CN105180135B - 单元机组协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单元机组协调控制方法及系统，其中方法包括以下步骤，用主蒸汽压力设定值减去实际主蒸汽压力值，得到主蒸汽压力控制偏差；用限速后的机组负荷指令值减去实际机组负荷值，得到负荷控制偏差；根据主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；保持锅炉动态加速信号不变，根据负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值。本发明能够降低机组运行参数的波动幅度，提高CCS系统在各种运行工况下的调节品质，达到机组安全经济运行目的。

Description

单元机组协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种单元机组协调控制方法及系统。

背景技术

单元机组协调控制系统(Coordinated Control System，CCS)，简称协调控制系统，是把锅炉及汽轮机作为一个单元机组整体进行综合控制，其控制品质的好坏直接关系到机组的安全和经济运行。常规的CCS系统设计中，机组的负荷变化速率是由人工设定的固定值，变负荷时，负荷指令按照固定的速率过渡到目标值。

为满足自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)对机组快速变负荷的要求，机组负荷变化速率往往设置得比较高，如1.5～3.0％Pe/min(额定负荷/分钟)。在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：在机组升降负荷的动态调节过程中，采用固定的较高负荷变化速率时，受煤质变化和运行工况漂移等因素影响，会出现主蒸汽压力控制偏差的增大，在CCS系统的调节作用下反复调整，容易引起锅炉给煤、给水、送风、蒸汽温度等运行参数的大幅度反复波动，致使机组不能进入稳定工况运行，不利于机组的安全稳定和经济运行，严重时还会引起机组运行参数越限，危及机组安全。

发明内容

基于此，有必要针对常规CCS系统在高负荷变化速率的变负荷工况下存在运行参数波动大的问题，提供一种单元机组协调控制方法及系统。

为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：

一方面，提供了一种单元机组协调控制方法，包括以下步骤，

用主蒸汽压力设定值减去实际主蒸汽压力值，得到主蒸汽压力控制偏差；

用限速后的机组负荷指令值减去实际机组负荷值，得到负荷控制偏差；

根据主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；

保持锅炉动态加速信号不变，根据负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值。

另一方面，还提供了一种单元机组协调控制系统，包括连接CCS系统的负荷变化速率修正单元和BIR信号生成单元；

负荷变化速率修正单元，用于对主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力值进行处理，得到主蒸汽压力控制偏差；并对限速后的机组负荷指令值与实际机组负荷值进行处理，得到负荷控制偏差；并用于根据主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；以及用于根据负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值；

BIR信号生成单元，用于根据修正前的负荷变化速率设定值，通过BIR信号生成方法产生锅炉动态加速信号；锅炉动态加速信号通过锅炉主控的前馈通道叠加到锅炉主控指令上。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明因为根据CCS系统的主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差来修正机组升/降负荷时的负荷变化速率设定值，通过改变机组负荷变化速率来降低主蒸汽压力控制偏差，使机组变负荷速率适应实际工况的变化，从而提高CCS系统的控制精度；根据修正前的机组负荷变化速率设定值来产生独立的锅炉BIR信号，避免锅炉BIR信号受负荷变化速率的影响反过来影响主蒸汽压力的控制，提高CCS系统的稳定性。从而降低机组运行参数的波动幅度，提高CCS系统在各种运行工况下的调节品质，达到机组安全经济运行目的。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明单元机组协调控制方法实施例1的流程示意图；

图2为本发明单元机组协调控制系统实施例1的系统结构示意图；

图3为本发明单元机组协调控制系统实施例1的负荷变化速率修正单元的结构示意图；

图4为本发明单元机组协调控制系统实施例1的锅炉动态加速信号BIR信号生成单元的结构示意图；

图5为本发明实施前的某台1000MW(兆瓦)超超临界发电机组负荷变化速率生成回路示意图；

图6为本发明的负荷变化速率修正单元在某台1000MW超超临界发电机组实施的示意图；

图7为本发明的锅炉动态加速信号BIR信号生成单元在某台1000MW超超临界发电机组实施的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的单元机组协调控制方法及系统可以通过在DCS(Distributed ControlSystem，DCS)、PLC(Programmable Logic Controller，PLC)、单片机或计算机上编程实现。图1为本发明单元机组协调控制方法实施例1的流程示意图，如图1所示，根据CCS系统的主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，分别计算出机组升或降负荷时的负荷变化率修正系数，在保持锅炉动态加速信号(Boiler Input Rate，BIR)不变的前提下，用负荷变化率修正系数实时修正机组的负荷变化速率设定值，使机组的负荷变化速率与机组运行相适应，从而减少主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，实现CCS系统的平稳变负荷控制。单元机组协调控制方法实施例1的具体实现步骤如下：

