CN104791758B - 一种超临界循环流化床机组协调控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种超临界循环流化床机组协调控制系统，属于电站自动控制的技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种能够对超临界循环流化床机组的主蒸汽压力和负荷进行精确控制的协调控制系统；采用的技术方案为一种超临界循环流化床机组协调控制系统，包括：锅炉主控制器、汽机主控制器、指令输入模块和协调控制模块；所述指令输入模块的信号输出端与所述协调控制模块的信号输入端相连，所述协调控制模块的信号输出端分别与所述锅炉主控制器和汽机主控制器的信号输入端相连；适用于发电锅炉的应用领域。

Description

一种超临界循环流化床机组协调控制系统

技术领域

本发明一种超临界循环流化床机组协调控制系统，属于电站自动控制的技术领域。

背景技术

近年来，超临界循环流化床由于具有燃烧效率高、低污染、燃料适应性广的优点而得到越来越广泛的关注，但是，由于超临界循环流化床燃烧的复杂性和特殊性,使得实现超临界循环流化床机组的自动控制变得十分困难，严重制约着超临界循环流化床机组的推广应用。

首先，超临界循环流化床具有特殊的燃烧方式，使燃料在流化状态下燃烧，再加上大量灼热床料的存在，使得系统的热惯性巨大；其次，超临界循环流化床机组的控制系统既要满足热负荷的需要、稳定蒸汽压力、使床温稳定在合理范围之内，还肩负着维持合理的风煤比、保障燃烧效率、控制SO2和NOX排放量等诸多任务，控制系统的任务复杂；综上所述，超临界循环流化床机组是一个大滞后、强耦合、多输入、多输出的非线性系统，各个变量之间相互影响十分严重，传统的PID控制方案，难以保证超临界循环流化床机组的控制指标的实现。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够对超临界循环流化床机组的主蒸汽压力和负荷进行精确控制的协调控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种超临界循环流化床机组协调控制系统，包括：锅炉主控制器、汽机主控制器和指令输入模块，所述指令输入模块包括：主蒸汽测量压力指令模块、机组单元负荷指令模块、速率设置指令模块、机组实际总燃料量指令模块、机组实际负荷指令模块和机组负荷变化指令模块；所述系统还包括协调控制模块，所述主蒸汽测量压力指令模块、机组单元负荷指令模块、速率设置指令模块、机组实际总燃料量指令模块、机组实际负荷指令模块和机组负荷变化指令模块的信号输出端均与所述协调控制模块的信号输入端相连，所述协调控制模块的信号输出端分别与所述锅炉主控制器和汽机主控制器的信号输入端相连。

所述协调控制模块包括：第一限速器、第一减法器、第一加法器、第一函数运算器，所述机组单元负荷指令模块的输出端分别与所述第一限速器的输入端口V1.1和第一减法器（的被减数输入端口B1.1相连，所述速率设置指令模块与所述第一加法器的输入端口A1.1相连，所述第一加法器的输入端口A1.2与所述第一函数运算器的输出端口相连，所述第一限速器的输入端口V1.2与第一加法器的输出端口A1.3相连，所述第一限速器的输出端口V1.3分别与所述第一减法器的减数输入端口B1.2、第一滞后运算器的输入端口F1.1、第二减法器的被减数输入端口B2.1、第二函数运算器的输入端口、第五加法器的输入端口A5.1、第六减法器的被减数输入端口B6.1、第二滞后运算器的输入端口、第一乘法器的输入端口M1.1相连；

