CN104344421A - 一种火力发电协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火力发电协调控制方法，用稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比与负荷指令相乘可算出负荷指令所需的准确煤量，再通过热耗系数进行修正，即可得到升降负荷阶段所需的精确煤量。本发明避免锅炉主汽压力在升降负荷阶段大幅波动，提高了机组对煤种的适应性，保证燃烧过程稳定。

Description

一种火力发电协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种火力发电协调控制方法。

背景技术

当前各火力发电厂为节约成本，均不同程度的开展配煤掺烧工作，购进的煤种比较复杂，煤质变化比较大，同时为满足环保要求以及电网对一次调频和AGC(Automatic Generation Control，自动发电量控制)的要求越来越严，导致锅炉主汽压力波动普遍较大，特别是在变负荷工况，这个问题尤显突出，而火力发电厂控制系统最重要的参数之一就是主汽压力，主汽压力波动可能会造成风量、主蒸汽温度、氧量、炉膛负压、给水等大幅波动，因此主汽压力的稳定与否，决定机组稳定燃烧的程度。

常规的协调控制系统对于压力的控制一般由锅炉主控来实现的，锅炉主控把负荷指令函数作为前馈，在升降负荷时可以起到一个煤量粗调的作用，通过主蒸汽压力偏差PID的输出修正煤量作为细调。机组在实际运行时，很难保证所投入煤种的发热量与设计煤种相同(体现在负荷指令对应的煤量函数)，特别在负荷升降阶段，负荷指令函数很难准确给定目标负荷所需煤量，只有被动的通过主蒸汽压力的反复波动，通过压力PID来修正煤量，最终找到新的煤量平衡点。

传统协调控制系统没有考虑煤质频繁变化对机组主汽压力、功率等重要参数的影响，也没有因煤质变化而对控制策略做相应改变，因此，传统的协调控制已经难以满足新形势对控制系统的要求，急需新的智能控制来提升协调控制能力。

协调优化控制技术作为当前研究的热点和难点一直被各个发电集团、科研院所、国外厂商所关注，无一类外地采用先进的控制技术如：预测控制、神经网络控制、自适应控制等技术应用到火电机组的优化控制中来，并且开发出各种高级智能算法和控制方案，因此对控制平台提出了更高的要求，由于常规的DCS(DistributedControl System，分布式控制系统)无法满足智能算法的应用环境，因此大多采用独立于DCS系统之外的一套独立协调优化控制平台来实现上述功能。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种利用电厂原有DCS系统，能够对升降负荷目标值煤量精确控制，避免锅炉主汽压力大幅波动，保证燃烧稳定的火力发电协调控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种火力发电协调控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将每时刻的燃煤量和实际负荷相除得到实时变化的功煤比；

步骤2，在负荷指令变化时，取负荷指令所对应的热耗值与负荷指令变化瞬间的热耗值相除得到热耗系数；

步骤3，将负荷指令变化瞬间的功煤比与热耗系数以及负荷指令相乘得到负荷指令变化过程中所需的精确煤量。

进一步，在步骤3之后增加一个步骤，将精确煤量转换为煤量指令来控制给煤机的给煤量。

进一步，在步骤1中，所述燃煤量和实际负荷的数值为多个时间点的平均值。

进一步，当前后时刻燃煤量的偏差值、前后时刻实际负荷的偏差值、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在设定范围内时，机组处于稳定状态，当机组处于稳定状态时发出稳态触发脉冲。

进一步，在前后时刻燃煤量的偏差值、前后时刻实际负荷的偏差值、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在设定范围内持续t1时间后，机组发出稳态触发脉冲。

进一步，当稳态触发脉冲持续t2时间后，稳态触发脉冲消失，重新判断机组是否处于稳定状态。

进一步，当机组发出稳态触发脉冲时，所述功煤比实时变化，当机组稳态触发脉冲消失时，所述功煤比保持稳态触发脉冲消失瞬间的数值。

进一步，当机组发出稳态触发脉冲时，所述热耗系数为1，当机组稳态触发脉冲消失时，保持稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值作为分母，将负荷指令所对应的热耗值作为分子。

