CN104238494A - 基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，步骤如下：在原协调控制系统的逻辑组态给煤量控制回路中增加基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口；进行基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口中作为给煤量控制的前馈信号；控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。本发明通过现有DCS协调控制系统，实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。通过对机组运行状态的判断，准确控制机组不同运行状态时的给煤量，保证机组在参与调频调峰时的负荷响应快速性和主要参数的稳定性，降低运行人员的劳动强度，大大提高了机组运行的安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法。可用于火电机组在参与电网调频调峰时的给煤量自动控制，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。
背景技术
调频调峰是电网公司维持电网频率稳定的重要手段。为了电网的安全、稳定、经济运行和提高供电电能质量，电网公司要求上网火力发电机组必须具备调频调峰功能，并提出了具体的技术指标和考核办法。火电机组协调控制系统是机组控制中的最高级控制器，负责协调汽轮机与锅炉间的能量平衡控制，保证机组参与电网调频调峰的调节品质。协调控制被控对象为多输入多输出系统，具有非线性、参数慢时变、以及大迟滞与大惯性的特点。尤其体现在制粉和燃烧系统的控制环节，从提高给煤机转速增加给煤量，到锅炉燃烧增强产生的蒸汽量增加，实现机组的实际负荷增加，整个过程环节较多，惯性较大，给调频调峰功能设计与实现带来许多困难。
近些年众多国内学者对火电机组协调控制系统的给煤量控制相关问题进行了研究与探讨，例如《中国电机工程学报》的《超临界机组协调控制系统设计新方法及其工程应用》，给出超临界机组协调受控对象的一种实用数学模型，采用观测器预估燃煤的热值，设计一种基于增量式函数观测的状态反馈+串级PID+智能控制(IC)+热值补偿(BTU)的综合型协调控制系统。《动力工程学报》的《锅炉燃烧系统的自适应预测函数控制》提出了一种基于卡尔曼(CARMA)模型的自适应预测函数控制方法，通过实时辨识过程模型的参数，不断去修正预测函数控制器的参数。中国专利“基于预给煤控制模型的协调控制系统参数动态整定方法”专利申请号CN201210414078.9，提出了利用计算机软件辅助求取控制算法参数，简化调试过程，缩短动态参数求取时间。中国专利“直流炉单元机组直接能质平衡协调控制系统”专利申请号CN201110103988.0，提出采用直接能量平衡机理实现汽机功率调节回路与锅炉燃烧调节回路间的动态解耦，采用直接质量、流量平衡机理实现汽机功率调节回路与锅炉给水调节回路间的动态解耦。中国专利“基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法”专利申请号CN201210394342.7，提出了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。
以上这些文献及专利主要从机组数学模型的建立、机组控制策略的设计以及控制系统参数的整定等方面进行了阐述，并提出了协调控制系统设计方法与应用实例，但对机组在调频调峰过程中不同工况下的给煤量控制没有进行有针对性的研究。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其目的是为了解决火电机组在参与电网调频调峰过程中的给煤量自动控制问题，充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，包括以下步骤：
第一步：在原协调控制系统的逻辑组态给煤量控制回路中增加基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口；
第二步：进行基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口中作为给煤量控制的前馈信号；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路包括判断机组的运行状态，依据机组不同的运行状态计算机组的给煤量前馈信号。
所述的机组的运行状态，包括一次调频动作、二次调频动作、机组处于低谷期调峰、机组处于高峰期调峰、机组的蓄能与机组的调频调峰方向一致、机组的蓄能与机组的调频调峰方向相反、磨煤机出力能力满足调频调峰的要求、磨煤机出力能力达到安全边界不满足调频调峰的要求。
所述的机组的给煤量前馈信号，是由多个基于机组运行状态的给煤量和多个基于机组运行状态的修正系数组成，包括一次调频给煤量前馈、二次调频给煤量前馈、机组的蓄能充足给煤量前馈、机组蓄能不足给煤量前馈，机组处于低谷期调峰修正系数、机组处于高峰期调峰修正系数、磨煤机出力能力满足调频调峰的要求修正系数、磨煤机出力能力不满足调频调峰的要求修正系数。
所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据机组调频调峰控制运行曲线和给煤量控制曲线，反复在线整定相关参数，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。
本发明的有益效果是：
（1）通过对机组运行状态的判断，准确控制机组不同运行状态时的给煤量，保证机组在参与调频调峰时的给煤量控制稳定性和准确性，从而实现充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性。