所述第一减法器的输出端口B1.3与绝对值运算器连接后与第二乘法器的输入端口M2.2相连，所述锅炉加热时间参数输入模块T1分别与第一除法器的被除数输入端口D1.1和第一比较选择器的输入端口C1.1相连，第一除法器的除数输入端口D1.2连接有超调减小阀值参数输入模块K1，所述第一除法器的输出端口D1.3与所述第二乘法器的输入端口M2.1相连，所述第二乘法器的输出端口M2.3与第一比较选择器的输入端口C1.2相连，所述第一比较选择器的输出端口C1.3与第二除法器的被除数输入端口D2.1相连，所述超调系数参数输入模块K2与所述第二除法器的除数输入端口D2.2和第三乘法器的输入端口M3.1相连，所述第二除法器的输出端口D2.3与第一滞后运算器的输入端口F1.2相连，所述第一滞后运算器的输出端口F1.3与所述第二减法器的减数输入端口B2.2相连，所述第二减法器的输出端口B2.3与第三乘法器的输入端口M3.2相连，所述第三乘法器的输出端口M3.3与第二加法器的输入端口A2.1相连；

所述第二函数运算器的输出端口与第三滞后运算器连接后与锅炉PID运算器的输入端口P1.1相连、第三减法器的被减数输入端口B3.1、第四减法器的被减数输入端口B4.1相连，所述主蒸汽测量压力指令模块的输出端口分别与锅炉PID运算器的输入端口P1.2、第三减法器的减数输入端口B3.2和第四减法器的减数输入端口B4.2相连，所述锅炉PID运算器的输出端口P1.3与第三加法器的输入端口A3.1相连，所述第三减法器的输出端口B3.3与所述第一函数运算器的输入端口相连，所述第四减法器的输出端口B4.3分别与第五减法器的被减数输入端口B5.1和第四滞后运算器的输入端口相连，所述第四滞后运算器的输出端口与所述第五减法器的减数输入端口B5.2相连，所述第五减法器的输出端口B5.3与第四乘法器的输入端口M4.1相连，所述第四乘法器的输入端口M4.2连接有主汽压力偏差微分系数参数输入模块K4，所述第四乘法器的输出端口M4.3与第四加法器的输入端口A4.2相连；

所述机组实际总燃料量指令模块的输出端口与第三除法器的被除数输入端口D3.1相连，所述机组实际负荷指令模块的输出端口分别与所述汽机PID运算器的输入端口P2.2相连、所述第三除法器的除数输入端口D3.2相连，所述与第三除法器的输出端口D3.3与模拟开关器的输入端口S1.1相连，所述模拟开关器的输入端口S1.2与机组负荷变化指令模块的输出端口相连，所述模拟开关器的输出端口S1.4分别与所述模拟开关器的反馈输入端口S1.3和第二限速器的输入端口V2.1相连，所述第二限速器的输入端口V2.2连接有静态过程热值调整速率阀值参数输入模块K3，所述第二限速器的输入端口V2.3与所述第一乘法器的输入端口M1.2相连，所述第一乘法器的输出端口M1.3与第四加法器的输入端口A4.1相连，所述第四加法器的输出端口与第二加法器的输入端口相连，所述第二加法器的输入端口A2.3与第三加法器的输入端口A3.2相连，所述第三加法器的输出端口A3.3与锅炉主控制器的输入端口相连；

所述第二滞后运算器的输出端口与所述第六减法器的减数输入端口B6.2相连，所述第六减法器的输出端口B6.3与第五乘法器的输入端口M5.1相连，所述第五乘法器的输入端口M5.2连接有速率后负荷指令微分系数参数输入模块K5相连，所述第五乘法器的输出端口M5.3与所述第五加法器的输入端口A5.2相连，所述第五加法器的输入端口A5.3与所述汽机PID运算器的输入端口P2.1相连，所述汽机PID运算器的输出端口P2.3与所述汽机主控制器的输入端口相连。

本发明中，所述锅炉加热时间参数输入模块T1包括：锅炉蒸汽产生时间参数输入模块和锅炉蓄热时间参数输入模块；所述第三滞后运算器为三个依次连接的滞后运算器连接组成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明一种超临界循环流化床机组协调控制系统，通过协调控制模块与锅炉主控制器、汽机主控制器和指令输入模块的连接，不仅实现了对锅炉主蒸汽压力的精确控制，延长了机组设备的使用寿命，提高了机组的节能效果；而且实现了对机组负荷的精确控制，大幅改善了超临界循环流化床机组的调峰能力，提高了供电电能质量。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明电路结构示意图；