进一步，当机组满足处于稳态协调控制模式、稳态触发脉冲存在、负荷指令在设定范围内时，机组控制给煤量不变。

综上内容，本发明所述的一种火力发电协调控制方法，通过计算能够反映煤质变化的功煤比，在机组升降负荷阶段将负荷变化瞬间的功煤比与负荷指令相乘，并且通过热耗系数进行修正，得到升降负荷阶段所需的精确煤量，避免锅炉主汽压力在升降负荷阶段大幅波动，提高了机组对煤种的适应性，保证燃烧过程稳定。

附图说明

图1是本发明燃煤量和实际负荷均值选择逻辑图；

图2是本发明稳态触发脉冲设计逻辑图；

图3是本发明功煤比计算逻辑图；

图4是本发明热耗系数计算逻辑图；

图5是本发明煤量指令形成逻辑图；

图6是本发明逻辑总图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种火力发电协调控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将每时刻的燃煤量和实际负荷相除得到实时变化的功煤比。燃煤量和实际负荷的数值为多个时间点的平均值。

如图1所示，燃煤量和实际负荷的平均值通过均值选择模块实现，均值选择模块包括TRANSPORT模块和MEDIANSELECT模块。其中TRANSPORT模块是对模拟量输入点进行延时输出的算法模块，MEDIANSELECT模块设置为均值功能，作用为中值选择。

在本实施例中，包括两个TRANSPORT模块，第一个TRANSPORT模块设置延时时间为3分钟，第二个TRANSPORT模块设置延时时间为6分钟。燃煤量或实际负荷经采集进入第一个TRANSPORT模块后，延时3分钟才输出，燃煤量或实际负荷经采集进入第二个TRANSPORT模块后，延时6分钟才输出，MEDIANSELECT模块将每6分钟的当前值、从第一个TRANSPORT模块输出的前3分钟数值、从第二个TRANSPORT模块输出的前6分钟数值进行取均后输出平均值，作为燃煤量或实际负荷在这段时间内的数值。

MEDIANSELECT模块设置报警参数，当当前燃煤量同3分钟前时刻和6分钟前时刻的数值差在5吨以上则报警，MEDIANSELECT模块的XALM＝1；当当前实际负荷同3分钟前时刻和6分钟前时刻的数值差在10MW以上则报警，MEDIANSELECT模块的XALM＝1。

为使功煤比能够真实反映煤质变化，需要机组处于稳定状态下。当前后时刻燃煤量的偏差值、前后时刻实际负荷的偏差值、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在设定范围内时，可判断机组处于稳定状态，当机组处于稳定状态时发出稳态触发脉冲。在本实施例中，前后时刻燃煤量的偏差值在5吨范围内、前后时刻实际负荷的偏差值在10MW范围内、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在±0.3MPa范围内时，机组处于稳定状态。

在前后时刻燃煤量的偏差值、前后时刻实际负荷的偏差值、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在设定范围内持续t1时间后，机组发出稳态触发脉冲。当稳态触发脉冲持续t2时间后，稳态触发脉冲消失，重新判断机组是否处于稳定状态。在本实施例中，t1为8分钟，t2为2分钟。

如图2所示，当当前燃煤量同3分钟前时刻和6分钟前时刻的数值差在5吨范围内时，MEDIANSELECT模块的XALM＝0，取非后为1，说明煤量稳定；当当前实际负荷同3分钟前时刻和6分钟前时刻的数值差在10MW范围内时，MEDIANSELECT模块的XALM＝0，取非后为1，说明负荷稳定；锅炉主汽压力采样前后偏差在±0.3MPa内，HIGHLOWMON模块输出为0，取非后为1，说明主汽压力稳定。