步骤S110：用主蒸汽压力设定值减去实际主蒸汽压力值，得到主蒸汽压力控制偏差；

步骤S120：用限速后的机组负荷指令值减去实际机组负荷值，得到负荷控制偏差；

步骤S130：根据主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；在具体实施例中，负荷变化率修正系数分为机组升负荷时的负荷变化率修正系数和机组降负荷时的负荷变化率修正系数；

步骤S140：保持锅炉动态加速信号不变，根据负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值。

在一个具体实施例中，步骤S110具体包括：

由CCS系统的主蒸汽压力设定值TPS减去实际主蒸汽压力值TP计算得到主蒸汽压力控制偏差TP_e，按下式进行计算：

TP_e＝TPS-TP

步骤S120具体包括：

由CCS系统限速后的机组负荷指令值MWD减去实际机组负荷值MW计算得到负荷控制偏差N_e，按下式进行计算：

N_e＝MWD-MW

步骤S130和步骤S140具体包括：

对主蒸汽压力控制偏差进行超前滞后环节处理，得到主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后环节后的运算值；

根据运算值，确定主蒸汽压力控制偏差一维折线函数的输出值；

根据负荷控制偏差，确定负荷控制偏差一维折线函数的输出值；

对主蒸汽压力控制偏差一维折线函数的输出值和负荷控制偏差一维折线函数的输出值进行乘积运算处理，得到负荷变化率修正系数。

具体而言，即由主蒸汽压力控制偏差经过一个超前滞后环节的一维折线函数f₁[LEADLAG(TP_e)]和负荷控制偏差的一维折线函数f₂(N_e)的乘积得到负荷变化率修正系数。

在一个具体实施例中，即通过计算获取机组升负荷时的负荷变化率修正系数K_i和机组降负荷时的负荷变化率修正系数K_d后，分别用负荷变化率修正系数K_i和K_d修正升负荷时的负荷变化速率设定值RI和降负荷时的负荷变化速率设定值RD，得到修正后升负荷时的负荷变化速率设定值RI_OUT和修正后降负荷时的负荷变化速率设定值RD_OUT，用RI_OUT和RD_OUT替代原机组变负荷时的升/降负荷变化速率设定值。

而机组升负荷时的负荷变化率修正系数K_i和机组降负荷时的负荷变化率修正系数K_d具体按以下公式进行计算：

K_i＝f₁[LEADLAG(TP_e)]*f₂(N_e)

K_d＝f₃[LEADLAG(TP_e)]*f₄(N_e)

RI_OUT＝K_i*RI

RD_OUT＝K_d*RD

上述公式中，LEADLAG为超前滞后算法函数，其传递函数为S为拉普拉斯算子；T_d为超前时间常数，T_a为滞后的惯性时间常数，具体数值根据机组的实际特性进行整定，如在某台1000MW(兆瓦)机组的实际应用中，最终整定的数值为：T_d＝16，T_a＝8。

上述公式中，f₁(x)即f₁[LEADLAG(TP_e)]为一维折线函数，其参数整定特点为，当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG环节(超前滞后环节计算函数)运算后的运算值大于0.0且小于一正数阈值时，f₁(x)输出的K_i值为1.0；当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值超过该正数阈值时，f₁(x)输出的K_i值为小于1.0的数值，并且随着主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后环节(LEADLAG)运算后的运算值的进一步加大，输出的K_i值继续减小；当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值小于0.0且大于一负数阈值时，输出的K_i值为1.0；当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值低于一负数阈值时，输出的K_i值为大于1.0的数值，并且随着主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值的进一步降低，输出继续增大，而输出的K_i的上限值需根据机组负荷容量和类型来定，一般K_i值在2.0以内。需要说明的是，本说明书对正数阈值以及负数阈值未限定具体范围，其值需根据实际运行的单元机组的负荷容量和类型来定，一般预设为±0.3MPa(兆帕)。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₁(x)参数整定如下表所示：

	-1.5	-1.2	-0.3	0.3	0.8	1.0	1.5
									1.2	1.1	1.0	1.0	0.8	0.7	0.5

上述公式中，_f2(x)即f₂(N_e)为一维折线函数，其参数整定特点为，当负荷控制偏差大于0.0且小于一正数阈值时，输出的K_i值为1.0；当负荷控制偏差超过一正数阈值时，输出的K_i值为小于1.0的数值，并且随着负荷控制偏差的进一步加大，输出的K_i值继续减小；当负荷控制偏差小于0.0且大于一负数阈值时，输出的K_i值为1.0；当负荷控制偏差低于一负数阈值时，输出的K_i值为大于1.0的数值，并且随着负荷控制偏差的进一步降低，输出的K_i值继续增大，而输出的K_i的上限值需根据机组负荷容量和类型来定，一般K_i值在2.0以内。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₂(x)参数整定如下表所示：