图2为本发明中电路连接图；

图中：1锅炉主控制器，2为汽机主控制器，3为指令输入模块，4为主蒸汽测量压力指令模块，5为机组单元负荷指令模块，6为速率设置指令模块，7为机组实际总燃料量指令模块，8为机组实际负荷指令模块，9为机组负荷变化指令模块，10为协调控制模块，11为第一限速器，12为第一减法器，13为第一加法器，14为第一函数运算器，15为第一滞后运算器，16为第二减法器，17为第二函数运算器，18为第五加法器，19为第六减法器，20为第二滞后运算器，21为第一乘法器，22为绝对值运算器，23为第二乘法器，24为第一除法器，25为第一比较选择器，26为第二除法器，27为第三乘法器，28为第二加法器，29为第三滞后运算器，30为锅炉PID运算器，31为第三减法器，32为第四减法器，33为第三加法器，34为第五减法器，35为第四滞后运算器，36为第四乘法器，37为第四加法器，38为第三除法器，39为汽机PID运算器，40为模拟开关器，41为第二限速器，42为第五乘法器。

具体实施方式

如图1所示，一种超临界循环流化床机组协调控制系统，包括：锅炉主控制器1、汽机主控制器2、指令输入模块3和协调控制模块10，所述指令输入模块3包括：主蒸汽测量压力指令模块4、机组单元负荷指令模块5、速率设置指令模块6、机组实际总燃料量指令模块7、机组实际负荷指令模块8和机组负荷变化指令模块9；所述主蒸汽测量压力指令模块4、机组单元负荷指令模块5、速率设置指令模块6、机组实际总燃料量指令模块7、机组实际负荷指令模块8和机组负荷变化指令模块9的信号输出端均与所述协调控制模块10的信号输入端相连，所述协调控制模块10的信号输出端分别与所述锅炉主控制器1和汽机主控制器2的信号输入端相连。

