CN104456513B - 一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法，包括有改进前馈补偿量和修正系数的自整定功能，对前馈补偿量进行了改进，引入末级过热器对流后烟温作为前馈补偿信号，并留有修正系数，两者相乘作为最终的前馈补偿量；根据主汽温不同的变化趋势，考虑现场减温水阀门特性，将修正系数细化，满足不同工况下的稳定调节。本发明增加了修正系数的自整定功能，当主汽温每经历一次震荡，修正系数就会自动进行相应的调整，确保下一周期的调节性能优于本周期。降低了现场运行人员的工作强度，提高了机组运行的经济性，实现了主汽温稳定控制。

Description

一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法

技术领域

本发明涉及一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法，具体涉及一种预估控制的火力发电厂锅炉发电机组主汽温控制技术领域。

背景技术

火力发电厂锅炉主汽温调节过程是典型的大延迟热工过程，受热对象为多容、大惯性系统，受控系统存在严重的非线性和时变特性；且影响主汽温的扰动因素很多，如机组负荷，火焰中心位置等，给汽温调节带来很多的困难。目前火电厂中广泛采用以主汽温为主调、减温水出口温度为副调、机组负荷或氧量作为前馈的串级PID控制策略，虽然相比于常规控制取得了不错的控制效果，但是在连续大幅度增减负荷和长吹灰等复杂工况下，主汽温控制往往达不到理想效果，需要运行人员手动干预。

为了使主汽温自动控制能够在复杂工况下长期安全稳定投运，解决主汽温控制大滞后、非线性的特点，国内外自动调试工作人员在现场实践中将多种控制方法引入到主汽温控制中。改进型PID控制器、先进控制器和先进控制结构等均已有被引入火电厂热工过程中，实施了稳定可靠的现场应用或仿真试验。近年来，有学者提出了基于免疫遗传算法和神经网络的PID控制、模糊自适应预测函数控制、状态变量_预测控制、神经免疫反馈控制等复合控制方法，用于火电机组主汽温现场控制中，获得了良好的控制效果。这些研究对于探索复杂工况下的主汽温控制方法具有很好的促进作用，但都存在着结构复杂、参数整定规则繁多等缺点，使其在实际运用中难以得到有效的软硬件方面支持，导致现场实际难以推广运用。

发明内容

本发明的目的是提供一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法，该方法适用于DCS系统，能减轻现场运行人员的工作强度，提高机组运行经济性，并使系统具有较强的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法，其特征在于：该方法采用主汽温为主调、减温水出口温度为副调的串级PID控制策略，引入末级过热器对流后烟温或末级过热器对流前烟温或屏式过热器对流后烟温作为主汽温控制的前馈补偿量，并引入前馈补偿量修正系数K；前馈补偿量修正系数K为自寻优赋值，赋值范围为(-2，2)；具体包括以下步骤：

步骤1实时获取末级过热器对流后烟温或末级过热器对流前烟温或屏式过热器对流后烟温，对所选烟温先进行求导，再乘以0.3～0.75，将该值作为主汽温控制的前馈补偿量；前馈补偿量修正系数K自寻优赋值；

步骤2将主汽温控制的前馈补偿量与前馈补偿量修正系数K相乘之积作为主汽温控制副调PID的前馈信号，以减温水阀门满开度为100计，该前馈信号所对应减温水阀门开度调节的作用范围在(-15，15)内；

步骤3将主汽温控制副调PID的前馈信号与串级PID运算共同作用于减温水阀门控制输出。

本发明中，所述的前馈补偿量修正系数K自寻优赋值，由主汽温修正系数K1、K2和特殊工况修正系数K3相加计算取得，K＝K1+K2+K3，且K1、K2值范围为(-1，1)，K3范围为(-1.5，1.5)，K范围为(-2，2)；其中：

所述的主汽温修正系数K1、K2值，分别由K1、K2自动寻优逻辑模块实现赋值，方式如下：

设定：主汽温度设定值为SP，主汽温度测量值表示PV，设定一个调节周期为N，PV与SP最大绝对偏差值的设定值为Δsp，此周期时段主汽温的变化速度ΔPV/N的绝对值的设定值为Vt，Δsp值和Vt值根据现场控制效果要求达到的值来设定，当主汽温的变化值要求控制在5℃以内，则Δsp值设为3.5℃，Vt值设为2℃/min，所以一般情况下Δsp值为2～5℃，Vt值为2～3℃/min；在本调节周期N内，主汽温修正系数K1、K2调整的PV与SP值平均偏差设定值为a1，减温水阀门开度变化设定值a2；a1和a2为用户设定值，根据减温水调门的开度特性确定；

