CN105204340B - 改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法及系统 - Google Patents

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本发明涉及一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法及系统，包括：将锅炉能量需求指令BD作为PID控制器设定值，将热量信号作为PID控制器被调量，通过两者偏差的比例和积分作用来改变燃料量指令，同时采用新的前馈指令对燃煤量指令进行调整，其中的新的前馈指令包括负荷指令函数、智能超调单元以及汽压偏差与煤量修正函数。与现有技术相比，本发明具有整体上提高了燃煤机组协调变负荷能力，也有利于主蒸汽压力的平稳控制等优点。

Description

改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法及系统
技术领域
本发明涉及火力发电机组的自动控制领域，尤其是涉及一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法及系统。
背景技术
火电机组是一个多输入多输出的强耦合多变量系统，其中锅炉和汽轮机的动态对象特性差异较大，锅炉具有明显的大惯性、非线性和时变性等特点，而汽轮机的响应速度较快，机组负荷协调控制系统(CCS,Coordinated Control System)则要协调控制锅炉煤量、给水量、风量和汽轮机调门开度等输入参数，实现机组负荷、主蒸汽压力等主要输出参数的良好控制品质，满足电网对机组变负荷性能和机组本身安全经济运行的要求。直接能量平衡(DEB，Direct Energy Balance)控制方法最早由美国LN控制公司提出，是建立在直接能量平衡概念基础上的一种机、炉协调控制策略，能克服锅炉侧的非线性和惯性大的影响，实现协调控制的单向解耦。该方法特点是：能计算出汽机对锅炉的能量需求，并控制锅炉的出力与汽机的能量要求相匹配；能快速控制机组的发电功率，使之同外界负荷要求相匹配。
但随着电网对机组变负荷性能的要求越来越高，加上锅炉燃用的煤种变化较大、燃煤掺烧等因素，逐渐暴露出目前DEB控制存在的一些不足，主要有：变负荷时煤量变化滞后于汽机调门动作，要在汽机调门动作引起调节级压力和主蒸汽压力改变后才会发生变化，容易导致汽压偏差大；煤量超调采用锅炉指令的微分，当发生汽压闭锁时会复位超调，不利于主汽压恢复；煤量前馈也会构成汽压反馈回路，容易导致回路振荡；没有燃煤热值修正系数，无法根据煤质的变化，进行相应调整；煤量调节PID没有进行变参数控制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法及系统，通过改变前馈指令方式，消除了上述不足，进一步提高了机组协调变负荷响应能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法，其特征在于，包括：
将锅炉能量需求指令BD作为PID控制器设定值，将热量信号作为PID控制器被调量，通过两者偏差的比例和积分作用来改变燃料量指令，同时采用新的前馈指令对燃煤量指令进行调整，其中的新的前馈指令包括负荷指令函数、智能超调单元以及汽压偏差与煤量修正函数。
所述的负荷指令函数，用于经过设定的速率限制，能够使得负荷指令变化时煤量立即同步变化；
所述的智能超调单元，由变负荷信号触发，区分加减方向，并根据锅炉蓄热变化情况来复位超调；
所述的汽压偏差与煤量修正函数，对煤量进行补充修正，以减少变负荷过程中的汽压偏差。
所述的负荷指令函数、智能超调单元以及汽压偏差与煤量函数通过加法器相加后与设置热值系数相乘后输入到PID控制器中。
所述的热值系数用于对燃煤量指令进行调整。
所述的PID控制器还设有变参数输入单元，用于提高蒸汽压力控制品质。
一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制系统，其特征在于，包括PID控制器、锅炉能量需求指令BD输入单元、热量信号输入单元和前馈指令生成模块，所述的PID控制器分别与锅炉能量需求指令BD输入单元、热量信号输入单元和前馈指令生成模块连接。
所述的前馈指令生成模块包括负荷指令函数输入单元、智能超调单元、汽压偏差与煤量修正函数输入单元、加法器、乘法器和热值系数输入单元，所述的负荷指令函数输入单元、智能超调单元、汽压偏差与煤量修正函数输入单元分别与加法器的输入端连接，所述的加法器的输出端、热值系数输入单元分别与乘法器的输入端连接，所述的乘法器输出端与PID控制器连接。
所述的PID控制器设有变参数输入单元。
与现有技术相比，经过本发明改进后，在变负荷时，负荷指令在送往汽轮机的同时也会改变煤量指令，加快了锅炉侧的响应；采用了新的超调，负荷指令不变时不会立即复位，而是根据锅炉蓄热情况来智能判断，并用汽压偏差补充修正煤量指令，能更好的控制主蒸汽压力；引入热值修正以适应煤质的变化，采用变参数控制进一步优化控制效果。总之，采用改进后的DEB控制方式后，整体上提高了燃煤机组协调变负荷能力，也有利于主蒸汽压力的平稳控制。
附图说明
图1为本发明的控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
考虑到实施工作量和可操作性，保留原先的DEB控制框架，这样可以对原有机组负荷指令处理、RB控制功能、汽机主控等回路不做修改，而主要改进现有DEB策略中存在不足的地方，即锅炉侧的煤量控制，改变前馈指令生成方式，并采用新的超调控制，加入燃煤热值修正系数，以适应不同的煤质变化。
保留原先的燃料控制PID，改进PID前馈指令。燃料控制PID的前馈不再采用锅炉能量需求BD指令，BD指令只作为PID设定值，热量信号作为PID被调量，通过两者偏差的比例和积分作用来改变燃料量指令，即BD指令只参与PID的反馈调节。
新的前馈主要采用负荷指令函数，并经过一定的速率限制，能够使得负荷指令变化时煤量立即同步变化；再加上智能超调，该超调由变负荷信号触发，区分加减方向，并根据锅炉蓄热变化情况来复位超调；再用汽压偏差－煤量修正函数对燃煤量进行补充修正，以减少变负荷过程中的汽压偏差。根据当前燃用煤质情况由运行人员输入合适的热值系数，煤量指令会根据该系数进行相应调整。另外，对煤量PID进行变参数控制，以提高主蒸汽压力控制品质。
经过这些改进后，在变负荷时，负荷指令在送往汽轮机的同时也会改变煤量指令，加快了锅炉侧的响应；采用了新的超调，负荷指令不变时不会立即复位，而是根据锅炉蓄热情况来智能判断，并用汽压偏差补充修正煤量指令，能更好的控制主蒸汽压力；引入热值修正以适应煤质的变化，采用变参数控制进一步优化控制效果。总之，采用改进后的DEB控制方式后，整体上提高了燃煤机组协调变负荷能力，也有利于主蒸汽压力的平稳控制。
对于某一台300MW燃煤机组，锅炉系上海锅炉厂引进美国CE公司技术设计制造的1025t/h亚临界一次中间再热强制循环汽包锅炉，汽机为上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造的亚临界，中间再热、单轴、双缸、双排汽、凝汽式汽轮机，锅炉与汽轮机热力系统采用单元布置，控制系统已升级改造为MAX DNA系统。
在机组停机检修期间，按照事先讨论好的改进方案，修改机组DEB控制逻辑，主要改进内容详见图1。
具体有：
保留DEB方式时燃料控制PID，删除原先的锅炉能量需求BD信号至PID前馈；
采用新的前馈指令，由负荷指令的函数、汽压偏差的函数和智能超调三部分组成；
对前馈指令增加热值系数修正；
对燃料控制PID进行变参数设置。
逻辑修改完成后，进行了冷态控制功能测试，及时发现并修改逻辑中存在的问题。
然后在机组启动稳定运行后，进行变负荷试验，进一步验证新的控制功能，优化控制参数，以达到满意的负荷和主汽压控制效果。
通过改进DEB方式的煤量前馈指令后，消除了DEB方式存在的不足，加快了煤量响应速度，有利于变负荷过程中的主汽压稳定，整体上提高了燃煤机组协调变负荷能力。

