CN104932450B - 一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于火电机组协调控制技术领域的一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法。机组负荷偏差送入主控制器；主控制器发出转速变化指令，经限幅模块后，改变凝结水泵电机的转速；凝结水流量发生变化，进而改变机组负荷，形成凝结水节流控制；对凝结水流量变化量积分，获得除氧器内蓄水变化量ΔQ，利用二分法求得ΔQ对应的除氧器即时水位高度hx；将hx与除氧器水位设定高度h0形成偏差送入副控制器，副控制器产生燃料量指令信号送入磨煤机，进而影响机组负荷，形成燃料量控制，并将除氧器水位恢复至h0。能够大幅度提升燃煤发电机组的变负荷速率，提高燃煤发电机组的可调度性，对我国新能源电力的规模化并网大有裨益。

Description

一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法
技术领域
本发明属于火电机组协调控制技术领域，特别涉及一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法。
背景技术
新能源电力的规模化开发利用对电网的安全稳定运行带来了巨大冲击与挑战，电网迫切要求系统中存在更多可调度性好的电源，比如燃气/油发电，抽水蓄能等。但我国的电源结构布局以燃煤火力发电为主，其变负荷速率一般维持在额定负荷的2％/min，很难满足新能源电力规模化并网的需求。因此，改善传统燃煤火电机组的变负荷性能，提升其变负荷速率将对我国新能源电力的规模化并网大有裨益。
目前，燃煤发电机组一般采用机炉协调方式进行变负荷控制，其根本是利用了锅炉侧蓄热，但受限于锅炉侧的大迟延大惯性，变负荷速率很难得到大幅度提高。西门子公司最早提出利用回热加热器的蓄能可以实现负荷的快速调整，但此方法的可用蓄能是有限的，需要在机组达到给定负荷后，使加热器与凝结水系统恢复到正常运行工况。因此，以机炉协调控制为基础，设计一种基于凝结水节流的新型协调控制方法以大幅度提升机组的变负荷速率，对于提高传统燃煤发电机组的可调度性，进而更好地服务于规模化新能源并网，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)实际负荷与给定负荷形成机组负荷偏差后送入主控制器；
2)主控制器发出凝结水泵电机的转速变化指令，转速变化指令经过限幅模块后，改变凝结水泵电机的转速；
3)凝结水泵电机转速的改变引起凝结水流量发生变化，凝结水流量发生变化导致低加抽汽流量发生变化，进而改变机组负荷，形成凝结水节流控制；
4)对凝结水流量变化量积分，获得除氧器内蓄水变化量ΔQ，利用二分法求得除氧器内蓄水变化量ΔQ对应的除氧器即时水位高度hx；
5)将除氧器即时水位高度hx与除氧器水位设定高度h0形成偏差送入副控制器，副控制器产生燃料量指令信号送入磨煤机，进而影响机组负荷，形成燃料量控制，并将除氧器水位恢复至除氧器水位设定高度h0。
所述限幅模块的限幅值设置为凝结水泵电机额定转速的30％-110％。
所述凝结水流量变化对机组负荷变化的影响特性模型用一阶惯性环节描述：
其中，ΔN为机组负荷变化量；Δq为凝结水流量变化量；K为比例增益；T为时间常数；s代表凝结水流量变化对机组负荷变化的影响特性模型为s域上的传递函数模型。
所述主控制器选择P控制或PD控制，副控制器选择PI控制或PID控制，燃料量控制中的I控制保证控制精度。
本发明的有益效果是针对目前机炉协调控制方式变负荷速率很难得到大幅度提高的现状，提出了一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法，能够大幅度提升燃煤发电机组的变负荷速率，提高燃煤发电机组的可调度性，对我国新能源电力的规模化并网大有裨益。
附图说明
图1为基于凝结水节流的火电机组协调控制流程图。
图2为利用二分法计算除氧器即时水位高度逻辑图。
图3为传统机炉协调控制方法与本发明控制方法阶跃响应曲线对比图。
具体实施方式
本发明提出一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
图1所示为基于凝结水节流的火电机组协调控制流程图，基于凝结水节流的火电机组协调控制方法具体包括如下步骤：
1)实际负荷与给定负荷形成机组负荷偏差后送入主控制器；
2)主控制器发出凝结水泵电机的转速变化指令，转速变化指令经过限幅模块后，改变凝结水泵电机的转速；
3)凝结水泵电机转速的改变引起凝结水流量发生变化，凝结水流量发生变化导致低加抽汽流量发生变化，进而改变机组负荷，形成凝结水节流控制；
4)对凝结水流量变化量积分，获得除氧器内蓄水变化量ΔQ，利用二分法求得除氧器内蓄水变化量ΔQ对应的除氧器即时水位高度hx；
5)将除氧器即时水位高度hx与除氧器水位设定高度h0形成偏差送入副控制器，副控制器产生燃料量指令信号送入磨煤机，进而影响机组负荷，形成燃料量控制，并将除氧器水位恢复至除氧器水位设定高度h0。