如图2所示，所述协调控制模块10包括：第一限速器11、第一减法器12、第一加法器13、第一函数运算器14，所述机组单元负荷指令模块5的输出端分别与所述第一限速器11的输入端口V1.1和第一减法器12的被减数输入端口B1.1相连，所述速率设置指令模块6与所述第一加法器13的输入端口A1.1相连，所述第一加法器13的输入端口A1.2与所述第一函数运算器14的输出端口相连，所述第一限速器11的输入端口V1.2与第一加法器13的输出端口A1.3相连，所述第一限速器11的输出端口V1.3分别与所述第一减法器12的减数输入端口B1.2、第一滞后运算器15的输入端口F1.1、第二减法器16的被减数输入端口B2.1、第二函数运算器17的输入端口、第五加法器18的输入端口A5.1、第六减法器19的被减数输入端口B6.1、第二滞后运算器20的输入端口、第一乘法器21的输入端口M1.1相连；所述第一减法器12的输出端口B1.3与绝对值运算器22连接后与第二乘法器23的输入端口M2.2相连，所述锅炉加热时间参数输入模块T1分别与第一除法器24的被除数输入端口D1.1和第一比较选择器25的输入端口C1.1相连，第一除法器24的除数输入端口D1.2连接有超调减小阀值参数输入模块K1，所述第一除法器24的输出端口D1.3与所述第二乘法器23的输入端口M2.1相连，所述第二乘法器23的输出端口M2.3与第一比较选择器25的输入端口C1.2相连，所述第一比较选择器25的输出端口C1.3与第二除法器26的被除数输入端口D2.1相连，所述超调系数参数输入模块K2与所述第二除法器26的除数输入端口D2.2和第三乘法器27的输入端口M3.1相连，所述第二除法器26的输出端口D2.3与第一滞后运算器15的输入端口F1.2相连，所述第一滞后运算器15的输出端口F1.3与所述第二减法器16的减数输入端口B2.2相连，所述第二减法器16的输出端口B2.3与第三乘法器27的输入端口M3.2相连，所述第三乘法器27的输出端口M3.3与第二加法器28的输入端口A2.1相连；所述第二函数运算器17的输出端口与第三滞后运算器29连接后与锅炉PID运算器30的输入端口P1.1相连、第三减法器31的被减数输入端口B3.1、第四减法器32的被减数输入端口B4.1相连，所述主蒸汽测量压力指令模块4的输出端口分别与锅炉PID运算器30的输入端口P1.2、第三减法器31的减数输入端口B3.2和第四减法器32的减数输入端口B4.2相连，所述锅炉PID运算器30的输出端口P1.3与第三加法器33的输入端口A3.1相连，所述第三减法器31的输出端口B3.3与所述第一函数运算器14的输入端口相连，所述第四减法器32的输出端口B4.3分别与第五减法器34的被减数输入端口B5.1和第四滞后运算器35的输入端口相连，所述第四滞后运算器35的输出端口与所述第五减法器34的减数输入端口B5.2相连，所述第五减法器34的输出端口B5.3与第四乘法器36的输入端口M4.1相连，所述第四乘法器36的输入端口M4.2连接有主汽压力偏差微分系数参数输入模块K4，所述第四乘法器36的输出端口M4.3与第四加法器37的输入端口A4.2相连；所述机组实际总燃料量指令模块7的输出端口与第三除法器38的被除数输入端口D3.1相连，所述机组实际负荷指令模块8的输出端口分别与所述汽机PID运算器39的输入端口P2.2相连、所述第三除法器38的除数输入端口D3.2相连，所述与第三除法器38的输出端口D3.3与模拟开关器40的输入端口S1.1相连，所述模拟开关器40的输入端口S1.2与机组负荷变化指令模块9的输出端口相连，所述模拟开关器40的输出端口S1.4分别与所述模拟开关器40的反馈输入端口S1.3和第二限速器41的输入端口V2.1相连，所述第二限速器41的输入端口V2.2连接有静态过程热值调整速率阀值参数输入模块K3，所述第二限速器41的输入端口V2.3与所述第一乘法器21的输入端口M1.2相连，所述第一乘法器21的输出端口M1.3与第四加法器37的输入端口A4.1相连，所述第四加法器37的输出端口A4.3与第二加法器28的输入端口A2.2相连，所述第二加法器28的输入端口A2.3与第三加法器33的输入端口A3.2相连，所述第三加法器33的输出端口A3.3与锅炉主控制器1的输入端口相连；所述第二滞后运算器20的输出端口与所述第六减法器19的减数输入端口B6.2相连，所述第六减法器19的输出端口B6.3与第五乘法器42的输入端口M5.1相连，所述第五乘法器42的输入端口M5.2连接有速率后负荷指令微分系数参数输入模块K5相连，所述第五乘法器42的输出端口M5.3与所述第五加法器18的输入端口A5.2相连，所述第五加法器18的输入端口A5.3与所述汽机PID运算器39的输入端口P2.1相连，所述汽机PID运算器39的输出端口P2.3与所述汽机主控制器2的输入端口相连。

本实施例中，当第一比较选择器25输入端口C1.1输入的数值小于等于第一比较选择器25输入端口C1.2的数值时，所述第一比较选择器25输出端口C1.3输出值为一比较选择器25输入端口C1.1输入的数值，否则为第一比较选择器25输入端口C1.2输入值；所述第一限速器11可以将第一限速器11的输入端口V1.1的速率限制在第一限速器11的输入端口V1.2输入的数值范围内；所述第一限速器41可以将第一限速器41的输入端口V2.1的速率限制在第一限速器41的输入端口V2.2输入的数值范围内。

