CN105135409A - 基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，当一次调频补偿量ΔP在设定幅值范围内时，利用锅炉蓄热实现负荷的变化需求，锅炉主控不进行调节；同时兼顾机组负荷调节速率，若一次调频前负荷指令设定值变化速率超过设定的速率范围时，对锅炉主控进行调节，使风、煤及水动作，保证运行参数的稳定，确保负荷控制的需求。本发明有效提高机组在一次调频小幅度波动时的稳定性。通过对一次调频动作幅值大小的判断和机组负荷变化率的判断实现对机组负荷变化的不同反应，保证锅炉侧不拒动、不快速频繁动作，又确保需要动作时的风、煤、水调节达到要求，能确保机组AGC和一次调频的性能达到电网考核要求，也能保证机组的安全运行。

Description

基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法

技术领域

本发明涉及火电机组调频和锅炉自动控制领域，尤其涉及一种优化后的控制方法，具体为一种基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法。

背景技术

电网频率作为最重要的电能质量指标之一，是电网稳定的基础。随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断增大，在特高压电网和大区电网互联的新形势下，各级电网联系日渐紧密，电网和机组之间协调配合的要求也越来越高，网源协调功能中的一次调频成为稳定电网的有效手段之一。发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，主要是通过调节DEH系统的进汽调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，维持电网的安全。

目前，电网规定的一次调频死区为50±0.033Hz(相当于±2rpm)，要求电网频率超出死区后3s机组有功功率需要发生相应变化。同时，对周期在10s以内的负荷变化所引起的频率波动是极微小的，通过负荷效应，负荷能够自行吸收这种频率波动；对周期在几十秒到几分钟内变化且幅度也较大的负荷变化引起的频率波动，仅靠一次调频是不能满足要求的，必须进行频率的二次调整即AGC控制。因此，电网对一次调频的考核主要集中在10s至几十秒之间的负荷变化所引起的频率波动。一次调节对系统频率变化的响应快，根据IEEE的统计，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在10秒左右；由于发电机的一次调节仅作用于原动机的阀门位置，而未作用于火力发电机组的燃烧系统，当阀门开度增大时，是锅炉中的蓄热暂时改变了原动机的功率，由于燃烧系统中的化学能量没有发生变化，随着蓄热量的减少，原动机的功率又会回到原来的水平。因而，火力发电机组一次调节的作用时间是短暂的。不同类型的火力发电机组，由于蓄热量的不同，一次调节的作用时间为0.5到2分钟不等。

根据发电厂并网运行管理实施细则，要求机组的AGC和一次调频必须快速准确的做出反应，以确保电网整体的稳定。因此，国内机组基本均运行在以锅炉跟随为主的协调控制方式(BF-CCS)下，即此时汽轮机侧调节功率，锅炉侧调节压力。当机组负荷指令发生变化时，依靠汽轮机侧的快速性进行功率调整，而锅炉侧根据负荷和压力的变化同步调节风、煤、水，使机组保持能量平衡。由于一次调频效果及正确率的好坏直接影响到一个电厂的经济效益，现在越来越多的电厂已开始重视和关注一次调频功能，加大一次调频补偿量幅度和降低一次调频死区是经常采用的方法，而这些方法对机组的协调控制产生很大的扰动。

如图1所示为超临界机组中典型的以锅炉跟随为主的协调控制方式时锅炉侧控制示意图，一次调频动作时通过负荷指令的前馈(FF)使锅炉主控、给煤量、给水量、送风量快速进行调节，以弥补锅炉侧响应的迟延和惯性，达到一次调频考核的需求。但由于一次调频存在的快速性、短暂性等特性，其调整曲线在电厂机组侧主要以尖脉冲形式体现，造成负荷指令波动速率较大，从而导致风、煤、水的变化率相对较大。再加上锅炉燃烧的滞后性，最终导致协调控制系统的变化和振荡，使机组主蒸汽压力和主蒸汽温度长时间处于不稳定状态，不仅仅降低了机组的效率，还影响到机组的安全稳定运行。目前电网对一次调频考核标准日益严格，有效扰动最大偏差频率逐渐降低，使机组小扰动次数明显增多，严重影响到火电机组尤其是超临界火电机组的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，能有效改善超临界机组应对一次调频的能力，提高机组在一次调频小幅度波动时的稳定性，在满足电网对机组一次调频动作时做功的需求、确保其调频能力的同时，有效降低主蒸汽压力和主蒸汽温度的波动，保证机组自身的安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，当机组一次调频动作幅值较小，即一次调频补偿量ΔP在设定幅值范围内时，利用锅炉蓄热实现负荷的变化需求，锅炉主控不进行调节；同时兼顾机组负荷调节速率，若机组处于负荷快速调节阶段，即一次调频前负荷指令设定值变化速率超过设定的速率范围时，对锅炉主控进行调节，使风、煤及水动作，保证运行参数的稳定，确保负荷控制的需求。

具体实现方法包括:

步骤一、根据转速偏差信号计算出的一次调频补偿量ΔP送至高低限报警模块HLALM中其进行幅值判断；同时将一次调频前负荷指令设定值送至速率报警模块RTALM；当输入值大于正向变化速率PL的绝对值或大于负向变化速率NL的绝对值时，RTALM的输出为逻辑信号“1”，否则输出为逻辑信号“0”，PL和NL端均置数为R；

步骤二、将高低限报警模块HLALM和速率报警模块RTALM的输出信号分别送至逻辑非模块N1和N2中进行逻辑取反，然后送至逻辑与模块AND中进行逻辑与运算；

步骤三、将逻辑与模块AND中的输出送至模拟量选择器模块AXSEL的置位端S，模拟量选择器模块AXSEL的模拟量输入端Z1接模拟量发生器A，输入端Z2直接置数为0；即只有当逻辑与模块AND的输出为逻辑信号“1”时，AXSEL的输出为模拟量发生器A的值，否则AXSEL输出值为0；

步骤四、将模拟量选择器模块AXSEL的输出送至一阶惯性模块LAG的置数端D，一阶惯性模块LAG的模拟量输入端X接入一次调频后负荷指令设定值，对其进行惯性处理。

所述速率报警模块RTALM设置有正向变化速率PL和负向变化速率NL两个比较值，当输入值大于正向变化速率PL的绝对值或大于负向变化速率NL的绝对值时，RTALM的输出为逻辑信号“1”，否则输出为逻辑信号“0”，正向变化速率PL和负向变化速率NL端均置数为设定值R。

速率报警模块RTALM变化速率设置原则：正向变化速率PL和负向变化速率NL均置数为R，即正/反向变化速率大小相同，机组投入AGC(自动发电控制)模式进行快速负荷调节时，根据电网对火电机组AGC功能要求，超临界直流炉机组负荷变化率不小于1.0％额定容量/分钟，故R值设定为1.0％额定容量/分钟；

所述步骤四中的一阶惯性模块LAG的公式表达为其中K值为1，T值为置数端D的输入值。

所述高低限报警模块HLALM的高低限H/L的设置原则：由于机组正常运行时负荷本身存在小幅波动，同时机组可利用蓄热满足一次调频动作幅值较小时的负荷增量需求，因此根据机组额定容量大小和实际运行情况，HLALM的H端设定值范围为0.5—1，L端设定值范围为-1—-0.5。

H端设定值和L端设定值大小相等，正负相反。

所述模拟量发生器A设置原则：由于电网对机组一次调频的考核主要集中在10s至几十秒之间的负荷变化所引起的频率波动，而目前各区域电网考核小扰动时的持续时间基本在10s左右，故A值可根据机组所在区域电网对小扰动考核要求，设置为7-13范围内的数值。

本发明的有益效果：

(1)本发明可有效解决一次调频小幅波动造成负荷指令波动速率较大，使风、煤、水的变化率相对较大，造成的机组主蒸汽压力和主蒸汽温度波动较大问题，有效提高机组在一次调频小幅度波动时的稳定性。

(2)通过对一次调频动作幅值大小的判断和机组负荷变化率的判断实现对机组负荷变化的不同反应，既保证锅炉侧不拒动、不快速频繁动作，又确保需要动作时的风、煤、水调节达到要求，一方面能确保机组AGC和一次调频的性能达到电网考核要求，一方面也保证了机组的安全运行。

附图说明

图1为本发明优化前超临界机组锅炉主控逻辑示意图；

图2为本发明优化后超临界机组锅炉主控逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

以某600MW超临界、中间再热、凝汽式、超临界直流炉机组为例，介绍基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法的具体实施过程。

基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，当机组一次调频动作幅值较小，即一次调频补偿量ΔP在一定幅值范围内时，利用锅炉蓄热实现负荷的变化需求，此时主蒸汽压力基本无变化或变化较小，锅炉主控可不调节或缓慢调节；同时要兼顾机组负荷调节速率，若机组处于负荷快速调节阶段，即一次调频前负荷指令设定值变化速率较大时，必须对锅炉主控进行快速调节，使风、煤、水快速动作，以保证主蒸汽压力等参数的稳定，确保负荷控制的需求。

速率报警模块RTALM变化速率PL和NL均置为R，机组投入AGC(自动发电控制)模式进行快速负荷调节时，根据电网对火电机组AGC功能要求，直流炉负荷变化率不小于1.0％额定容量/分钟，故R值置为1.0％*600/分钟，即R置为6。

高低限报警模块HLALM的高低限H/L：根据机组额定容量大小和实际运行情况，HLALM的H端置为1，L端置为-1，即H和L大小相等，正负相反。

该机组所处电网对小扰动定义为转速超出一次调频死区(±2转)且持续在10s及以上，同时最大转速偏差达到±2.28转，因此模拟量发生器A设值为10。

具体实施过程如下：

(1)根据转速偏差信号计算出的一次调频补偿量ΔP送至高低限报警模块HLALM中，对其进行幅值判断，当ΔP高于H或低于L时，即ΔP高于1或低于-1时，HLALM的输出为逻辑信号“1”，否则为逻辑信号“0”；

