CN104020739A - 一种火电厂智能发电控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种火电厂智能发电控制系统，它包括主控制器和I/O模块，所述主控制器包括通信模块、存储模块、主处理器模块和负荷优化运算模块，所述I/O模块通过HDLC链路将与通信模块连接，所述主控制器通过网络和调度主站和当地监控后台通信。本发明在不改变现有的发电系统控制条件下，第一降低发电成本，实现节能减排，增加电厂的收益；第二快速调节和转移负荷，减小机组异常对电网的冲击，提高电网运行的安全性；第三系统相对独立，数据不需在多个系统之间传输，保证控制的准确性和实时性；第四简化现有的调度模式，提高电厂的生产主动性和灵活性。

Description

一种火电厂智能发电控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电气自动化控制工程技术领域，具体讲就是涉及一种火电厂智能发电控制系统及其控制方法，实现火电厂发电能源的合理有效配置，提高电网的安全运行。

背景技术

目前，电网对火电厂发电机组的调度绝大部分采用AGC直调方式，即调度中心的EMS系统在根据电网安全稳定的需要计算出当前并网的各台机组需要带的有功负荷后，通过远动通道和电厂侧的RTU远动装置将有功功率指令下发到每台机组的DCS系统，进而直接调整每台机组的负荷。发电机组AGC的投入对电网的安全稳定运行起到了积极的作用，但由于每台机组的负荷均由远方调度指定，不能在发电厂内部根据机组的运行特性和工况实现经济分配，增加了能源的消耗。

为实现电厂内机组负荷的经济分配，传统的方案是增加一个全厂负荷分配的装置，通常为PC机，该装置接收RTU提供的各机组的相关信息和全厂总有功指令，然后根据机组的煤耗率、脱硫效率、上网电价等因素进行优化分配，再将分配好的各机组的负荷指令发回给RTU，利用原有的RTU和DCS的信息传输通道对各机组进行控制。这种方案实现了一定程度上的优化分配，但仅限于对部分特定的元素的优化，没有考虑机组锅炉、汽机以及其他辅机的运行工况，即没有对整个系统进行整体优化，同时由于利用了原有的远动通道和数据采集等功能，因而依赖于原有远动设备，原有设备本身的可靠性以及数据通信的可靠性、实时性等都会对控制系统有很大影响，使优化效果大大降低，降低能源消耗的效果不佳。

中国专利201110161218.1公开了一种具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机,与遥信模块、遥测模块、遥调模块、遥控模块和调度EMS/SCADA主站相连,具体包括:通信子模块,用于在调度EMS/SCADA主站与数据库子模块之间,以及在遥信模块、遥测模块、遥调模块、遥控模块与数据库子模块之间实现数据通信；数据库子模块,用于存放进行厂级AGC所需的数据,分别与通信子模块和全厂负荷分配子模块进行数据交互；全厂负荷分配子模块,基于存放在数据库子模块内的数据,生成调节发电机组有功出力的控制信号,并将控制信号依次通过数据库子模块和通信子模块发送给遥调模块。该技术在充分发挥现有电力远动主机的功能的基础上,减少现场硬件设备的数量,提高了机组有功调节过程中数据的运算精度，但是该专利技术公开的技术分配效率低下，无法最大程度上提高发电综合经济效益。

发明内容

本发明的目的是针对现有的火力发电厂全厂负荷分配的装置只是对部分发电元素进行优化，没有对全厂整体的发电设备进行优化，导致优化效果大大降低，降低能源消耗效果不佳的技术缺陷，提供一种火电厂智能发电控制系统及其控制方法，从整体上对整个发电系统各部分元素进行负荷优化，使发电厂的优化效果达到最佳，实现降低能耗的目的。

技术方案

为了实现上述技术目的，本发明设计一种火电厂智能发电控制系统，其特征在于：它包括主控制器和I/O模块，所述主控制器包括通信模块、存储模块、主处理器模块和负荷优化运算模块，它们通过VME总线相连，以实现内部数据传输；所述I/O模块包括遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块，它们通过硬接线和机组的DCS系统相连；所述I/O模块通过HDLC链路将与通信模块连接，所述主控制器通过网络和调度主站和当地监控后台通信。