	-30	-15	-10	10	15	20	30
									1.1	1.05	1.0	1.0	0.95	0.9	0.81

上述公式中，f₃(x)即f₃[LEADLAG(TP_e)]为一维折线函数，其参数整定特点为，当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后环节(LEADLAG)运算后的运算值大于0.0且小于一正数阈值时，输出的K_d值为1.0；当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值超过一正数阈值时，输出的K_d值为大于1.0的数值，并且随着主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值的进一步加大，输出的K_d值继续增大；当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值小于0.0且大于一负数阈值时，输出的K_d值为1.0；当主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值低于一负数阈值时，输出的K_d值为小于1.0的数值，并且随着主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后LEADLAG运算后的运算值的进一步降低，输出的K_d值继续减小。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₃(x)参数整定如下表所示：

	-1.5	-1.0	-0.8	-0.3	0.3	1.2	1.5
									0.5	0.7	0.8	1.0	1.0	1.1	1.2

上述公式中，f₄(x)即f₄(N_e)为一维折线函数，其参数整定特点为，当负荷控制偏差大于0.0且小于一正数阈值时，输出的K_d值为1.0；当负荷控制偏差超过一正数阈值时，输出的K_d值为大于1.0的数值，并且随着负荷控制偏差的进一步加大，输出的K_d值继续增大；当负荷控制偏差小于0.0且大于一负数阈值时，输出的K_d值为1.0；当负荷控制偏差低于一负数阈值时，输出的K_d值为小于1.0的数值，并且随着负荷控制偏差的进一步降低，输出的K_d值继续减少。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₄(x)参数整定如下表所示：

	-30	-20	-15	-10	10	15	30
									0.81	0.9	0.95	1.0	1.0	1.05	1.1

而步骤S140中保持锅炉动态加速信号不变的步骤具体为：

根据修正前的负荷变化速率设定值，通过BIR信号生成方法产生锅炉动态加速信号。

而BIR信号生成方法具体包括以下步骤：对输入信号进行逻辑运算，输出锅炉动态加速信号并前馈叠加到锅炉主控指令上；输入信号包括目标负荷值、限速后的机组负荷指令值以及修正前的负荷变化速率设定值。

具体而言，传统技术在CCS系统在变负荷的动态过程中，锅炉动态加速信号(Boiler Input Rate，BIR)按常规由负荷指令的微分产生，而本发明是根据修正前的机组负荷变化速率设定值RI和RD，由BIR信号生成方法产生锅炉动态加速信号BIR_OUT。

上述BIR信号生成方法，根据输入信号进行逻辑运算，输出锅炉动态加速信号BIR_OUT并前馈叠加到CCS系统的锅炉主控指令上，而输入的信号有：目标负荷值MWT、限速后的机组负荷指令值MWD、修正前的升负荷时机组负荷变化速率设定值RI、以及修正前的降负荷时机组负荷变化速率设定值RD，。

上述BIR信号生成方法根据输入信号进行逻辑运算的特征如下：

由修正前的升负荷时机组负荷变化速率设定值RI的一维折线函数f₅(RI)计算得到升负荷时的BIR信号中间量BIR_RI1，再乘以一个整定系数K1，得到升负荷时的BIR信号中间量BIR_RI2。整定系数K1由限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₆(MWD)计算得到，实现整定系数K1随机组负荷工况变化而变化，即K1随限速后的机组负荷指令值MWD的变化而变化。按以下公式进行计算实现：

BIR_RI1＝f₅(RI)

K1＝f₆(MWD)

BIR_RI2＝K1*BIR_RI1

上述公式中，f₅(x)即f₅(RI)为一维折线函数，其参数整定特点为，根据升负荷时机组负荷变化速率设定值RI的大小，按比例计算得到升负荷时合适的BIR信号中间量BIR_RI1，具体参数根据单元机组的现场调试确定。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₅(x)参数整定如下表所示：

	0	20	30
					0	80	120

f₆(x)即f₆(MWD)为一维折线函数，其参数整定特点为，根据机组在不同负荷工况下的升负荷特性的差异，对BIR信号进行修正，具体参数根据现场调试确定。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₆(x)参数整定如下表所示：