具体地，所述锅炉加热时间参数输入模块T1包括：锅炉蒸汽产生时间参数输入模块和锅炉蓄热时间参数输入模块；所述第三滞后运算器29为三个依次连接的滞后运算器连接组成。

本实施例中，可以使锅炉机组的主汽压力动态偏差为±0.5 MPa、稳态偏差为±0.2 MPa、主汽温度动态偏差为±5 ℃、稳态偏差为±3 ℃，延长了机组设备的使用寿命、降低了发电煤耗、提高了机组的节能效果，实现了对机组负荷的精确控制，大幅改善了超临界循环流化床锅炉机组的调峰能力，提高了供电电能质量。

本发明解决了传统的超临界循环流化床机组对机组的主蒸汽压力和负荷进行调节精度低、调节效果不好的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步；上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种超临界循环流化床机组协调控制系统，包括：锅炉主控制器（1）、汽机主控制器（2）和指令输入模块（3），所述指令输入模块（3）包括：主蒸汽测量压力指令模块（4）、机组单元负荷指令模块（5）、速率设置指令模块（6）、机组实际总燃料量指令模块（7）、机组实际负荷指令模块（8）和机组负荷变化指令模块（9）；

其特征在于：所述系统还包括协调控制模块（10），所述主蒸汽测量压力指令模块（4）、机组单元负荷指令模块（5）、速率设置指令模块（6）、机组实际总燃料量指令模块（7）、机组实际负荷指令模块（8）和机组负荷变化指令模块（9）的信号输出端均与所述协调控制模块（10）的信号输入端相连，所述协调控制模块（10）的信号输出端分别与所述锅炉主控制器（1）和汽机主控制器（2）的信号输入端相连；

所述协调控制模块（10）包括：第一限速器（11）、第一减法器（12）、第一加法器（13）和第一函数运算器（14）；所述机组单元负荷指令模块（5）的输出端分别与所述第一限速器（11）的输入端口V1.1和第一减法器（12）的被减数输入端口B1.1相连，所述速率设置指令模块（6）与所述第一加法器（13）的输入端口A1.1相连，所述第一加法器（13）的输入端口A1.2与所述第一函数运算器（14）的输出端口相连，所述第一限速器（11）的输入端口V1.2与第一加法器（13）的输出端口A1.3相连，所述第一限速器（11）的输出端口V1.3分别与所述第一减法器（12）的减数输入端口B1.2、第一滞后运算器（15）的输入端口F1.1、第二减法器（16）的被减数输入端口B2.1、第二函数运算器（17）的输入端口、第五加法器（18）的输入端口A5.1、第六减法器（19）的被减数输入端口B6.1、第二滞后运算器（20）的输入端口、第一乘法器（21）的输入端口M1.1相连；

所述第一减法器（12）的输出端口B1.3与绝对值运算器（22）连接后与第二乘法器（23）的输入端口M2.2相连，所述锅炉加热时间参数输入模块T1分别与第一除法器（24）的被除数输入端口D1.1和第一比较选择器（25）的输入端口C1.1相连，第一除法器（24）的除数输入端口D1.2连接有超调减小阀值参数输入模块K1，所述第一除法器（24）的输出端口D1.3与所述第二乘法器（23）的输入端口M2.1相连，所述第二乘法器（23）的输出端口M2.3与第一比较选择器（25）的输入端口C1.2相连，所述第一比较选择器（25）的输出端口C1.3与第二除法器（26）的被除数输入端口D2.1相连，所述超调系数参数输入模块K2与所述第二除法器（26）的除数输入端口D2.2和第三乘法器（27）的输入端口M3.1相连，所述第二除法器（26）的输出端口D2.3与第一滞后运算器（15）的输入端口F1.2相连，所述第一滞后运算器（15）的输出端口F1.3与所述第二减法器（16）的减数输入端口B2.2相连，所述第二减法器（16）的输出端口B2.3与第三乘法器（27）的输入端口M3.2相连，所述第三乘法器（27）的输出端口M3.3与第二加法器（28）的输入端口A2.1相连；

