CN105202519A - 供热机组调频调峰全工况协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及供热机组调频调峰全工况协调控制方法。用于供热机组在多种工况下，参与电网调频调峰时的自动控制，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。具体是通过优化供热机组分散控制系统（DCS）的控制逻辑，实现供热机组在多种工况下自动满足电网调频调峰的要求。保证机组在参与调频调峰时的协调控制稳定性和准确性及供热机组在不同运行工况下主蒸汽压力控制稳定性和准确性，充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性。有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平，实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。

Description

供热机组调频调峰全工况协调控制方法

技术领域

本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种供热机组调频调峰全工况协调控制方法。可用于供热机组在多种工况下，参与电网调频调峰时的自动控制，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。

背景技术

调频调峰是电网公司维持电网频率稳定的重要手段。为了电网的安全、稳定、经济运行和提高供电电能质量，电网公司要求上网火力发电机组必须具备调频调峰功能，并提出了具体的技术指标和考核办法。供热火电机组协调控制系统是机组控制中的最高级控制器，负责协调汽轮机与锅炉间的能量平衡控制，保证机组参与电网调频调峰的调节品质和供热负荷的调节品质。供热机组协调控制被控对象为多输入多输出系统，具有非线性、参数慢时变、以及大迟滞与大惯性的特点。尤其体现在运行工况多变的控制环节，从非供暖期控制，到供暖期控制，再到工业供热控制，整个过程环节较多，给调频调峰功能设计与实现带来许多困难。

近些年众多国内学者对火电机组协调控制系统的给控制相关问题进行了研究与探讨，例如《中国电机工程学报》的《超临界机组协调控制系统设计新方法及其工程应用》，给出超临界机组协调受控对象的一种实用数学模型，采用观测器预估燃煤的热值，设计一种基于增量式函数观测的状态反馈+串级PID+智能控制(IC)+热值补偿(BTU)的综合型协调控制系统。《动力工程学报》的《锅炉燃烧系统的自适应预测函数控制》提出了一种基于卡尔曼(CARMA)模型的自适应预测函数控制方法，通过实时辨识过程模型的参数，不断去修正预测函数控制器的参数。中国专利“基于预给煤控制模型的协调控制系统参数动态整定方法”专利申请号CN201210414078.9，提出了利用计算机软件辅助求取控制算法参数，简化调试过程，缩短动态参数求取时间。中国专利“直流炉单元机组直接能质平衡协调控制系统”专利申请号CN201110103988.0，提出采用直接能量平衡机理实现汽机功率调节回路与锅炉燃烧调节回路间的动态解耦，采用直接质量、流量平衡机理实现汽机功率调节回路与锅炉给水调节回路间的动态解耦。中国专利“基于协调控制品质的火电机组煤量前馈量化设计方法”专利申请号CN201210394342.7，提出了将速率限制前后的负荷指令求偏差，通过量化标尺一维折线函数获得煤量前馈量化标尺，从而设计出不同等级负荷煤量前馈的基本量化标尺。

以上这些文献及专利主要从机组数学模型的建立、机组控制策略的设计以及控制系统参数的整定等方面进行了阐述，并提出了协调控制系统设计方法与应用实例，但对供热机组在调频调峰过程中不同工况下的协调控制没有进行有针对性的研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种供热机组调频调峰全工况协调控制方法，其目的是为了解决供热机组在参与电网调频调峰过程中的自动控制问题，充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

供热机组调频调峰全工况协调控制方法，是通过优化供热机组分散控制系统（DCS）的控制逻辑，实现供热机组在多种工况下自动满足电网调频调峰的要求，具体实现步骤如下：第一步：在原协调控制系统的逻辑组态中增加供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口；第二步：进行供热机组调频调峰全工况协调控制回路逻辑组态，并将其输出引入到供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口中；第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热机组调频调峰全工况协调控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。

