于状态指示脉冲周期(例如10s)。故障出现时，该信号一直维持为“0”或“1”，两个TD-ON模块其中一个会在10s后发出“1”信号指示故障。
当或模块46或48任一输入为“1”时，切除燃烧优化功能，回退到常规控制模式。当所有监视条件消失后，仍保持一段时间（TD-OFF），确保相关各参数进入稳定状态且燃烧优化系统无故障，再次投入燃烧优化功能。
上述一种配合燃烧优化的下层控制系统的其它技术特征与本发明的一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法相同，此处不予赘述。
通过以上方案可以看出，本发明的配合燃烧优化的下层控制系统及其实现方法，接收上层燃烧稳态优化输出的最优设定值，在稳态下实现下层控制系统的实际设定值自动跟随最优设定值，从而实现优化燃烧。本发明可以为以下层控制系统的设定值为优化变量的上层燃烧优化系统服务，作为上层燃烧优化系统的执行级。本发明所提出的下层控制系统对目前控制系统的修改小，不需要增加新的工艺设备或改变工艺流程即能提高电站锅炉效率以及降低污染物排放，易于在各种DCS中实施。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值；
在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值计算跟随系数；
根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值。
2.根据权利要求1所述的配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，其特征在于，所述计算跟随系数的过程包括：采用PID中的积分运算算法来计算得出所述跟随系数。
3.根据权利要求1所述的配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，其特征在于，根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值的过程包括：将所述跟随系数与原控制系统设定值作乘法运算，实现所述实际设定值对所述最优设定值的跟踪。
4.根据权利要求1或2或3所述的配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，其特征在于，在实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值之后，还包括步骤：
对机组负荷、机组负荷速率、燃料流量速率、主汽流量速率、给水流量速率进行监视；当所述机组负荷低于预设的第一阈值、所述机组负荷速率高于预设的第二阈值、所述燃料流量速率高于预设的第三阈值、所述主汽流量速率高于预设的第四阈值或所述给水流量速率高于预设的第五阈值时，切除燃烧优化功能。
5.根据权利要求4所述的配合燃烧优化的下层控制系统的实现方法，其特征在于，在实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值之后，还包括步骤：
接收上层燃烧优化系统所周期性发送的状态指示脉冲信号，并在无法正常接收所述脉冲信号时，切除燃烧优化功能。
6.一种配合燃烧优化的下层控制系统，其特征在于，包括：
最优设定值获取模块，用于获取上层燃烧优化系统输出的最优设定值；
跟随系数计算模块，用于在稳态工况下，根据所述最优设定值以及下层控制系统的实际设定值计算跟随系数；
跟踪模块，用于根据所述跟随系数自动修正实现所述实际设定值在稳态工况下跟随所述最优设定值。
7.根据权利要求6所述的配合燃烧优化的下层控制系统，其特征在于，所述跟随系数计算模块包括积分运算模块，用于采用PID中的积分运算算法来计算得出所述跟随系数。
8.根据权利要求6所述的配合燃烧优化的下层控制系统，其特征在于，所述跟踪模块包括乘法运算模块，用于将所述跟随系数与原控制系统设定值作乘法运算，实现所述实际设定值对所述最优设定值的跟踪。
9.根据权利要求6或7或8所述的配合燃烧优化的下层控制系统，其特征在于，还包括：
机组负荷低限监视模块，用于对机组负荷进行监视，当监视到所述机组负荷低于预设的第一阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
机组负荷速率监视模块，用于对机组负荷速率进行监视，当监视到所述机组负荷速率高于预设的第二阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
燃料流量速率监视模块，用于对燃料流量速率进行监视，当监视到所述燃料流量速率高于预设的第三阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
主汽流量速率监视模块，用于对主汽流量速率进行监视，当监视到所述主汽流量速率高于预设的第四阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
给水流量速率监视模块，用于对给水流量速率进行监视，当监视到所述给水流量速率高于预设的第五阈值时，发送燃烧优化切除信号给切换模块；
切换模块，用于接收到所述燃烧优化切除信号时，切除燃烧优化功能。
10.根据权利要求9所述的配合燃烧优化的下层控制系统，其特征在于，还包括：燃烧优化系统状态监视模块，用于接收上层燃烧优化系统所周期性发送的状态指示脉冲信号，并在无法正常接收所述脉冲信号时发送燃烧优化切除信号给所述切换模块。
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