	300	400	500	600	700	800	900	950	1000
											1	0.9	0.85	0.8	0.8	0.75	0.65	0.65	0.63

由修正前的降负荷时机组负荷变化速率设定值RD的一维折线函数f₇(RD)计算得到降负荷时的BIR信号中间量BIR_RD1，再乘以一个整定系数K2，得到降负荷时的的BIR信号中间量BIR_RD2。整定系数K2由限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₈(MWD)计算得到，实现整定系数K2随机组负荷工况变化而变化，即K2随限速后的机组负荷指令值MWD的变化而变化，具体按以下公式进行计算实现：

BIR_RD1＝f₇(RD)

K2＝f₈(MWD)

BIR_RD2＝K2*BIR_RD1

上述公式中，f₇(x)即f₇(RD)为一维折线函数，其参数整定特点为，根据降负荷时机组负荷变化速率设定值RD的大小，按比例计算得到降负荷时合适的BIR信号中间量BIR_RD1，具体参数根据现场调试确定。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₇(x)参数整定如下表所示：

	0	20	30
					0	-80	-120

上式中，f₈(x)即f₈(MWD)为一维折线函数，其参数整定特点为，根据机组在不同负荷工况下的降负荷特性的差异，对BIR信号进行修正，具体参数根据现场调试确定。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₈(x)参数整定如下表所示：

	300	400	500	600	700	800	900	950	1000
											0.95	0.9	0.8	0.8	0.7	0.6	0.6	0.6	0.6

当目标负荷值MWT减去限速后的机组负荷指令值MWD的差大于0.1MW(兆瓦)时，表示正在升负荷过程中，选择升负荷时的BIR信号中间量BIR_RI2作为BIR中间量信号BIR1。当目标负荷值MWT减去限速后的机组负荷指令值MWD的差小于或等于0.1MW(兆瓦)时，选择降负荷时的BIR信号中间量BIR_RD2作为BIR中间量信号BIR1。按以下公式进行计算实现：

当目标负荷值MWT减限速后的机组负荷指令值MWD的差的绝对值大于一正阈值H(该正阈值H根据实际机组的运行情况来设置)时，表示正在变负荷动态过程中，选择BIR中间量信号BIR1作为BIR中间量信号BIR2。否则，选择数值0.0作为BIR中间量信号BIR2。而该正阈值根据实际机组的运行情况来设置；中间量信号BIR2具体按以下公式进行计算实现：

在某台1000MW机组的实际应用中，正阀值H取值10MW，中间量信号BIR2具体按以下公式进行计算实现：

BIR中间量信号BIR2再经过一个一阶惯性环节LAG运算后，成为最终的BIR输出信号BIR_OUT并前馈叠加到CCS系统的锅炉主控指令上。

上述LAG(一阶惯性环节)运算的传递函数为采用变参数方式，当目标负荷值MWT减限速后的机组负荷指令值MWD的差的绝对值大于一正阈值H(该正阈值H根据实际机组的运行情况来设置)时，表示正在变负荷动态过程中，选择由限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₉(MWD)作为惯性时间常数T_a。否则由限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₁₀(MWD)作为惯性时间常数T_a，具体按以下公式进行计算实现：

T_aon＝f₉(MWD)

T_aoff＝f₁₀(MWD)

在某台1000MW机组的实际应用中，正阀值H取值10MW，则上述过程具体按以下公式进行计算实现：

T_aon＝f₉(MWD)

T_aoff＝f₁₀(MWD)

上式中，f₉(x)即f₉(MWD)为一维折线函数，其参数整定特点为，根据机组在不同负荷工况下的变负荷特性的差异，取不同的时间常数对BIR信号进行启动，具体参数根据现场调试确定。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₉(x)参数整定如下表所示：

	300	400	500	600	700	800	900	1000
										25	25	25	25	28	32	35	38

上式中，f₁₀(x)即f₁₀(MWD)为一维折线函数，其参数整定特点为，根据机组在不同负荷工况下的变负荷特性的差异，取不同的时间常数对BIR信号进行切除，具体参数根据现场调试确定。如在某台1000MW机组的实际应用中，f₁₀(x)参数整定如下表所示：