所述的供热机组调频调峰全工况协调控制回路包括判断机组的运行工况和运行状态，依据机组不同的运行工况和运行状态自动计算机组的锅炉主控前馈信号和主蒸汽压力修正信号。

所述的机组不同的运行工况，包括供暖期运行调频调峰、非供暖期运行调频调峰、工业供热运行调频调峰；机组的运行状态，包括一次调频动作、二次调频动作、机组处于低谷期调峰、机组处于高峰期调峰、机组的蓄能与机组的调频调峰方向一致、机组的蓄能与机组的调频调峰方向相反。

所述的机组的锅炉主控前馈信号，是由多个基于机组运行工况和运行状态的前馈量和多个基于机组运行状态的修正系数组成，包括供暖期锅炉主控前馈、非供暖期锅炉主控前馈、工业供热锅炉主控前馈、一次调频锅炉主控前馈、二次调频锅炉主控前馈，机组的蓄能修正系数、机组处于低谷期调峰修正系数、机组处于高峰期调峰修正系数，主蒸汽压力修正信号，是由多个基于机组运行工况的修正信号组成，包括供暖期主蒸汽压力设定值修正信号、非供暖期主蒸汽压力设定值修正信号、工业供热主蒸汽压力设定值修正信号。

所述的供热机组调频调峰全工况协调控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据供热机组调频调峰协调控制运行曲线和主蒸汽压力控制曲线，反复在线整定相关参数，保证供热机组在多种工况下，自动实现调频调峰功能和主要参数稳定。

本发明的有益效果是：

（1）通过对供热机组运行工况和状态的判断，准确控制机组不同运行工况和状态时的锅炉主控输出，保证机组在参与调频调峰时的协调控制稳定性和准确性，从而实现充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证机组供热品质和主要参数的稳定性。

（2）通过对供热机组运行工况的判断，控制机组不同运行工况时的主蒸汽压力，保证供热机组在不同运行工况下主蒸汽压力控制稳定性和准确性，从而实现充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性。

（3）可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。

（4）实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。

附图说明：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明算法锅炉主控前馈逻辑图；

图2是本发明算法主蒸汽压力设定值偏置逻辑图；

图3是本发明的工作流程框图。

具体实施方式

本发明是一种供热机组调频调峰全工况协调控制方法，是通过优化供热机组分散控制系统（DCS）的控制逻辑，实现供热机组在多种工况下自动满足电网调频调峰的要求，如图3所示，图3是本发明的工作流程框图，具体实现步骤如下：

第一步：在原协调控制系统的逻辑组态中增加供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口；

第二步：进行供热机组调频调峰全工况协调控制回路逻辑组态，并将其输出引入到供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口中；

第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热机组调频调峰全工况协调控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。

所述的供热机组调频调峰全工况协调控制回路包括判断机组的运行工况和运行状态，依据机组不同的运行工况和运行状态自动计算机组的锅炉主控前馈信号和主蒸汽压力修正信号。

所述的机组不同的运行工况，包括供暖期运行调频调峰、非供暖期运行调频调峰、工业供热运行调频调峰；机组的运行状态，包括一次调频动作、二次调频动作、机组处于低谷期调峰、机组处于高峰期调峰、机组的蓄能与机组的调频调峰方向一致、机组的蓄能与机组的调频调峰方向相反。

所述的机组的锅炉主控前馈信号，是由多个基于机组运行工况和运行状态的前馈量和多个基于机组运行状态的修正系数组成，包括供暖期锅炉主控前馈、非供暖期锅炉主控前馈、工业供热锅炉主控前馈、一次调频锅炉主控前馈、二次调频锅炉主控前馈，机组的蓄能修正系数、机组处于低谷期调峰修正系数、机组处于高峰期调峰修正系数，主蒸汽压力修正信号，是由多个基于机组运行工况的修正信号组成，包括供暖期主蒸汽压力设定值修正信号、非供暖期主蒸汽压力设定值修正信号、工业供热主蒸汽压力设定值修正信号。

所述的供热机组调频调峰全工况协调控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据供热机组调频调峰协调控制运行曲线和主蒸汽压力控制曲线，反复在线整定相关参数，保证供热机组在多种工况下，自动实现调频调峰功能和主要参数稳定。