如上所述的一种火电厂智能发电控制系统的控制方法，首先是系统搭建：将主控制器接入到调度信息网和本地监控后台的局域网中，然后将主控制器依次和各个I/O模块连接，再将各个I/O模块依次与DCS相应接口通过硬接线连接；

接着进行参数配置：配置主控制器和遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块的通信参数,配置主控制器和调度主站的通信参数，包括信息点的定义、数值范围以及工程值和码值的对应关系,配置智能发电控制系统的控制参数，包括机组调节上下限、机组间负荷率允许偏差、缓冲容量、保护定值，配置监控后台的参数，包括管理员信息和权限、画面设计、监控数据定义和范围、数据的记录、统计和曲线绘制；其中，智能发电控制系统的控制参数包括：

(1)全厂调节速率目标值：该参数用于在分配全厂负荷指令时，限制各机组的分配范围，以使各机组按照分配的指令调节时，全厂调节速率能达到调度要求的值；

(2)机组负荷率最大偏差：该参数的作用是为了避免过度优化导致部分机组过早达到限值而失去相应的调节容量。通过该参数，可以限制各机组的负荷偏差在一定范围内，进而在更大范围内保证全厂的调节速率，该参数的功能如下：

设定机组间负荷率最大偏差为δ，收到全厂有功指令后，计算全厂负荷率：其中P_g为全厂总有功指令，P_max为全厂总的可调上限；

在此基础上计算出各机组的负荷率允许区间[a-δ，a+δ]，进而算得机组指令的可分配范围为 $[(\frac{P_g}{P_{\max }}-\mathrm{\δ})\×P_{g\max },(\frac{P_g}{P_{\max }}+\mathrm{\δ})\×P_{g\max }],$ 其中P_gmax为机组的可调上限值，在全厂目标分配时，以该范围作为对机组进行负荷分配的约束；

(3)各机组的缓冲容量：该参数的设置为了避免过度优化导致部分机组过早达到限值而失去相应的调节容量。其基本思想是为各机组设置一定的缓冲容量P_r，若各机组DCS系统设置的调节范围为[P_l、P_h]，那么正常调节时，机组指令分配范围为[P_l+P_r，P_h-P_r]，当部分机组率先达到该范围的某个边界时，如果继续在该方向上调节且其他机组在该方向上调节速率不能满足全厂调节速率的要求时，则在分配时会逐步释放到达调节范围边界机组的缓冲容量，让该机组承担小部分的调节，其他未达到边界的机组承担更大的调节，这样就可以保证全厂在更大范围内满足调度要求的调节速率；

(4)辅机优化启停参数：辅机启停优化参数主要用于优化各机组的磨煤机启停控制，以节省电量消耗，提高综合效益。启停优化参数主要是从DCS读取的各机组的运行参数，包括主汽压力、主汽温度、给煤量、给水量、发电机负荷、磨煤机电流、磨煤机煤量；

(5)煤耗特性参数：煤耗特性参数反应机组的能耗情况，主要是从煤耗在线监测系统中读取，或者根据机组定负荷实验所得结果填入系统；

(6)优化权值：该参数可以影响优化时机组的权重，进而影响机组负荷的分配。该参数的设置根据需要优化的因素来决定，因而可以对更多因素进行优化；

(7)最大优化时间：该参数用于设置优化模块计算所需的最大时间，如果在该时间内未获得有效的优化结果，则系统会使用备用分配策略计算的结果执行。

(8)各机组调节速率：该参数用于获取机组的有功调节速率，可以通过DCS读取，也可以由本系统根据机组调节情况实时计算。

(9)厂级相关参数，主要包括厂级总有功实测值P_Tmea、厂级有功调节上限P_Tmax和调节下限P_Tmin等，它们是根据各机组的相应参数以及运行模式计算得到，公式分别如下：

$P_{\mathrm{Tmea}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}$

$P_{T\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i\max }{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=1}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=0}$

$P_{T\min }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i\min }{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=1}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=0}$