在燃煤量偏差和主汽压力偏差满足稳定后，通过AND模块1输出“1”，在经过上升沿触发延时模块2-1延时t1后进入AND模块3，在实际负荷偏差满足稳定后，经过上升沿触发延时模块2-2延时t1后进入AND模块3，AND模块3输出“1”，这样机组处于稳定状态t1时间后，机组发出稳态触发脉冲。AND模块3输出至上升沿触发延时模块4延时t2后进入AND模块1，当稳态触发脉冲持续t2时间后，AND模块1复位，重新判断机组是否处于稳定状态，即重新进行t1时间的计时，进入下一个采样触发脉冲循环。

稳态触发脉冲用于功煤比计算、热耗系数计算、煤量指令形成。只有在机组处于稳态时，即稳态触发脉冲存在时，功煤比的数值才真正代表煤质的变化。

如图3所示，功煤比的计算通过功煤比计算模块实现，包括除法模块、RUNAVERAGE模块、LEADLAG函数模块。除法模块用于燃煤量和实际负荷均值选择模块输出的燃煤量和实际负荷相除。

RUNAVERAGE模块是以设置的采样间隔时间内收集的样本进行求平均值的算法模块。在采样间隔时间内，输出均为N个样本的平均值，样本包括最近的样本和之前N-1个样本，每次采样时，丢弃时间最早的样本，将最新的样本补入。在本实施例中RUNAVERAGE模块的采样间隔时间设定为5分钟。

LEADLAG函数模块是非线性的超前/滞后函数模块，具有两个参数LEAD和LAG，当LEAD＝0时，LAG>0时，该模块为滞后模块，在本实施例中，用于平滑输入变化量。

燃煤量和实际负荷通过除法模块相除得到功煤比，功煤比输出值第一个RUNAVERAGE模块，第一个RUNAVERAGE模块将功煤比数据处理后输出至切换块5的Y路输入端，切换块5输出端输出至第二个RUNAVERAGE模块，第二个RUNAVERAGE模块分别输出至切换块5的N路输入端以及LEADLAG函数模块，LEADLAG函数模块输出至切换块6的Y路输入端，切换块6输出端分别输出至切换块6的N路输入端和煤量指令形成模块。

稳态触发脉冲分别控制切换块5和切换块6的切换，当机组发出稳态触发脉冲时，功煤比能够反映煤质变化，切换块5和切换块6均为Y路导通，功煤比能够实时随燃煤量和实际负荷采样变化而变化，经过两个RUNAVERAGE模块以及LEADLAG函数模块处理后形成实时变化功煤比反映煤质变化。当稳态触发脉冲消失时，切换块5和切换块6均为N路导通，第二个RUNAVERAGE模块的输出至切换块5的N路输入端，将稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比进行反复处理，切换块6的输出端输出至切换块6的N路输入端，经LEADLAG函数模块输出的功煤比被保持，并且输出至煤量指令形成模块用于煤量指令的计算。

步骤2，在负荷指令变化时，取负荷指令所对应的热耗值与负荷指令变化瞬间的热耗值相除得到热耗系数。当机组发出稳态触发脉冲时，热耗系数为1，当机组稳态触发脉冲消失时，保持稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值作为分母，将负荷指令所对应的热耗值作为分子。

如图4所示，热耗系数计算模块包括f(x)函数模块、Ratel imit算法模块、LEADLAG函数模块、除法模块。

f(x)函数模块用于根据负荷指令输出负荷指令所对应的热耗值，如下表所示，将表中空冷机组热耗参数和湿冷机组热耗参数分别输入各自机组控制系统中的f(x)函数模块中，当负荷指令变化时，f(x)函数模块根据负荷指令与总负荷的比值确定负荷率，根据负荷率输出的相应的热耗值。

f(x)函数模块将热耗值输出至除法模块作为分子，还将热耗值输出至切换块7的Y路输入端，切换块7的输出端输出至除法模块作为分母，切换块7的输出端还输出至切换块7的N路输入端。

当机组处于稳定状态时，切换块7接收到稳态触发脉冲，切换块7的Y路导通，从f(x)函数模块输出的热耗值一方面进入除法模块作为分子，另一方面通过切换模块7的Y路输入端至输出端输出到除法模块作为分母，即除法模块中的分子和分母数值相同，除法模块的输出恒为1。