本发明的核心思想是供热火电机组在调频调峰过程中运行工况和状态复杂多变，只有通过对机组运行工况和状态的判断，准确控制供热机组不同运行工况和状态时的被调量，才能保证供热机组在参与调频调峰时的负荷响应快速性和供热品质等主要参数的稳定性。

本发明算法逻辑图，即供热机组调频调峰全工况协调控制算法锅炉主控前馈逻辑如图1所示，主蒸汽压力设定值修正逻辑如图2所示。

图1中，一次调频目标，二次调频增量目标，负荷指令，实际负荷，供热抽汽阀门开度，供热抽汽压力，均可直接从DCS实时数据库中读取。切换条件升负荷蓄能不足，降负荷蓄能不足，供暖期，工业供热投入，由逻辑判断得出，机组的主蒸汽压力、主蒸汽温度的变化趋势与机组负荷指令的变化趋势一致时则认为蓄能充足，机组的主蒸汽压力、主蒸汽温度的变化趋势与机组负荷指令的变化趋势不一致时则认为蓄能不足，系统时间判断和运行人员确认后确定供暖期，系统时间判断、供热抽汽阀门开度和运行人员确认后确定工业供热投入。f₁(x)为非线性函数发生器，其输入为一次调频目标，输出为一次调频锅炉主控前馈。f₂(x)为非线性函数发生器，其输入为二次调频增量目标，输出为二次调频锅炉主控前馈。f₃(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷指令，输出为机组蓄能充足锅炉主控前馈。f₄(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷指令，输出为机组升负荷时蓄能不足锅炉主控前馈。f₅(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷指令，输出为机组降负荷时蓄能不足锅炉主控前馈。f₆(x)为非线性函数发生器，其输入为实际负荷，输出为升负荷时的锅炉主控前馈修正系数，范围0~1，用于机组处于高峰期调峰时修正锅炉主控前馈。f₇(x)为非线性函数发生器，其输入为实际负荷，输出为降负荷时的锅炉主控前馈修正系数，范围0~1，用于机组处于低谷期调峰修正锅炉主控前馈。f₈(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽汽阀门开度，输出为供暖期工况锅炉主控前馈。f₉(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽汽阀门开度，输出为工业供热投入工况锅炉主控前馈。f₁₀(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽汽压力，输出为供热工况的锅炉主控前馈修正系数，范围0~1，用于机组处于供热工况时修正锅炉主控前馈。f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)、f₄(x)、f₅(x)的功能是形成基于电网调频调峰的火电机组锅炉主控前馈基准值，f₆(x)、f₇(x)则根据机组运行的边界条件对锅炉主控前馈基准值进行修正，f₈(x)、f₉(x)的功能是形成基于机组供热工况的机组锅炉主控前馈基准值，f₁₀(x)则根据机组供热运行的条件对锅炉主控前馈基准值进行修正。f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)、f₄(x)、f₅(x)、f₆(x)、f₇(x)、f₈(x)、f₉(x)、f₁₀(x)的参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是通过现有DCS协调控制系统，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。

图2中，供热抽汽阀门开度，供热抽汽压力，均可直接从DCS实时数据库中读取。切换条件供暖期，工业供热投入，由逻辑判断得出，系统时间判断和运行人员确认后确定供暖期，系统时间判断、供热抽汽阀门开度和运行人员确认后确定工业供热投入。f₁(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽汽阀门开度，输出为供暖期工况主蒸汽压力设定值偏置。f₂(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽汽阀门开度，输出为工业供热投入工况主蒸汽压力设定值偏置。f₃(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽汽压力，输出为供热工况的主蒸汽压力设定值偏置修正系数，范围0~1，用于机组处于供热工况时修正主蒸汽压力设定值偏置。f₁(x)、f₂(x)的功能是形成基于机组供热工况的机组主蒸汽压力设定值偏置基准值，f₃(x)则根据机组供热运行的条件对主蒸汽压力设定值偏置基准值进行修正。f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)的参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是通过现有DCS协调控制系统，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内。