其中，P_imea、P_imax、P_imin分别表示第i台机组的实测有功功率值、可调上限值、可调下限值；

AGC_i表示第i台机组的AGC功能投退状态。

将参数设置好后进行系统调试：在进行系统调试初期，应保持机组的AGC功能退出，并使DCS系统的各种保护处于有效状态，以避免对机组正常运行产生影响,调试时按以下步骤进行：搭建好系统并将配置信息下装到主控制器后，首先检查系统各环节和各软件运行正常，各个物理量能正常输入输出；其次保持系统开环状态，逐项验证系统功能和各项保护措施，待验证正确后投入机组AGC功能，开始闭环调试；全部结束后，进行试运行。

有益效果

本发明提供的一种火电厂智能发电控制系统，将发电厂做一个整体看待，通过对发电设备进行优化控制，能够让发电厂在合理区间运行，使发电厂的能源消耗达到优化配置，在不改变现有的发电系统控制条件下，降低了发电厂的能源消耗，节约了生产成本。

附图说明

附图1是本发明的连接关系示意图。

附图2是本发明控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明。

实施例

如附图1所示，主控制器1包括通信模块12、存储模块13、主处理器模块14和负荷优化运算模块15，它们通过VME总线11相连，以实现内部数据传输。I/O模块2包括遥信模块21、遥测模块22、遥调模块23和遥控模块24等，它们通过硬接线和机组的DCS系统相连，用于采集智能发电控制所需要的机组信息和其他调度要求上送的机组信息，并通过HDLC链路5将采集到的数据存入到主控制器的存储模块13，同时也会将调度主站4或监控后台3下发的遥调或遥控指令下发到机组的DCS系统。

主控制器1通过网络6和调度主站4或3通信，通过主控制器的通信模块12将机组的相关信息上送到主站4或本地后台3，同时接收主站或本地后台下发的遥控、遥调命令，并将命令通过遥控模块24或遥调模块23下发到机组的DCS系统。

主控制器1的主处理器模块从存储模块13中获得I/O模块存入的数据、软件相关配置以及调度AGC主站4发来的全厂负荷指令，并根据配置的各机组控制模式计算厂级参数，然后根据系统设置的各种约束条件计算出各机组本次分配的允许范围，并将这些数据发送给智能发电控制模块15，待负荷优化运算模块完成优化分配后，将各机组的分配结果通过数据库子模块返回给主处理器模块，主处理器模块再将各机组的目标通过遥调模块23下发到机组的DCS系统执行。

火电厂智能发电控制系统控制过程如下：首先，系统搭建：将图中遥信模块21、遥测模块22、遥调模块23和遥控模块24依次和主控制器1相连，然后再用硬接线将各机组的遥信、遥测、遥调和遥控量的输出端子依次和遥信模块21、遥测模块22、遥调模块23和遥控模块24相连，最后将主控制器1接入到调度信息网和本地监控后台的局域网中。

接着参数配置：配置主控制器1和遥信模块21、遥测模块22、遥调模块23和遥控模块24的通信参数；配置主控制器和调度主站的通信参数，包括信息点的定义、数值范围以及工程值和码值的对应关系等；配置智能发电控制系统的控制参数，包括机组调节上下限、机组间负荷率允许偏差、缓冲容量、保护定值等。配置监控后台的参数，包括管理员信息和权限、画面设计、监控数据定义和范围、数据的记录、统计和曲线绘制等。其中，智能发电控制系统的控制参数包括：

(1)全厂调节速率目标值：该参数用于在分配全厂负荷指令时，限制各机组的分配范围，以使各机组按照分配的指令调节时，全厂调节速率能达到调度要求的值；

(2)机组负荷率最大偏差：该参数的作用是为了避免过度优化导致部分机组过早达到限值而失去相应的调节容量。通过该参数，可以限制各机组的负荷偏差在一定范围内，进而在更大范围内保证全厂的调节速率，该参数的功能如下：

设定机组间负荷率最大偏差为δ，收到全厂有功指令后，计算全厂负荷率：其中P_g为全厂总有功指令，P_max为全厂总的可调上限；

在此基础上计算出各机组的负荷率允许区间[a-δ，a+δ]，进而算得机组指令的可分配范围为 $[(\frac{P_g}{P_{\max }}-\mathrm{\δ})\×P_{g\max },(\frac{P_g}{P_{\max }}+\mathrm{\δ})\×P_{g\max }],$ 其中P_gmax为机组的可调上限值，在全厂目标分配时，以该范围作为对机组进行负荷分配的约束；