（2）可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。
（3）实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。
附图说明：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明算法逻辑图；
图2是本发明的工作流程框图。
具体实施方式
本发明是一种基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，如图2所示，本发明工作流程包括如下步骤：
第一步：在原协调控制系统的逻辑组态给煤量控制回路中增加基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口；
第二步：进行基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口中作为给煤量控制的前馈信号；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路包括判断机组的运行状态，依据机组不同的运行状态计算机组的给煤量前馈信号。
所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的机组的运行状态，包括一次调频动作、二次调频动作、机组处于低谷期调峰、机组处于高峰期调峰、机组的蓄能与机组的调频调峰方向一致、机组的蓄能与机组的调频调峰方向相反、磨煤机出力能力满足调频调峰的要求、磨煤机出力能力达到安全边界不满足调频调峰的要求。
所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的机组的给煤量前馈信号，是由多个基于机组运行状态的给煤量和多个基于机组运行状态的修正系数组成，包括一次调频给煤量前馈、二次调频给煤量前馈、机组的蓄能充足给煤量前馈、机组蓄能不足给煤量前馈，机组处于低谷期调峰修正系数、机组处于高峰期调峰修正系数、磨煤机出力能力满足调频调峰的要求修正系数、磨煤机出力能力不满足调频调峰的要求修正系数。
所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据机组调频调峰控制运行曲线和给煤量控制曲线，反复在线整定相关参数，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。
本发明的核心思想是火电机组在调频调峰过程中运行状态复杂多变，只有通过对机组运行状态的判断，准确控制机组不同运行状态时的给煤量，才能保证机组在参与调频调峰时的负荷响应快速性和主要参数的稳定性。
本发明算法逻辑图，即基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制算法逻辑如图1所示。图1中，一次调频目标，二次调频增量目标，负荷指令，实际负荷，磨煤机给煤量，均可直接从DCS实时数据库中读取。切换条件升负荷蓄能不足，降负荷蓄能不足，升负荷，降负荷，由逻辑判断得出，机组的主蒸汽压力、主蒸汽温度的变化趋势与机组负荷指令的变化趋势一致时则认为蓄能充足，机组的主蒸汽压力、主蒸汽温度的变化趋势与机组负荷指令的变化趋势不一致时则认为蓄能不足，速率限制前的负荷指令大于速率限制后的负荷指令时认为升负荷，速率限制前的负荷指令小于速率限制后的负荷指令时认为降负荷。f1(x)为非线性函数发生器，其输入为一次调频目标，输出为一次调频给煤量前馈。f2(x)为非线性函数发生器，其输入为二次调频增量目标，输出为二次调频给煤量前馈。f3(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷指令，输出为机组蓄能充足给煤量前馈。f4(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷指令，输出为机组升负荷时蓄能不足给煤量前馈。f5(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷指令，输出为机组降负荷时蓄能不足给煤量前馈。f6(x)为非线性函数发生器，其输入为实际负荷，输出为升负荷时的给煤量前馈修正系数，范围0~1，用于机组处于高峰期调峰时修正给煤量前馈。f7(x)为非线性函数发生器，其输入为实际负荷，输出为降负荷时的给煤量前馈修正系数，范围0~1，用于机组处于低谷期调峰修正给煤量前馈。f8(x)为非线性函数发生器，其输入为磨煤机给煤量，输出为磨煤机出力的给煤量前馈修正系数，范围0~1，用于依据磨煤机的出力能力修正给煤量前馈。f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)的功能是形成基于电网调频调峰的火电机组给煤量基准值，f6(x)、f7(x)、f8(x)则根据机组运行的边界条件对给煤量基准值进行修正。f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)、f6(x)、f7(x)、f8(x)的参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是通过现有DCS协调控制系统，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。
下面以某600MW超临界火电机组为例，介绍算法参数整定结果，如表1所示。
机组概况：该600MW超临界燃煤发电机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造，发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造。该机组锅炉为超临界参数直流炉、一次中间再热、单炉膛平衡通风、∏型布置、前后墙对冲旋流燃烧方式、全钢构架悬吊结构、紧身封闭、固态排渣煤粉锅炉。制粉系统采用正压直吹式，配有6台磨煤机；设有两台50%容量的一次风机提供一次热、冷风输送煤粉。控制系统采用的是美国福克斯波罗公司技术，协调控制系统采用以锅炉跟随为基础的协调控制系统，燃水比控制采用水跟煤方式。