	300	400	500	600	700	800	900	1000
										90	90	85	78	72	66	60	60

步骤S140中根据负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值的具体步骤包括：

对负荷变化率修正系数和修正前的负荷变化速率设定值进行乘积运算，得到修正后的负荷变化速率设定值；将修正后的负荷变化速率设定值作为机组负荷指令的限速计算参数。

具体而言，当机组进行升负荷时，用机组升负荷时的负荷变化率修正系数K_i乘以机组的升负荷时机组负荷变化速率设定值RI，得到修正后的机组的负荷变化速率设定值RI_OUT，用这个修正后的机组的负荷变化速率设定值RI_OUT作为机组负荷指令的限速计算参数；

当机组进行降负荷时，用机组降负荷时的负荷变化率修正系数K_d乘以机组的降负荷时机组负荷变化速率设定值RD，得到修正后的机组的负荷变化速率设定值RD_OUT，用这个修正后的机组的负荷变化速率设定值RD_OUT作为机组负荷指令的限速计算参数。

上述单元机组协调控制方法，本发明因为根据CCS系统的主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差来修正机组升/降负荷时的负荷变化速率设定值，通过改变机组负荷变化速率来降低主蒸汽压力控制偏差，使机组变负荷速率适应实际工况的变化，从而提高CCS系统的控制精度。根据修正前的机组负荷变化速率设定值来产生独立的锅炉BIR信号，避免锅炉BIR信号受负荷变化速率的影响反过来影响主蒸汽压力的控制，提高CCS系统的稳定性。从而降低机组运行参数的波动幅度，提高CCS系统在各种运行工况下的调节品质，达到机组安全经济运行目的

此外，本发明还提供了一种单元机组协调控制系统，图2为本发明单元机组协调控制系统实施例1的系统结构示意图；如图2所示，单元机组协调控制系统实施例1，包括连接CCS系统的负荷变化速率修正单元110和BIR信号生成单元120；

负荷变化速率修正单元110，用于对主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力值进行处理，得到主蒸汽压力控制偏差；并对限速后的机组负荷指令值与实际机组负荷值进行处理，得到负荷控制偏差；并用于根据主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；以及用于根据负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值；

BIR信号生成单元120，用于根据修正前的负荷变化速率设定值，通过BIR信号生成方法产生锅炉动态加速信号；该锅炉动态加速信号通过锅炉主控的前馈通道叠加到锅炉主控指令上。

在其中一个实施例中，如图3所示，图3为本发明单元机组协调控制系统实施例1的负荷变化速率修正单元的结构示意图；负荷变化速率修正单元110包括：

第一偏差运算模块10，用于从主蒸汽压力设定值TPS中减去实际主蒸汽压力值TP，得到主蒸汽压力控制偏差TP_e；

第二偏差运算模块20，用于从限速后的机组负荷指令值MWD中减去实际机组负荷值MW，得到负荷控制偏差N_e；

第一参数整定模块30，用于根据主蒸汽压力控制偏差TP_e经过一个超前滞后环节(LEADLAG)后的运算值，确定主蒸汽压力控制偏差一维折线函数f₁(x)和f₃(x)的输出值；

第二参数整定模块40，用于根据负荷控制偏差N_e，确定负荷控制偏差一维折线函数f₂(x)和f₄(x)的输出值；

第一乘法运算模块50，用于对主蒸汽压力控制偏差一维折线函数f₁(x)和f₃(x)的输出值，分别与负荷控制偏差一维折线函数f₂(x)和f₄(x)的输出值进行乘积运算，得到机负荷变化率修正系数K_i和K_d；

第二乘法运算模块60，用于对负荷变化率修正系数K_i和K_d，分别与修正前的负荷变化速率设定值RI和RD进行乘积运算，得到修正后的负荷变化速率设定值RI_OUT和RD_OUT。

另外，图3中还包括：超前滞后算法模块LEADAG，用于执行超前滞后算法环节；

图3中，RI为修正前的升负荷时的机组负荷变化速率设定值；RD为修正前的降负荷时的机组负荷变化速率设定值。

如图4所示，图4为本发明单元机组协调控制系统实施例1的锅炉动态加速信号BIR信号生成单元的结构示意图；BIR信号生成单元120包括：

逻辑运算模块，用于根据输入信号进行逻辑运算，并输出逻辑运算的结果；输入信号包括目标负荷值MWT、限速后的机组负荷指令值MWD以及修正前的负荷变化速率设定值RI和RD；

辅助运算模块，用于辅助逻辑运算模块的逻辑运算，并根据逻辑运算的结果输出锅炉动态加速信号。

而在具体的实施例中，如图4所示，逻辑运算模块包括：偏差运算模块Δ和乘法运算模块×；

偏差运算模块Δ，用于对目标负荷值与限速后的机组负荷指令值进行处理，获得目标负荷值与限速后的机组负荷指令值的差值；具体而言，即用目标负荷值MWT减去限速后的机组负荷指令值MWD，获得二者的差值；