所述第二函数运算器（17）的输出端口与第三滞后运算器（29）连接后与锅炉PID运算器（30）的输入端口P1.1相连、第三减法器（31）的被减数输入端口B3.1、第四减法器（32）的被减数输入端口B4.1相连，所述主蒸汽测量压力指令模块（4）的输出端口分别与锅炉PID运算器（30）的输入端口P1.2、第三减法器（31）的减数输入端口B3.2和第四减法器（32）的减数输入端口B4.2相连，所述锅炉PID运算器（30）的输出端口P1.3与第三加法器（33）的输入端口A3.1相连，所述第三减法器（31）的输出端口B3.3与所述第一函数运算器（14）的输入端口相连，所述第四减法器（32）的输出端口B4.3分别与第五减法器（34）的被减数输入端口B5.1和第四滞后运算器（35）的输入端口相连，所述第四滞后运算器（35）的输出端口与所述第五减法器（34）的减数输入端口B5.2相连，所述第五减法器（34）的输出端口B5.3与第四乘法器（36）的输入端口M4.1相连，所述第四乘法器（36）的输入端口M4.2连接有主汽压力偏差微分系数参数输入模块K4，所述第四乘法器（36）的输出端口M4.3与第四加法器（37）的输入端口A4.2相连；

所述机组实际总燃料量指令模块（7）的输出端口与第三除法器（38）的被除数输入端口D3.1相连，所述机组实际负荷指令模块（8）的输出端口分别与所述汽机PID运算器（39）的输入端口P2.2相连、所述第三除法器（38）的除数输入端口D3.2相连，所述与第三除法器（38）的输出端口D3.3与模拟开关器（40）的输入端口S1.1相连，所述模拟开关器（40）的输入端口S1.2与机组负荷变化指令模块（9）的输出端口相连，所述模拟开关器（40）的输出端口S1.4分别与所述模拟开关器（40）的反馈输入端口S1.3和第二限速器（41）的输入端口V2.1相连，所述第二限速器（41）的输入端口V2.2连接有静态过程热值调整速率阀值参数输入模块K3，所述第二限速器（41）的输入端口V2.3与所述第一乘法器（21）的输入端口M1.2相连，所述第一乘法器（21）的输出端口M1.3与第四加法器（37）的输入端口A4.1相连，所述第四加法器（37）的输出端口A4.3与第二加法器（28）的输入端口A2.2相连，所述第二加法器（28）的输入端口A2.3与第三加法器（33）的输入端口A3.2相连，所述第三加法器（33）的输出端口A3.3与锅炉主控制器（1）的输入端口相连；

所述第二滞后运算器（20）的输出端口与所述第六减法器（19）的减数输入端口B6.2相连，所述第六减法器（19）的输出端口B6.3与第五乘法器（42）的输入端口M5.1相连，所述第五乘法器（42）的输入端口M5.2连接有速率后负荷指令微分系数参数输入模块K5相连，所述第五乘法器（42）的输出端口M5.3与所述第五加法器（18）的输入端口A5.2相连，所述第五加法器（18）的输入端口A5.3与所述汽机PID运算器（39）的输入端口P2.1相连，所述汽机PID运算器（39）的输出端口P2.3与所述汽机主控制器（2）的输入端口相连。

2.根据权利要求1所述的一种超临界循环流化床机组协调控制系统，其特征在于：所述锅炉加热时间参数输入模块T1包括：锅炉蒸汽产生时间参数输入模块和锅炉蓄热时间参数输入模块。

3.根据权利要求1所述的一种超临界循环流化床机组协调控制系统，其特征在于：所述第三滞后运算器（29）为三个依次连接的滞后运算器连接组成。