当升降负荷负荷指令发生变化时，机组不处于稳定状态，稳态触发脉冲消失，切换块7的N路导通，f(x)函数模块随着负荷指令的变化输出不同的热耗值作为除法模块的分子，切换块7的输出端输出至N路输入端，即保持了稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值，该热耗值被切换块7反复输出至除法模块作为分母，这样除法模块的分母一直保持为稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值，分子为随负荷指令变化而变化的热耗值。

例如湿冷机组需要将负荷从600WM降至540WM，即负荷率从100％降至90％，此时稳态触发脉冲消失，切换块7的N路导通，600WM所对应的热耗值为7768被保持为分母，f(x)函数模块将600WM至540WM分为几段，例如分为600WM、580WM、560WM、540WM，600WM与540WM所对应的热耗值已知，f(x)函数模块按线性关系分别计算出580WM、560WM所对应的热耗值，分别将600WM、580WM、560WM、540WM所对应的热耗值与所保持的热耗值7768相除得到每段所对应的热耗系数，逐步控制热耗系数变化。

除法模块输出的热耗系数经过Ratel imit算法模块、LEADLAG函数模块输出至煤量指令形成模块。

Ratel imit算法模块为速率限制模块，如果输出的变化率小于或等于速率限制，则输出等于输入，如果输出的变化率大于速率限制，则输出变化率为速率限制值，避免当稳态触发脉冲触发时，热耗系数大幅变化。

当稳态触发脉冲触发时，切换块7的Y路导通，热耗系数会突然变为1，会使热耗系数变化过大，因此对切换块7变化率进行限制，触发脉冲触发几次后，才能使切换块7的Y路与输出相等，热耗系数逐步变为1，避免在机组达到稳定状态时热耗系数大幅波动。

步骤3，将负荷指令变化瞬间的功煤比与热耗系数以及负荷指令相乘得到负荷指令变化过程中所需的精确煤量。

如图5所示，在升降负荷时，负荷指令变化，机组不处于稳定状态，稳态触发脉冲消失，稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比通过切换块6被保持并且反复输出，负荷指令所对应的热耗值与切换块7所保持的稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值相除得到热耗系数，稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比与热耗系数相乘后再与负荷指令相乘即可得到升降负荷阶段所需的精确煤量。

步骤4，将精确煤量转换为煤量指令来控制给煤机的给煤量。通过步骤3所得到的精确煤量通过系数模块K转换为煤量指令。在升降负荷结束后，负荷达到负荷指令目标值，机组会进入稳定状态，稳定触发脉冲开始触发，功煤比又会通过切换块6的Y路导通开始实时变化，并且热耗系数也会通过切换块7的Y路导通开始趋近于1，这样会导致煤量指令产生新的变化，造成机组的扰动，因此增加了吸收模块与切换模块。

如图5所示，计算后的精确煤量输出至切换块11的N路输入端，切换块11的输出端分别输出至系数模块K和切换块11的Y路输入端。切换模块包括一个TRANSPORT模块、设置为减法功能的加法模块8和AND模块10。TRANSPORT模块输出的前3分钟的负荷指令与当前值负荷指令在模块8中相减，变化范围在±5MW内，并且机组稳态协调控制(LDCAUTO)模式、稳态触发脉冲存在时，AND模块10输出值为“1”，AND模块10控制切换块11的Y路导通，切换块11保持之前的精确煤量不变，循环输出至系数模块K，在升降负荷阶段，由于负荷指令不在±5MW内，或者稳态触发脉冲消失，AND模块10输出为“0”，切换块11的N路导通，实时变化的负荷指令与功煤比、热耗系数进行相乘计算的精确煤量输出至系数模块K。即当机组满足处于稳态协调控制(LDCAUTO)模式、稳态触发脉冲存在、负荷指令在设定范围(±5MW)内的三方面条件时，机组控制给煤量不变。