第三参数整定模块70，用于根据修正前的机组负荷变化速率设定值RI和RD的一维折线函数f₅(x)和f₇(x)，分别获取BIR信号中间量BIR_RI1和BIR_RD1；

第四参数整定模块80，用于根据所述限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₆(x)和f₈(x)，分别获取整定系数K1和K2；

乘法运算模块×，用于对所述BIR信号中间量，分别与所述整定系数进行乘积运算，得到当前的BIR信号中间量BIR_RI2和BIR_RD2；

具体而言，即乘法运算模块×计算由修正前的升负荷时机组负荷变化速率设定值RI的一维折线函数f₅(RI)计算得到的升负荷时的BIR信号中间量BIR_RI1与整定系数K1的乘积，从而得到升负荷时的BIR信号中间量BIR_RI2，其中整定系数K1由限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₆(MWD)计算得到；计算由修正前的降负荷时机组负荷变化速率设定值RD的一维折线函数f₇(RD)计算得到降负荷时的BIR信号中间量BIR_RD1与整定系数K2的乘积，得到降负荷时的BIR信号中间量BIR_RD2，其中整定系数K2由限速后的机组负荷指令值MWD的一维折线函数f₈(MWD)计算得到；上述具体的运算过程参见本发明单元机组协调控制方法实施例1。

其中，如图4所示，辅助运算模块包括：

求取绝对值运算模块ABS，用于对目标负荷值MWT与限速后的机组负荷指令值MWD的差值取绝对值；

高限值比较运算模块H/，用于判断目标负荷值MWT与限速后的机组负荷指令值MWD的差值与预设的第一正阈值0.1MW的大小关系；还用于判断求取绝对值运算模块ABS输出的绝对值与预设的第二正阈值H的大小关系；

信号选择运算块T，用于根据高限值比较运算模块H/的差值判定结果，选择不同的BIR信号中间量BIR_RI2或BIR_RD2作为BIR的中间量信号BIR1；还用于根据高限值比较运算模块H/的绝对值判定结果，选择BIR中间量信号BIR1或数值0.0作为BIR的第二中间量信号BIR2；而D，N，Y为信号选择模块T的输入管脚名称，D为选择开关(逻辑信号0为选择N端作为输出，逻辑信号1为选择Y端作为输出)；

一阶惯性环节运算模块LAG，用于对BIR第二中间量信号BIR2进行一阶惯性环节运算，得到并输出最终的BIR输出信号BIR_OUT。

辅助运算模块具体的辅助运算过程参见本发明单元机组协调控制方法实施例1。

而通过上述BIR信号生成单元120中各个模块的相互作用，能够保持生成的锅炉动态加速信号不变，具体而言在使用本发明BIR信号生成单元120的CCS系统，在变负荷的动态过程中，锅炉动态加速信号(Boiler Input Rate，BIR)并不是按传统技术由负荷指令的微分产生，而是根据修正前的机组负荷变化速率设定值RI和RD，由BIR信号生成方法产生锅炉动态加速信号BIR_OUT的。

本发明单元机组协调控制系统，因为根据CCS系统的主蒸汽压力控制偏差和负荷控制偏差来修正机组升/降负荷时的负荷变化速率设定值，通过改变机组负荷变化速率来降低主蒸汽压力控制偏差，使机组变负荷速率适应实际工况的变化，从而提高CCS系统的控制精度。根据修正前的机组负荷变化速率设定值来产生独立的锅炉BIR信号，避免锅炉BIR信号受负荷变化速率的影响反过来影响主蒸汽压力的控制，提高CCS系统的稳定性。从而降低机组运行参数的波动幅度，提高CCS系统在各种运行工况下的调节品质，达到机组安全经济运行目的

为了进一步说明本发明单元机组协调控制方法及系统降低机组运行参数的波动幅度的运作过程，特选取某台1000MW超超临界发电机组作为具体的实施例。

图5、图6和图7为本发明单元机组协调控制方法及系统一具体实施例。图5为本发明实施前的某台1000MW超超临界发电机组负荷变化速率生成回路示意图；通过偏差运算块Δ比较目标负荷设定值和限速后负荷设定值，当目标负荷设定值大于限速后负荷设定值时(由图5中的高限值比较运算块H/运算得到)，判断机组正处在升负荷状态，选择LOAD_UP_RATE(变量符号：升负荷变化速率设定值中间量)作为速率限制运算的参数，否则选择LOAD_DOWN_RATE(变量符号：降负荷变化速率设定值中间量)作为速率限制运算的参数。当CCS处于负荷跟踪模式时，选择一个较大的速率限制值10000MW/min作为速率限制运算的参数，以实现负荷设定值快速跟踪机组实际负荷的功能，另外在图5中，RL表示速率限制运算模块，R为速率限制的参数设置值输入端，采用变参数的方式。速率限制运算模块RL为非线性环节，对输入信号的变化速率进行限制，输出量的变化速率被限制在RL以内。