(3)各机组的缓冲容量：该参数的设置为了避免过度优化导致部分机组过早达到限值而失去相应的调节容量；其基本思想是为各机组设置一定的缓冲容量P_r，若各机组DCS系统设置的调节范围为[P_l、P_h]，那么正常调节时，机组指令分配范围为[P_l+P_r，P_h-P_r]，当部分机组率先达到该范围的某个边界时，如果继续在该方向上调节且其他机组在该方向上调节速率不能满足全厂调节速率的要求时，则在分配时会逐步释放到达调节范围边界机组的缓冲容量，让该机组承担小部分的调节，其他未达到边界的机组承担更大的调节，这样就可以保证全厂在更大范围内满足调度要求的调节速率；

(4)辅机优化启停参数：辅机启停优化参数主要用于优化各机组的磨煤机启停控制，以节省电量消耗，提高综合效益。启停优化参数主要是从DCS读取的各机组的运行参数，包括主汽压力、主汽温度、给煤量、给水量、发电机负荷、磨煤机电流、磨煤机煤量；

(5)煤耗特性参数：煤耗特性参数反应机组的能耗情况，主要是从煤耗在线监测系统中读取，或者根据机组定负荷实验所得结果填入系统；

(6)优化权值：该参数可以影响优化时机组的权重，进而影响机组负荷的分配。该参数的设置根据需要优化的因素来决定，因而可以对更多因素进行优化；

(7)最大优化时间：该参数用于设置优化模块计算所需的最大时间，如果在该时间内未获得有效的优化结果，则系统会使用备用分配策略计算的结果执行。

(8)各机组调节速率：该参数用于获取机组的有功调节速率，可以通过DCS读取，也可以由本系统根据机组调节情况实时计算。

(9)厂级相关参数，主要包括厂级总有功实测值P_Tmea、厂级有功调节上限P_Tmax和调节下限P_Tmin等，它们是根据各机组的相应参数以及运行模式计算得到，公式分别如下：

$P_{\mathrm{Tmea}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}$

$P_{T\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i\max }{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=1}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=0}$

$P_{T\min }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i\min }{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=1}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=0}$

其中，P_imea、P_imax、P_imin分别表示第i台机组的实测有功功率值、可调上限值、可调下限值；

AGC_i表示第i台机组的AGC功能投退状态。

最后，系统调试：在进行系统调试初期，应保持机组的AGC功能退出，并使DCS系统的各种保护处于有效状态，以避免对机组正常运行产生影响。调试时按以下步骤进行：搭建好系统并将配置信息下装到主控制器后，首先检查系统各环节和各软件运行正常，各个物理量能正常输入输出；其次保持系统开环状态，逐项验证系统功能和各项保护措施，待验证正确后投入机组AGC功能，开始闭环调试；全部结束后，进行试运行。

本发明提供的一种火电厂智能发电控制系统，将发电厂做一个整体看待，通过对控制系统进行优化控制，能够让发电厂在合理区间运行，使发电厂的能源消耗达到优化配置，在不改变现有的发电系统控制条件下，第一降低发电成本，实现节能减排，增加电厂的收益，提高电厂的生产主动性和灵活性；第二快速调节和转移负荷，减小机组异常对电网的冲击，提高电网运行的安全性；第三系统相对独立，数据不需在多个系统之间传输，保证控制的准确性和实时性；第四简化现有的调度模式，降低调度侧的复杂度。

Claims (3)

1.一种火电厂智能发电控制系统，其特征在于：它包括主控制器和I/O模块，所述主控制器包括通信模块、存储模块、主处理器模块和负荷优化运算模块，它们通过VME总线相连，以实现内部数据传输；

所述I/O模块包括遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块，它们通过硬接线和机组的DCS系统相连；