其中，凝结水节流控制具有良好的动态特性，而燃料量控制具有良好的稳态特性。燃料量控制具有两个作用，其一是在控制末期控制机组负荷的稳态误差：由于负荷与燃料量之间具有极佳的静态对应关系，只要控制器参数选择恰当，就能够很好地消除稳态误差；其二是通过副控制器的调整，在控制末期将除氧器水位恢复至正常水位：在控制作用初期，凝结水节流控制快速动作，使得凝结水流量发生变化，同时造成了除氧器水位偏离设计高度，为了保证机组运行的安全性与经济性，为下一次变负荷控制做准备，需要将除氧器水位恢复正常。
其中，主控制器发出凝结水泵电机的转速变化指令，转速变化指令经过一个限幅模块后才送入凝结水泵电机执行，该限幅模块的限幅值设置为凝结水泵电机额定转速的30％-110％，作用是保证凝结水泵电机转速运行在安全范围内。
其中，凝结水流量变化对机组负荷变化的影响特性模型用一阶惯性环节描述：
公式中，ΔN为机组负荷变化量；Δq为凝结水流量变化量；K为比例增益，利用汽水分布方程计算凝结水流量改变前后的抽汽流量差值，然后再利用作功方程计算凝结水流量改变前后的输出功率差值，二者比值即为比例增益K；T为时间常数，利用试验方法确定；s代表凝结水流量变化对机组负荷变化的影响特性模型为s域上的传递函数模型。
其中，对凝结水流量变化量积分，获得除氧器内蓄水变化量ΔQ，然后求得除氧器内蓄水变化量ΔQ对应的除氧器即时水位高度hx，对于不同形状的除氧器，反映ΔQ与hx关系的函数并不相同，以横卧式除氧器为例，二者的关系描述为：
公式中，ΔQ为除氧器内蓄水变化量；ρ为除氧器内水的密度；l为除氧器横卧的长度；r为除氧器侧切面的半径；h0为除氧器水位设定高度；hx为除氧器即时水位高度。可见，hx是ΔQ的单调增函数，当ΔQ确定时，利用二分法求得除氧器内蓄水变化量ΔQ对应的除氧器即时水位高度hx，具体的计算逻辑如图2所示，图2中的δ代表精度，首先构造函数f(x),
令：
则f(0)·f(hmax)<0，根据连续函数性质，f(hx)＝0在区间(a,b)内有且只有一个根，其中a＝0，b＝hmax；
首先判断是否为0，若为0，则方程的根为若不为0，则判断的符号，若小于0，则根必位于区间反之则位于区间基于此，每次可把根所在区间收缩一半，直至获得零点或区间宽度窄于求解精度，即可获得此时方程的解hx。
其中，由于凝结水节流控制和燃料量控制被控对象特性不同，以及主控制器和副控制器作用的侧重点不同，主控制器选择P控制或PD控制，以提高机组负荷的响应速率；副控制器选择PI控制或PID控制，以保证机组负荷控制的精度。
凝结水节流控制的控制效果主要发生在机组负荷偏差产生前期，凝结水节流控制能够显著提高机组的负荷响应速率；燃料量控制在控制末期发挥的作用明显，其特点是从磨煤机改变燃料指令到负荷输出发生变化的迟延较大，燃料量控制能够使得机组负荷达到稳态时具有较高的精度，同时保证除氧器水位恢复到设定值。图3所示为某300MW机组利用传统机炉协调控制方法与本发明控制方法对比所得到的阶跃响应曲线图，由图3能够看出本发明控制方法的变负荷性能优于传统机炉协调控制方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)实际负荷与给定负荷形成机组负荷偏差后送入主控制器；
2)主控制器发出凝结水泵电机的转速变化指令，转速变化指令经过限幅模块后，改变凝结水泵电机的转速；
3)凝结水泵电机转速的改变引起凝结水流量发生变化，凝结水流量发生变化导致低加抽汽流量发生变化，进而改变机组负荷，形成凝结水节流控制；
4)对凝结水流量变化量积分，获得除氧器内蓄水变化量ΔQ，利用二分法求得除氧器内蓄水变化量ΔQ对应的除氧器即时水位高度hx，计算方法为：首先构造函数f(x),
令：
公式中，ΔQ为除氧器内蓄水变化量；ρ为除氧器内水的密度；l为除氧器横卧的长度；r为除氧器侧切面的半径；h0为除氧器水位设定高度；hx为除氧器即时水位高度；
则f(0)·f(hmax)＜0，根据连续函数性质，f(hx)＝0在区间(a,b)内有且只有一个根，其中a＝0，b＝hmax；
首先判断是否为0，若为0，则方程的根为若不为0，则判断的符号，若小于0，则根必位于区间反之则位于区间基于此，每次可把根所在区间收缩一半，直至获得零点或区间宽度窄于求解精度，即可获得此时方程的解hx；
5)将除氧器即时水位高度hx与除氧器水位设定高度h0形成偏差送入副控制器，副控制器产生燃料量指令信号送入磨煤机，进而影响机组负荷，形成燃料量控制，并将除氧器水位恢复至除氧器水位设定高度h0。
2.根据权利要求1所述一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法，其特征在于，所述限幅模块的限幅值设置为凝结水泵电机额定转速的30％-110％。
3.根据权利要求1所述一种基于凝结水节流的火电机组协调控制方法，其特征在于，所述主控制器选择P控制或PD控制，副控制器选择PI控制或PID控制，燃料量控制中的I控制保证控制精度。
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