CN104360659A - 一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统，该系统根据火电机组的热力特性，采用多变量自适应动态解耦算法针对机组滑压段和定压段分别解耦的方法，实现汽机调节回路与锅炉调节回路间的动态解耦，通过动态解耦控制器将火电机组双输入双输出强耦合性协调控制系统解耦成两个独立的动态跟踪和稳定控制的自动控制系统，该系统最大限度地消除了主汽压力和机组负荷调节回路的耦合影响，改善了滑压、变负荷工况下单元机组协调控制系统的控制品质。本发明将机组变负荷工况分滑压段和定压段分别解耦，实现了动态解耦的目的，解决了火电机组难以稳定控制的问题，可广泛应用于火电机组的协调控制。

Description

一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统
 
技术领域    
    本发明涉及一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统，属火电厂热工自动控制领域。
背景技术    
单元火电机组的负荷调度是利用锅炉燃料量和汽机调门开度的协调控制实现的，由于锅炉和汽轮发电机间动态特性的显著差异和相互之间的强耦合作用，运用常规的协调控制策略往往会出现机组参数波动幅度大，机组负荷适应性差等问题。
目前大容量的单元机组，为了提高机组的热效率和经济性，一般情况下均采用滑压运行方式，滑压运行的区间一般选取在40%-90%MCR，也是机组AGC方式运行的主要负荷区间。常规协调控制系统中，给煤量和汽机调门是同步动作的。由于汽机调门动作的影响，使主汽压力的对象特性变得很复杂，同时汽压对象本身又是一个大迟延大惯性环节，调节过程中与设定值的偏差较大，对于AGC方式下负荷指令频繁变化的复杂工况适应性较差。此外，该方式最主要的弊端还在于其负荷与汽压的响应是同步的，汽压与负荷变化时对热量的需求与排斥也始终是同向的，在负荷变化初始段，两者相互制约，产生大延时，而在接近目标负荷时，又相互激励，造成较大超调。在这种方式下，系统整定困难，调节品质差，很难满足AGC方式下的滑压控制要求。
发明内容    
本发明的目的在于提供一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统，该系统可克服以上的缺点，提高机组的协调控制品质，保证系统稳定运行。
本发明的技术方案为，本发明采用多变量自适应动态解耦算法针对机组滑压段和定压段分别解耦的方法，实现汽机功率调节回路与锅炉主汽压力调节回路间的动态解耦，通过动态解耦控制器将火电机组双输入双输出强耦合性协调控制系统解耦成两个独立的动态跟踪和稳定控制的自动控制系统。
所述动态解耦控制器接收机组负荷设定值信号、机组负荷设定值和实际值的偏差信号、主汽压力设定值信号和主汽压力设定值和实际值的偏差信号，通过多变量自适应动态解耦算法将机组变负荷工况分滑压运行和定压运行两个阶段解耦；动态解耦控制器根据机组的运行特性自适应地调整汽机调节回路和锅炉调节回路的相对耦合增益系数，实现系统的动态解耦。
所述机组滑压段在变负荷时，根据机组运行工况减弱或闭锁汽机调门调节回路的功率调节功能即减弱汽机调门的开度变化，通过锅炉调节回路改变锅炉给煤量来实现机组负荷和主汽压力的变化；机组定压段在变负荷时，根据机组运行工况加强锅炉调节回路的主汽压力稳定功能，汽机调节回路线性调节机组负荷。
本发明提出的多变量自适应动态解耦算法的基本原理是：机组运行在滑压段和定压段的机组热力特性是不同的。机组运行在滑压段时，负荷的改变主要是依靠主蒸汽的热力参数改变来实现的，汽机调门对机组负荷的作用很弱，汽机调门的动作反而会使主汽压力的对象特性变得很复杂，加大了机组的控制难度，因此在滑压段，根据机组的运行工况闭锁或减弱汽机调节器的控制作用，消除汽机调门对负荷和压力的耦合影响，通过锅炉调节器改变给煤量来保证机组负荷和主汽压力跟随设定值同步变化，将协调控制系统解耦成单输入双输出的控制系统。机组定压运行时调门开度与机组负荷存在线性的对应关系，根据这个特性可将汽机调节器解耦成调门和机组负荷的单回路线性调节系统，锅炉调节器解耦成给煤量和主汽压力的单回路调节系统，并应用相对耦合增益补偿和大的微分和超前环节来抵消锅炉侧制粉系统的惯性和迟延。
本发明的优点在于，本发明构成了一个基于多变量自适应解耦的火电机组协调控制系统，根据机组热力特性将机组变负荷工况分滑压段和定压段分别解耦，实现了动态解耦的目的，解决了火电机组难以稳定控制的问题。
本发明可广泛应用于火电机组的协调控制。
附图说明    
图1为本发明一种基于多变量自适应解耦火电机组协调控制系统原理图；
图2本发明实际应用的负荷变动曲线图；
图中，曲线1表示机组负荷设定值；曲线2表示主汽压力设定值；曲线3表示机组实际负荷；曲线4表示主汽压力实际值；曲线5表示给煤量；曲线6表示汽机调门开度总指令；曲线7表示给水量。
具体实施方式
动态解耦控制器里是本发明一个打包形成的软件系统，它接收机组负荷设定值信号、机组负荷设定值和实际值的偏差信号、主汽压力设定值信号和主汽压力设定值和实际值的偏差信号，通过集成的逻辑组态运算后，将计算结果输出到汽机功率调节回路与锅炉主汽压力调节回路，以实现协调控制。
如图1所示，本发明在具体实施时，动态解耦控制器接收机组负荷设定值信号、机组负荷设定值和实际值的偏差信号、主汽压力设定值信号和主汽压力设定值和实际值的偏差信号，通过多变量自适应动态解耦算法进行系统解耦。并将运算后的控制信号送入汽机控制器和锅炉控制器中进行解耦控制。具体解耦控制信号包括：主汽压力设定值发生变化（滑压运行）后，向汽机控制器输出闭锁或减弱调节信号，闭锁汽机调门大幅动作，向锅炉控制器输出相对耦合增益补偿和负荷、主汽压力偏差的微分和超前控制信号，加快对机组负荷和主汽压力的控制响应；主汽压力设定值保持不变（定压运行）时，根据负荷-调门响应曲线向汽机控制器输出线性控制信号，保证机组负荷跟随负荷设定值变化，向锅炉控制器输出相对耦合增益补偿和负荷、主汽压力偏差的微分和超前控制信号，保证主汽压力的相对稳定。
解耦后的协调控制系统由汽机控制系统和锅炉控制系统两个独立动态跟踪和稳定控制自动控制系统组成。
其中汽机控制系统接入机组负荷设定值和实际值的偏差信号和多变量自适应解耦控制器的输出信号，经解耦后的控制作用具体表现在：汽机调节在机组滑压段变负荷时，根据机组运行工况减弱或闭锁汽机调门调节回路的功率调节功能即减弱汽机调门的开度变化，相当于开环不输出控制作用；在机组定压段变负荷时，根据机组负荷偏差信号和解耦控制信号，汽机调节回路线性调节机组负荷。
其中锅炉控制系统接入主汽压力设定值和实际值的偏差信号和多变量自适应解耦控制器的输出信号，经解耦后的控制作用具体表现在：在机组滑压段变负荷时，通过改变给煤量来保证机组负荷和主汽压力跟随设定值同步变化，将相当于一个单输入双输出的控制系统；在机组定压段变负荷时，接入解耦控制输出的相对耦合增益补偿和负荷、主汽压力偏差的微分和超前控制信号，保证主汽压力的相对稳定。
将本发明所述的方法进行工程化处理后，应用于某电厂600MW超临界机组中，记录机组一天正常运行的变化趋势图，负荷变动的范围为350MW-600MW，负荷指令的变化速率为2%Pe负荷的动态偏差在6MW以内，最大压力偏差为0.4MPa,动态过程满足控制品质要求，如图2所示。从曲线可以看出本发明提出的分滑压段和定压段分别解耦的控制策略，在滑压段汽机调门小幅平缓变化，定压段线性调节机组负荷。图2中，曲线1表示机组负荷设定值；曲线2表示主汽压力设定值；曲线3表示机组实际负荷；曲线4表示主汽压力实际值；曲线5表示给煤量；曲线6表示汽机调门开度总指令；曲线7表示给水量。