表1中与f1(x)对应的x为一次调频目标（MW）；与f2(x)对应的x为二次调频增量目标（MW）；与f3(x)对应的x为负荷指令（MW）；与f4(x)对应的x为负荷指令（MW）；与f5(x)对应的x为负荷指令（MW）；与f6(x)对应的x为实际负荷（MW）；与f7(x)对应的x为实际负荷（MW）；与f8(x)对应的x为磨煤机给煤量（t/h）；该机组的一次调频目标、二次调频增量目标、负荷指令、实际负荷、磨煤机给煤量均可直接从DCS实时数据库中读取；完成基于电网调频调峰的给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到基于电网调频调峰的给煤量控制回路接口中作为给煤量控制的前馈信号后，将系统投入实际运行，根据机组调频调峰控制运行曲线和给煤量控制曲线，反复在线整定f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)、f6(x)、f7(x)、f8(x)相应参数，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内，有效降低了运行人员的劳动强度；现场调试过程简单，便于工程实现。
表1 基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制参数整定
| x(MW) | -36 | -2 | 0 | 2 | 36 |
| f1(x)(t/h) | -5 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| x(MW) | -12 | -2 | 0 | 2 | 12 |
| f2(x)(t/h) | -10 | 0 | 0 | 0 | 10 |
| x(MW) | 0 | 300 | 400 | 500 | 600 |
| f3(x)(t/h) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| x(MW) | 0 | 300 | 400 | 500 | 600 |
| f4(x)(t/h) | 10 | 10 | 8 | 6 | 3 |
| x(MW) | 0 | 300 | 400 | 500 | 600 |
| f5(x)(t/h) | 0 | -2 | -6 | -8 | -10 |
| x(MW) | 0 | 300 | 400 | 500 | 600 |
| f6(x) | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| x(MW) | 0 | 300 | 400 | 500 | 600 |
| f7(x) | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| x(t/h) | 0 | 40 | 50 | 60 | 70 |
| f8(x) | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
Claims (5)
1.基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：在原协调控制系统的逻辑组态给煤量控制回路中增加基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口；
第二步：进行基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路接口中作为给煤量控制的前馈信号；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
2.根据权利要求1所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路包括判断机组的运行状态，依据机组不同的运行状态计算机组的给煤量前馈信号。
3.根据权利要求2所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的机组的运行状态，包括一次调频动作、二次调频动作、机组处于低谷期调峰、机组处于高峰期调峰、机组的蓄能与机组的调频调峰方向一致、机组的蓄能与机组的调频调峰方向相反、磨煤机出力能力满足调频调峰的要求、磨煤机出力能力达到安全边界不满足调频调峰的要求。
4.根据权利要求2所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的机组的给煤量前馈信号，是由多个基于机组运行状态的给煤量和多个基于机组运行状态的修正系数组成，包括一次调频给煤量前馈、二次调频给煤量前馈、机组的蓄能充足给煤量前馈、机组蓄能不足给煤量前馈，机组处于低谷期调峰修正系数、机组处于高峰期调峰修正系数、磨煤机出力能力满足调频调峰的要求修正系数、磨煤机出力能力不满足调频调峰的要求修正系数。
5.根据权利要求1所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制方法，其特征在于：所述的基于电网调频调峰的火电机组给煤量控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据机组调频调峰控制运行曲线和给煤量控制曲线，反复在线整定相关参数，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。
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