为了在该机组实施本发明，首先需要在图5的基础上，串联接入本发明的负荷变化速率修正单元到LOAD_DOWN_RATE和LOAD_UP_RATE信号中，如图6所示，图6为本发明的负荷变化速率修正单元在某台1000MW超超临界发电机组实施的示意图。然后，需要对锅炉主控的BIR回路进行修改，用本发明的BIR信号生成方法产生的锅炉动态加速信号BIR_OUT，代替常规用负荷指令的微分产生的锅炉加速信号，将BIR_OUT信号前馈叠加到锅炉主控指令中，如图7所示，图7为本发明的锅炉动态加速信号BIR信号生成单元在某台1000MW超超临界发电机组实施的示意图。

在图6中，为了使控制回路图简洁、清晰，将本发明的负荷变化速率修正单元用DCS组态封装成一个宏运算模块，宏运算模块的内部结构及输入、输出管脚参考图3。将LOAD_DOWN_RATE连接到负荷变化速率修正单元的RD输入端、LOAD_UP_RATE连接到负荷变化速率修正单元的RI输入端、MWD1连接到“负荷率修正回路”的MWD输入端、MW连接到负荷变化速率修正单元的MW输入端、MSPS连接到负荷变化速率修正单元的TPS输入端、MSP连接到负荷变化速率修正单元的TP输入端，并设置好f₁(x)～f₄(x)的参数。最后，将负荷变化速率修正单元的RD_OUT输出信号代替原LOAD_DOWN_RATE信号，连接到信号选择运算块T的N输入端。将负荷变化速率修正单元的RI_OUT输出信号代替原LOAD_UP_RATE信号，连接到信号选择运算块T的Y输入端。

在图7中，为了使控制回路图简洁、清晰，将本发明的BIR信号生成单元用DCS组态封装成一个宏运算模块，宏运算模块的内部结构及输入、输出管脚参考图4。分别将MWD1、MW_SET、LOAD_UP_RATE、LOAD_DOWN_RATE连接到BIR信号生成单元的MWD、MWT、RI、RD输入端，同时设置好f₅(x)～f₁₀(x)的参数。最后，将BIR信号生成单元的BIR_OUT输出信号，与MWD1信号一起，前馈叠加到锅炉主控指令BD中。

在图7中，∑表示求和(加法)运算模块；

PID表示比例积分微分调节器运算模块，其传递函数为：

其中，K_p为比例系数，T_i为积分时间，K_d为微分增益，T_d为微分时间。

此外，SP是PID控制器的设定值输入端；PV是PID控制器的过程值输入端。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单元机组协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

用主蒸汽压力设定值减去实际主蒸汽压力值，得到主蒸汽压力控制偏差；

用限速后的机组负荷指令值减去实际机组负荷值，得到负荷控制偏差；

根据所述主蒸汽压力控制偏差和所述负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；所述负荷变化率修正系数分为机组升负荷时的负荷变化率修正系数和机组降负荷时的负荷变化率修正系数；

保持锅炉动态加速信号不变，根据所述负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值。

2.根据权利要求1所述的单元机组协调控制方法，其特征在于，所述根据所述主蒸汽压力控制偏差和所述负荷控制偏差，确定所述负荷变化率修正系数的步骤包括：

对所述主蒸汽压力控制偏差进行超前滞后环节处理，得到所述主蒸汽压力控制偏差经过超前滞后环节后的运算值；

根据所述运算值，确定主蒸汽压力控制偏差一维折线函数的输出值；

根据所述负荷控制偏差，确定负荷控制偏差一维折线函数的输出值；

对所述主蒸汽压力控制偏差一维折线函数的输出值和所述负荷控制偏差一维折线函数的输出值进行乘积运算处理，得到所述负荷变化率修正系数。

3.根据权利要求2所述的单元机组协调控制方法，其特征在于，所述超前滞后环节的传递函数为其中，T_d为超前时间常数，T_a为滞后的惯性时间常数，S为拉普拉斯算子。

4.根据权利要求1所述的单元机组协调控制方法，其特征在于，所述保持锅炉动态加速信号不变的步骤具体包括：根据修正前的负荷变化速率设定值，通过BIR信号生成方法产生所述锅炉动态加速信号。