所述I/O模块通过HDLC链路将与通信模块连接，所述主控制器通过网络和调度主站和当地监控后台通信。

2.如上所述的一种火电厂智能发电控制系统的控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(I)系统搭建：将主控制器接入到调度信息网和本地监控后台的局域网中，然后将主控制器依次和各个I/O模块连接，再将各个I/O模块依次与DCS相应接口通过硬接线连接；

(II)参数配置：配置主控制器和遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块的通信参数,配置主控制器和调度主站的通信参数，包括信息点的定义、数值范围以及工程值和码值的对应关系,配置智能发电控制系统的控制参数，包括机组调节上下限、机组间负荷率允许偏差、缓冲容量、保护定值，配置监控后台的参数，包括管理员信息和权限、画面设计、监控数据定义和范围、数据的记录、统计和曲线绘制；

其中，智能发电控制系统的控制参数包括：

(1)全厂调节速率目标值：该参数用于在分配全厂负荷指令时，限制各机组的分配范围，以使各机组按照分配的指令调节时，全厂调节速率能达到调度要求的值；

(2)机组负荷率最大偏差：该参数的作用是为了避免过度优化导致部分机组过早达到限值而失去相应的调节容量。通过该参数，可以限制各机组的负荷偏差在一定范围内，进而在更大范围内保证全厂的调节速率，该参数的功能如下：

设定机组间负荷率最大偏差为δ，收到全厂有功指令后，计算全厂负荷率：其中P_g为全厂总有功指令，P_max为全厂总的可调上限；

在此基础上计算出各机组的负荷率允许区间[a-δ，a+δ]，进而算得机组指令的可分配范围为 $[(\frac{P_g}{P_{\max }}-\mathrm{\δ})\×P_{g\max },(\frac{P_g}{P_{\max }}+\mathrm{\δ})\×P_{g\max }],$ 其中P_gmax为机组的可调上限值，在全厂目标分配时，以该范围作为对机组进行负荷分配的约束；

(3)各机组的缓冲容量：该参数的设置为了避免过度优化导致部分机组过早达到限值而失去相应的调节容量。

(4)辅机优化启停参数：辅机启停优化参数主要用于优化各机组的磨煤机启停控制，以节省电量消耗，提高综合效益。启停优化参数主要是从DCS读取的各机组的运行参数，包括主汽压力、主汽温度、给煤量、给水量、发电机负荷、磨煤机电流、磨煤机煤量；

(5)煤耗特性参数：煤耗特性参数反应机组的能耗情况，主要是从煤耗在线监测系统中读取，或者根据机组定负荷实验所得结果填入系统；

(6)优化权值：该参数可以影响优化时机组的权重，进而影响机组负荷的分配。

(III)系统调试：在进行系统调试初期，应保持机组的AGC功能退出，并使DCS系统的各种保护处于有效状态，以避免对机组正常运行产生影响,调试时按以下步骤进行：搭建好系统并将配置信息下装到主控制器后，首先检查系统各环节和各软件运行正常，各个物理量能正常输入输出；其次保持系统开环状态，逐项验证系统功能和各项保护措施，待验证正确后投入机组AGC功能，开始闭环调试；全部结束后，进行试运行。

3.如权利要求2所述的一种火电厂智能发电控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤(II)中所述参数包括：

(a)最大优化时间：该参数用于设置优化模块计算所需的最大时间，如果在该时间内未获得有效的优化结果，则系统会使用备用分配策略计算的结果执行。

(b)各机组调节速率：该参数用于获取机组的有功调节速率，可以通过DCS读取，也可以由本系统根据机组调节情况实时计算。

(c)厂级相关参数，主要包括厂级总有功实测值P_Tmea、厂级有功调节上限P_Tmax和调节下限P_Tmin等，它们是根据各机组的相应参数以及运行模式计算得到，公式分别如下：

$P_{\mathrm{Tmea}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}$

$P_{T\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i\max }{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=1}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=0}$

$P_{T\min }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i\min }{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=1}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{imea}}{|}_{{\mathrm{AGC}}_i=0}$

其中，P_imea、P_imax、P_imin分别表示第i台机组的实测有功功率值、可调上限值、可调下限值；

AGC_i表示第i台机组的AGC功能投退状态。