下面以某350MW超临界供热火电机组为例，介绍算法参数整定结果，如表1所示。

机组概况：该机组锅炉为四角切圆燃烧方式，汽轮机为350MW超临界、一次中间再热、单轴凝汽式汽轮机。制粉系统采用正压直吹式，配有5台磨煤机；设有两台50%容量的一次风机提供一次热、冷风输送煤粉。控制系统采用的是北京国电智深公司技术，协调控制系统采用以锅炉跟随为基础的协调控制系统，燃水比控制采用水跟煤方式。

表1中与f₁(x)对应的x为一次调频目标（MW）；与f₂(x)对应的x为二次调频增量目标（MW）；与f₃(x)对应的x为负荷指令（MW）；与f₄(x)对应的x为负荷指令（MW）；与f₅(x)对应的x为负荷指令（MW）；与f₆(x)对应的x为实际负荷（MW）；与f₇(x)对应的x为实际负荷（MW）；与f₈(x)对应的x为供热抽汽阀门开度（%）；与f₉(x)对应的x为供热抽汽阀门开度（%）；与f₁₀(x)对应的x为供热抽汽压力（MPa）；该机组的一次调频目标、二次调频增量目标、负荷指令、实际负荷、供热抽汽阀门开度、供热抽汽压力均可直接从DCS实时数据库中读取；完成供热机组调频调峰全工况协调控制回路逻辑组态，并将其输出引入到供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口中作为锅炉主控控制的前馈信号后，将系统投入实际运行，根据机组调频调峰和供热控制运行曲线，反复在线整定f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)、f₄(x)、f₅(x)、f₆(x)、f₇(x)、f₈(x)、f₉(x)、f₁₀(x)相应参数，保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要参数控制在合理范围内，有效降低了运行人员的劳动强度；现场调试过程简单，便于工程实现。

Claims (5)

1.供热机组调频调峰全工况协调控制方法，其特征是，通过优化供热机组分散控制系统（DCS）的控制逻辑，实现供热机组在多种工况下自动满足电网调频调峰的要求，具体实现步骤如下：

第一步：在原协调控制系统的逻辑组态中增加供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口；

第二步：进行供热机组调频调峰全工况协调控制回路逻辑组态，并将其输出引入到供热机组调频调峰全工况协调控制回路接口中；

第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热机组调频调峰全工况协调控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。

2.根据权利要求1所述的供热机组调频调峰全工况协调控制方法，其特征在于：所述的供热机组调频调峰全工况协调控制回路包括判断机组的运行工况和运行状态，依据机组不同的运行工况和运行状态自动计算机组的锅炉主控前馈信号和主蒸汽压力修正信号。

3.根据权利要求2所述的供热机组调频调峰全工况协调控制方法，其特征在于：所述的机组不同的运行工况，包括供暖期运行调频调峰、非供暖期运行调频调峰、工业供热运行调频调峰；机组的运行状态，包括一次调频动作、二次调频动作、机组处于低谷期调峰、机组处于高峰期调峰、机组的蓄能与机组的调频调峰方向一致、机组的蓄能与机组的调频调峰方向相反。

4.根据权利要求2所述的供热机组调频调峰全工况协调控制方法，其特征在于：所述的机组的锅炉主控前馈信号，是由多个基于机组运行工况和运行状态的前馈量和多个基于机组运行状态的修正系数组成，包括供暖期锅炉主控前馈、非供暖期锅炉主控前馈、工业供热锅炉主控前馈、一次调频锅炉主控前馈、二次调频锅炉主控前馈，机组的蓄能修正系数、机组处于低谷期调峰修正系数、机组处于高峰期调峰修正系数，主蒸汽压力修正信号，是由多个基于机组运行工况的修正信号组成，包括供暖期主蒸汽压力设定值修正信号、非供暖期主蒸汽压力设定值修正信号、工业供热主蒸汽压力设定值修正信号。

5.根据权利要求1所述的供热机组调频调峰全工况协调控制方法，其特征在于：所述的供热机组调频调峰全工况协调控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据供热机组调频调峰协调控制运行曲线和主蒸汽压力控制曲线，反复在线整定相关参数，保证供热机组在多种工况下，自动实现调频调峰功能和主要参数稳定。