5.根据权利要求4所述的单元机组协调控制方法，其特征在于，所述BIR信号生成方法具体包括以下步骤：对输入信号进行逻辑运算，输出所述锅炉动态加速信号并前馈叠加到锅炉主控指令上；所述输入信号包括目标负荷值、限速后的机组负荷指令值以及修正前的负荷变化速率设定值。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的单元机组协调控制方法，其特征在于，所述根据所述负荷变化率修正系数实时修正所述负荷变化速率设定值的步骤具体包括：

对所述负荷变化率修正系数和修正前的负荷变化速率设定值进行乘积运算，得到修正后的负荷变化速率设定值；将所述修正后的负荷变化速率设定值作为机组负荷指令的限速计算参数。

7.一种单元机组协调控制系统，其特征在于，包括连接CCS系统的负荷变化速率修正单元和BIR信号生成单元；

所述负荷变化速率修正单元，用于对主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力值进行处理，得到主蒸汽压力控制偏差；对限速后的机组负荷指令值与实际机组负荷值进行处理，得到负荷控制偏差；并用于根据所述主蒸汽压力控制偏差和所述负荷控制偏差，确定负荷变化率修正系数；以及用于根据所述负荷变化率修正系数实时修正负荷变化速率设定值；

所述BIR信号生成单元，用于根据修正前的负荷变化速率设定值，通过BIR信号生成方法产生锅炉动态加速信号；所述锅炉动态加速信号通过锅炉主控的前馈通道叠加到锅炉主控指令上。

8.根据权利要求7所述的单元机组协调控制系统，其特征在于，所述负荷变化速率修正单元包括：

第一偏差运算模块，用于从所述主蒸汽压力设定值中减去所述实际主蒸汽压力值，得到所述主蒸汽压力控制偏差；

第二偏差运算模块，用于从所述限速后的机组负荷指令值中减去所述实际机组负荷值，得到所述负荷控制偏差；

第一参数整定模块，用于根据所述主蒸汽压力控制偏差经过一个超前滞后环节后的运算值，确定主蒸汽压力控制偏差一维折线函数的输出值；

第二参数整定模块，用于根据所述负荷控制偏差，确定负荷控制偏差一维折线函数的输出值；

第一乘法运算模块，用于对所述主蒸汽压力控制偏差一维折线函数的输出值和所述负荷控制偏差一维折线函数的输出值进行乘积运算，得到所述机组负 荷变化率修正系数；

第二乘法运算模块，用于对所述负荷变化率修正系数和修正前的负荷变化速率设定值进行乘积运算，得到修正后的负荷变化速率设定值。

9.根据权利要求7或8所述的单元机组协调控制系统，其特征在于，所述BIR信号生成单元包括：

逻辑运算模块，用于对输入信号进行逻辑运算，并输出逻辑运算的结果；所述输入信号包括目标负荷值、所述限速后的机组负荷指令值以及所述修正前的负荷变化速率设定值；

辅助运算模块，用于辅助所述逻辑运算模块的逻辑运算，并根据所述逻辑运算的结果输出所述锅炉动态加速信号。

10.根据权利要求9所述的单元机组协调控制系统，其特征在于，

所述逻辑运算模块包括：

偏差运算模块，用于对所述目标负荷值与所述限速后的机组负荷指令值进行处理，获得所述目标负荷值与所述限速后的机组负荷指令值的差值；

第三参数整定模块，用于根据所述修正前的机组负荷变化速率设定值的一维折线函数，获取BIR信号中间量；

第四参数整定模块，用于根据所述限速后的机组负荷指令值的一维折线函数，获取整定系数；

乘法运算模块，用于对所述BIR信号中间量与所述整定系数进行乘积运算，得到当前的BIR信号中间量；

所述辅助运算模块包括：

求取绝对值运算模块，用于对所述目标负荷值与所述限速后的机组负荷指令值的差值取绝对值；

高限值比较运算模块，用于判断所述目标负荷值与所述限速后的机组负荷指令值的差值与预设的第一正阈值的大小关系；还用于判断所述绝对值与预设的第二正阈值的大小关系；

信号选择运算块，用于根据所述高限值比较运算模块的判定结果，选择相应的所述当前的BIR信号中间量作为BIR第二中间量信号；

一阶惯性环节运算模块，用于对所述BIR第二中间量信号进行一阶惯性环节运算，得到并输出所述锅炉动态加速信号。