精确煤量通过加法模块9输出至切换块11的N路输入端，机组处于稳定状态时，精确煤量输入跟随稳态触发脉冲随煤质实时变化，但是切换块11输出被保持，加法模块9的输出被钳制住，此时利用加法模块9的跟踪功能，由吸收模块通过加法模块9用于吸收精确煤量输入与输出的差值，加法模块9用于比较输出值与精确煤量输入值的差值，将差值通过吸收模块吸收。

通过吸收模块与切换模块，当机组不在升降负荷阶段时，无论功煤比如何变化，输出的煤量指令均不会变化，当机组处于升降负荷阶段时，所计算出的精确煤量才能实时转换为煤量指令，有效避免了在升降负荷结束后产生新的扰动问题。

如图6所示，综上所述，本发明采集计算实时变化的功煤比，该功煤比只有在机组稳定状态下才能真实反映煤质变化，随煤质变化功煤比也实时变化，在机组不处于升降负荷阶段时，无论功煤比如何变化，机组的煤量指令均不变，功煤比在机组不升降负荷时只是实时变化，反映实时煤质情况，以便在升降负荷阶段能够反映当时的煤质情况。

在升降负荷阶段，由于负荷和煤量均在变化，因此功煤比在这个阶段是保持不变的，用稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比与负荷指令相乘可算出负荷指令所需的准确煤量，再通过热耗系数进行修正，即可得到升降负荷阶段所需的精确煤量。具体而言，在升降负荷阶段，保持稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比，以及稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值，通过负荷指令所对应的热耗值与保持的稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值相除得到热耗系数，用热耗系数与保持的稳态触发脉冲消失瞬间的功煤比相乘，再与负荷指令相乘即可得到升降负荷阶段所需的精确煤量，转换为煤量指令即可控制给煤机的给煤量。

经过试验得知，本发明很好的解决了火力发电厂在升降负荷时出现的压力不稳定，导致负荷大幅波动的问题，使负荷变化过程中主汽压力参数偏差大幅减小，提高了机组燃烧稳定性，并且本发明仅采用机组原先的DCS系统，无需增加新的控制系统或其他硬件即可实现发明目的，具有良好的应用前景和推广价值。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种火力发电协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将每时刻的燃煤量和实际负荷相除得到实时变化的功煤比；

步骤2，在负荷指令变化时，取负荷指令所对应的热耗值与负荷指令变化瞬间的热耗值相除得到热耗系数；

步骤3，将负荷指令变化瞬间的功煤比与热耗系数以及负荷指令相乘得到负荷指令变化过程中所需的精确煤量。

2.根据权利要求1所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：在步骤3之后增加一个步骤，将精确煤量转换为煤量指令来控制给煤机的给煤量。

3.根据权利要求1所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：在步骤1中，所述燃煤量和实际负荷的数值为多个时间点的平均值。

4.根据权利要求1所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：当前后时刻燃煤量的偏差值、前后时刻实际负荷的偏差值、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在设定范围内时，机组处于稳定状态，当机组处于稳定状态时发出稳态触发脉冲。

5.根据权利要求4所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：在前后时刻燃煤量的偏差值、前后时刻实际负荷的偏差值、前后时刻锅炉主汽压力的偏差值在设定范围内持续t1时间后，机组发出稳态触发脉冲。

6.根据权利要求4所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：当稳态触发脉冲持续t2时间后，稳态触发脉冲消失，重新判断机组是否处于稳定状态。

7.根据权利要求4所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：当机组发出稳态触发脉冲时，所述功煤比实时变化，当机组稳态触发脉冲消失时，所述功煤比保持稳态触发脉冲消失瞬间的数值。

8.根据权利要求4所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：当机组发出稳态触发脉冲时，所述热耗系数为1，当机组稳态触发脉冲消失时，保持稳态触发脉冲消失瞬间的热耗值作为分母，将负荷指令所对应的热耗值作为分子。

9.根据权利要求4所述的一种火力发电协调控制方法，其特征在于：当机组满足处于稳态协调控制模式、稳态触发脉冲存在、负荷指令在设定范围内时，机组控制给煤量不变。