Claims (7)

1.一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法，其特征在于，包括：
将锅炉能量需求指令BD作为PID控制器设定值，将热量信号作为PID控制器被调量，通过两者偏差的比例和积分作用来改变燃料量指令，同时采用新的前馈指令对燃煤量指令进行调整，其中的新的前馈指令包括负荷指令函数、智能超调单元以及汽压偏差与煤量修正函数；
所述的负荷指令函数，用于经过设定的速率限制，能够使得负荷指令变化时煤量立即同步变化；
所述的智能超调单元，由变负荷信号触发，区分加减方向，并根据锅炉蓄热变化情况来复位超调；
所述的汽压偏差与煤量修正函数，对煤量进行补充修正，以减少变负荷过程中的汽压偏差。
2.根据权利要求1所述的一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法，其特征在于，所述的负荷指令函数、智能超调单元以及汽压偏差与煤量修正函数通过加法器相加后与设置热值系数相乘后作为前馈指令输入到PID控制器中。
3.根据权利要求2所述的一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法，其特征在于，所述的热值系数用于对燃煤量指令进行调整。
4.根据权利要求2所述的一种改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法，其特征在于，所述的PID控制器还设有变参数输入单元，用于提高蒸汽压力控制品质。
5.一种采用权利要求1所述的改进后的直接能量平衡负荷协调控制方法的控制系统，其特征在于，包括PID控制器、锅炉能量需求指令BD输入单元、热量信号输入单元和前馈指令生成模块，所述的PID控制器分别与锅炉能量需求指令BD输入单元、热量信号输入单元和前馈指令生成模块连接。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述的前馈指令生成模块包括负荷指令函数输入单元、智能超调单元、汽压偏差与煤量修正函数输入单元、加法器、乘法器和热值系数输入单元，所述的负荷指令函数输入单元、智能超调单元、汽压偏差与煤量函数输入单元分别与加法器的输入端连接，所述的加法器的输出端、热值系数输入单元分别与乘法器的输入端连接，所述的乘法器输出端与PID控制器连接。
7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述的PID控制器设有变参数输入单元。
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