K1自动寻优逻辑模赋值，包括步骤：

S1当|PV-SP|＜Δsp时，K1＝0.5，进入步骤S7；当|PV-SP|≥Δsp时，进入步骤S2；

S2当|ΔPV/N|＜Vt时，K1＝0.5，进入K2自动寻优逻辑；当|ΔPV/N|≥Vt时，进入步骤S3；

S3K1初始值为(-1，1)任意值；

S4当减温水阀门开度变化ΔOP＜a2，K1＝(1.0～1.3)K1，且1≥K1≥-1，进入步骤S6；否则，进入步骤S5

S5当减温水阀门开度变化ΔOP≥a2，K1＝(0.9～1.0)K1，且1≥K1≥-1；其余情况保持K1值不变；

S6直至任一调节周期内|PV-SP|＜Δsp时，进入步骤S7；否则，重复步骤S4；

S7完成K1自动寻优；

K2自动寻优逻辑模赋值，其步骤与K1自动寻优逻辑模赋值步骤对应相同，差别在于“S2当|ΔPV/N|≥Vt时，K2＝0.5，进入K2自动寻优逻辑；当|ΔPV/N|＜Vt时，进入步骤S3”；

所述的特殊工况修正K3值，由反映锅炉燃特殊工况的现场氧量规定上下限值对应(-1.5，1.5)的线性函数对应取值，若无特殊工况变化K3＝0；特殊工况包括连续大幅度负荷增减和长吹灰等。

与现有技术相比，本技术有如下优点和积极效果：

本发明对传统控制进行了改进，引入了末级过热器对流后烟温作为前馈信号，增加了前馈补偿量的动态修正系数和最优调节自整定功能，有效地减少了现场运行人员的工作强度，提高了经济效益，达到了主汽温优化控制的目的，满足火力发电厂锅炉发电机组主汽温在复杂工况下的稳定控制需求。

附图说明

图1：控制原理示意图；

图2：主汽温控制逻辑图；

图3：校正系数K1自动寻优逻辑模块图；

图4：校正系数K2自动寻优逻辑模块图；

图5：采用优化控制方法前主汽温变化趋势图；

图6：采用优化控制方法后主汽温变化趋势图。

具体实施方式

一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法，其改进的预估控制寻优的具体步骤，下面通过结合附图对本发明的技术方案作进一步说明如下：

步骤1实时获取末级过热器对流后烟温或末级过热器对流前烟温或屏式过热器对流后烟温，对所选烟温先进行求导，再乘以0.3～0.75，将该值作为主汽温控制的前馈补偿量；前馈补偿量修正系数K自寻优赋值；

步骤2如图1，将主汽温控制的前馈补偿量与前馈补偿量修正系数K相乘之积作为主汽温控制副调PID的前馈信号，以减温水阀门满开度为100计，如图2，该前馈信号所对应减温水阀门开度调节的作用范围限制，一般限制范围为(-15，15)；

步骤3将主汽温控制副调PID的前馈信号与串级PID运算共同作用于减温水阀门控制输出。

步骤2中前馈补偿量修正系数K，如图2，K＝K1+K2+K3，由主汽温修正系数K1、K2和特殊工况修正系数K3计算取得，且K1、K2值范围为(-1，1)，K3范围为(-1.5，1.5)，K范围为(-2，2)；

其中：

所述的主汽温修正系数K1、K2值，分别由K1、K2自动寻优逻辑模块实现赋值，方式如下：

设定：主汽温度设定值为SP，主汽温度测量值表示PV，设定一个调节周期为N，PV与SP最大绝对偏差值的设定值为Δsp，此周期时段主汽温的变化速度ΔPV/N的绝对值的设定值为Vt，Δsp值和Vt值根据现场控制效果要求达到的值来设定，当主汽温的变化值要求控制在5℃以内，则Δsp值设为3.5℃，Vt值设为2℃/min，所以一般情况下Δsp值为2～5℃，Vt值为2～3℃/min；在本调节周期N内，主汽温修正系数K1、K2调整的PV与SP值平均偏差设定值为a1，减温水阀门开度变化设定值a2；a1和a2为用户设定值，根据减温水调门的开度特性确定；