(2)将一次调频前负荷指令设定值送至速率报警模块RTALM，当输入值超过正向变化速率PL和负向变化速率NL时，因PL和NL端均置数为R＝6，即当一次调频前负荷指令设定值变化速率高于6时，RTALM输出为逻辑信号“1”，否则为逻辑信号“0”；

(3)将高低限报警模块HLALM和速率报警模块RTALM的输出信号分别送至逻辑非模块N1和N2中进行逻辑取反，然后送至逻辑与模块AND中进行逻辑与运算；

(4)将与模块AND中的输出送至模拟量选择器模块AXSEL的置位端S，模拟量选择器模块AXSEL的模拟量输入端Z1接模拟量发生器A，即输入端Z1为10，输入端Z2置数为0；

(5)将模拟量选择器模块AXSEL的输出送至一阶惯性模块LAG的置数端D，一阶惯性模块LAG的模拟量输入端接入一次调频后负荷指令设定值，对其进行惯性处理，后续控制过程与现有的控制方法相同，本发明中不在进行赘述。

当ΔP值高于1或低于-1时，HLALM的输出为逻辑信号“1”，经非模块N1取反后将逻辑信号“0”送至与模块AND的管脚1，即当一次调频动作幅值较大，蓄热满足不了一次调频的需求时，无论此时一次调频前负荷指令设定值是否快速变化，均要对锅炉主控及风、煤、水进行快速调节。

当ΔP值未高于1或未低于-1时，HLALM的输出为逻辑信号“0”，经非模块N1取反后将逻辑信号“1”送至与模块AND的管脚1：

1)若此时一次调频前负荷指令设定值的变化速率低于速率报警模块RTALM中设定的变化速率6MW/min，即此时机组负荷调节速率较慢，则RTALM的输出为逻辑信号“0”，经非模块N2取反后将逻辑信号“1”送至与模块AND的管脚2，则AND的输出为逻辑信号“1”，此时模拟量选择器模块AXSEL的置位端S为“1”，即AXSEL将输入端Z1的值，即模拟量发生器A中值10送至一阶惯性模块LAG的置数端D，即T＝10，此时对一次调频后负荷指令设定值进行惯性处理，使锅炉充分利用蓄热，降低锅炉主控及风、煤、水的波动。

2)若此时一次调频前负荷指令设定值的变化速率不低于速率报警模块RTALM中设定的变化速率6MW/min，则RTALM的输出为逻辑信号“1”，经非模块N2取反后将逻辑信号“0”送至与模块AND的管脚2，则AND的输入为“1”与“0”，经过与运算后输出为逻辑信号“0”，此时模拟量选择器模块AXSEL的置位端S为“0”，即AXSEL将输入端Z2的值0送至一阶惯性模块LAG的置数端D，即T＝0，此时不对一次调频后负荷指令设定值进行惯性处理，使锅炉在负荷指令变化较快时能及时调节风、煤、水，达到新的负荷平衡点。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是，当一次调频补偿量ΔP在设定幅值范围内时，利用锅炉蓄热实现负荷的变化需求，锅炉主控不进行调节；同时兼顾机组负荷调节速率，当一次调频前负荷指令设定值变化速率超过设定的速率范围时，对锅炉主控进行调节，使风、煤及水动作，保证运行参数的稳定，确保负荷控制的需求。

2.如权利要求1所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是，具体实现方法包括:

步骤一、根据转速偏差信号计算出的一次调频补偿量ΔP送至高低限报警模块HLALM中其进行幅值判断，同时将一次调频前负荷指令设定值送至速率报警模块RTALM；

步骤二、将高低限报警模块HLALM和速率报警模块RTALM的输出信号分别送至逻辑非模块N1和N2中进行逻辑取反，然后送至逻辑与模块AND中进行逻辑与运算；

步骤三、将逻辑与模块AND中的输出送至模拟量选择器模块AXSEL的置位端S，模拟量选择器模块AXSEL的模拟量输入端Z1接模拟量发生器A，输入端Z2直接置数为0；

步骤四、将模拟量选择器模块AXSEL的输出送至一阶惯性模块LAG的置数端D，一阶惯性模块LAG的模拟量输入端X接入一次调频后负荷指令设定值，对其进行惯性处理。

3.如权利要求2所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是，所述速率报警模块RTALM设置有正向变化速率PL和负向变化速率NL两个比较值，当输入值大于正向变化速率PL的绝对值或大于负向变化速率NL的绝对值时，RTALM的输出为逻辑信号“1”，否则输出为逻辑信号“0”，正向变化速率PL和负向变化速率NL端均置数为设定值R。

4.如权利要求3所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是，所述R的取值为1.0％额定容量/分钟。

5.如权利要求2所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，所述步骤四中的一阶惯性模块LAG的公式表达为其中K值为1，T值为置数端D的输入值。

6.如权利要求2所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，所述高低限报警模块HLALM的H端设定值范围为0.5—1，L端设定值范围为-1—-0.5。

7.如权利要求6所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是，H端设定值和L端设定值大小相等，正负相反。

8.如权利要求1所述基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法，其特征是，所述模拟量发生器A设置为7-13范围内的数值。