Claims (3)

1.一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统，其特征在于，所述系统采用多变量自适应动态解耦算法针对机组滑压段和定压段分别解耦的方法，实现汽机功率调节回路与锅炉主汽压力调节回路间的动态解耦，通过动态解耦控制器将火电机组双输入双输出强耦合性协调控制系统解耦成两个独立的动态跟踪和稳定控制的自动控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统，其特征在于，所述动态解耦控制器接收机组负荷设定值信号、机组负荷设定值和实际值的偏差信号、主汽压力设定值信号和主汽压力设定值和实际值的偏差信号，通过多变量自适应动态解耦算法将机组变负荷工况分滑压运行和定压运行两个阶段解耦；动态解耦控制器根据机组的运行特性自适应地调整汽机调节回路和锅炉调节回路的相对耦合增益系数，实现系统的动态解耦。
3.根据权利要求1所述的一种基于多变量自适应动态解耦的火电机组协调控制系统，其特征在于，所述机组滑压段在变负荷时，根据机组运行工况减弱或闭锁汽机调门调节回路的功率调节功能即减弱汽机调门的开度变化，通过锅炉调节回路改变锅炉给煤量来实现机组负荷和主汽压力的变化；机组定压段在变负荷时，根据机组运行工况加强锅炉调节回路的主汽压力稳定功能，汽机调节回路线性调节机组负荷。
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