K1、K2自动寻优逻辑模块赋值如图3和图4，为了结合图说明具体实施步骤，首先在K1、K2自动寻优逻辑模块设置判断条件①②③④⑤⑥，定义如下：

判断条件①：当|PV-SP|≥Δsp，且|ΔPV/N|≥Vt；

判断条件②：判断条件①满足条件下，当且ΔOP＜a2；

判断条件③：判断条件①满足条件下，当且ΔOP≥a2；

判断条件④：当|PV-SP|≥Δsp，且|ΔPV/N|＜Vt；

判断条件⑤：判断条件④满足条件下当且ΔOP＜a2；

判断条件⑥：判断条件④满足条件下当且ΔOP≥a2；

K1自动寻优逻辑模赋值如图3，包括步骤：

S1若判断条件①不满足，K1＝0.5，进入步骤S5；否则，进入步骤S2；

S2K1初始值为(-1，1)任意值；

S3若判断条件②满足，K1＝1.1K1，进入步骤S5；否则，进入步骤S4；

S4若判断条件③满足，K1＝0.9K1，进入步骤S5；否则，直接进入步骤S5；

S5对K1值进行储存并更新，K1＝K1，进入步骤S6；

S6直至任一调节周期内|PV-SP|＜Δsp时，进入步骤S7；否则，重复步骤S3；

S7完成K1自动寻优；

K2自动寻优逻辑模赋值如图4，包括步骤：

P1若判断条件④不满足，K2＝0.5，进入步骤P5；否则，进入步骤P2；

P2K2初始值为(-1，1)任意值；

P3若判断条件⑤满足，K2＝1.1K2，进入步骤P5；否则，进入步骤P4；

P4若判断条件⑥满足，K2＝0.9K2，进入步骤P5；否则，直接进入步骤P5；

P5对K2值进行储存并更新，K2＝K2，进入步骤P6；

P6直至任一调节周期内|PV-SP|＜Δsp时，进入步骤P7；否则，重复步骤P3；

P7完成K2自动寻优；

所述的特殊工况修正系数K3值，由反映锅炉燃特殊工况的现场氧量规定上下限值对应(-1.5，1.5)的线性函数对应取值，若无特殊工况变化K3＝0；特殊工况包括连续大幅度负荷增减和长吹灰等。

图5和图6都是两个小时的历史曲线，运行工况基本相近，且期间历经大负荷升降和长吹灰过程。在图5中，主汽温的值在512.2-544.7℃之间变化，中间多次切手动，主汽温测量值震荡大；在图6中，主汽温的值在533.9-539.7℃之间变化，中间没有切手动，主汽温测量值震荡小。通过对图5和图6中的历史曲线进行分析后，可以发现在采用了本控制优化方法后，主汽温的波动幅度明显减小，并且震荡次数也在减少，并且没有出现切除自动的情况发生，调节效果较未采用本发明时有了较大的改善。

Claims (2)

1.一种火力发电厂主汽温预估优化控制方法，该方法采用主汽温为主调、减温水出口温度为副调的串级PID控制策略，其特征在于：引入末级过热器对流后烟温或末级过热器对流前烟温或屏式过热器对流后烟温作为主汽温控制的前馈补偿量，并引入前馈补偿量修正系数K；前馈补偿量修正系数K为自寻优赋值，赋值范围为(-2，2)；具体包括以下步骤：

步骤1实时获取末级过热器对流后烟温或末级过热器对流前烟温或屏式过热器对流后烟温，对所选烟温先进行求导，再乘以0.3～0.75，将该值作为主汽温控制的前馈补偿量；前馈补偿量修正系数K自寻优赋值；

步骤2将主汽温控制的前馈补偿量与前馈补偿量修正系数K相乘之积作为主汽温控制副调PID的前馈信号，以减温水阀门满开度为100计，该前馈信号所对应减温水阀门开度调节的作用范围在(-15，15)内；

步骤3将主汽温控制副调PID的前馈信号与串级PID运算共同作用于减温水阀门控制输出。

2.根据权利要求1所述的火力发电厂主汽温预估优化控制方法，其特征在于：所述的前馈补偿量修正系数K自寻优赋值，由主汽温修正系数K1、K2和特殊工况修正K3系数相加计算取得，K＝K1+K2+K3，且K1、K2值范围为(-1，1)，K3范围为(-1.5，1.5)，K范围为(-2，2)；其中：

所述的主汽温修正系数K1、K2值，分别由K1、K2自动寻优逻辑模块实现赋值，方式如下：

设定：主汽温度设定值为SP，主汽温度测量值表示PV，设定一个调节周期为N，PV与SP最大绝对偏差值的设定值Δsp为2～5℃任意值，且此周期时段主汽温的变化速度ΔPV/N绝对值的设定值Vt为2～3℃/min任意值；在本调节周期N内，主汽温修正系数K1、K2调整的PV与SP值平均偏差设定值为a1，减温水阀门开度变化设定值a2；

K1自动寻优逻辑模赋值，包括步骤：

S1当|PV-SP|＜Δsp时，K1＝0.5，进入步骤S7；当|PV-SP|≥Δsp时，进入步骤S2；

S2当|ΔPV/N|＜Vt时，K1＝0.5，进入K2自动寻优逻辑；当|ΔPV/N|≥Vt时，进入步骤S3；

S3K1初始值为(-1，1)任意值；

S4当减温水阀门开度变化ΔOP＜a2，K1＝(1.0～1.3)K1，且1≥K1≥-1，进入步骤S6；否则，进入步骤S5；

S5当减温水阀门开度变化ΔOP≥a2，K1＝(0.9～1.0)K1，且1≥K1≥-1；其余情况保持K1值不变；

S6直至任一调节周期内|PV-SP|＜Δsp时，进入步骤S7；否则，重复步骤S4；

S7完成K1自动寻优；

K2自动寻优逻辑模赋值，其步骤与K1自动寻优逻辑模赋值步骤对应相同，差别在于“S2当|ΔPV/N|≥Vt时，K2＝0.5，进入K2自动寻优逻辑；当|ΔPV/N|＜Vt时，进入步骤S3”；

所述的特殊工况修正系数K3值，由反映锅炉燃特殊工况的现场氧量规定上下限值对应(-1.5，1.5)的线性函数对应取值，在无工况变化K3＝0；特殊工况包括连续大幅度负荷增减和长吹灰。