CN106227180A - 一种火电机组性能显示方法及分散控制系统 - Google Patents

一种火电机组性能显示方法及分散控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火电机组性能显示方法及分散控制系统，包括：分散控制系统DCS获取机组实时数据；DCS利用实时数据，通过DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；DCS利用物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算机组的性能指标值，并通过DCS在操作界面上实时显示；可见，在本实施例中，通过分散控制系统DCS可以便捷地获取火电机组的实时性能指标值，并在显示界面实时为运行人员显示，向运行人员实时提供可靠的机组运行调整依据，并且本申请只需在现有的分散控制系统中利用现有的控制逻辑组态软件进行二次开发即可计算出机组实时性能指标，可充分发挥分散系统对机组运行状态的在线监视与控制功能。

Description

一种火电机组性能显示方法及分散控制系统
技术领域
本发明涉及火电机组性能显示技术领域，更具体地说，涉及一种火电机组性能显示方法及分散控制系统。
背景技术
目前，大型火力发电机组性能计算仅仅在厂级监控系统SIS中实现。这种机组性能指标计算实现方式存在以下不足：由于SIS采集数据的采样周期大，无法实现真正的在线计算；SIS的数据精度不高，导致SIS计算的性能指标误差也将偏大；由于SIS系统主要面向管理层，其计算出的指标值无法实时展现给运行人员，难以为运行人员提供及时的操作依据。
因此，如何获取火电机组性能并进行显示是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电机组性能显示方法及分散控制系统，以实现获取火电机组性能并进行显示。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种基于分散控制系统的火电机组性能显示方法，包括：
分散控制系统DCS获取机组实时数据；
所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；
所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并通过所述DCS在操作界面上实时显示。
其中，还包括：
所述DSC利用内置的功能模块，实现与IAPWS-IF97物性骨架表计算公式对应的计算规则的组态；其中，所述计算规则为水与过热蒸汽区的焓值计算公式。
其中，所述分散控制系统DCS获取机组实时数据，包括：
所述分散控制系统DCS获取机组实时的给水温度、给水压力、新蒸汽温度、新蒸汽压力、再热热段蒸汽温度、再热热段蒸汽压力、再热冷段蒸汽温度，再热冷段蒸汽压力。
其中，所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值，包括：
所述DCS利用所述给水温度、所述给水压力及所述计算规则，计算给水焓值；
所述DCS利用所述新蒸汽温度、所述新蒸汽压力及所述计算规则，计算新蒸汽焓值；
所述DCS利用所述再热热段蒸汽温度、所述再热热段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热热段蒸汽焓值；
所述DCS利用所述再热冷段蒸汽温度、所述再热冷段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热冷段蒸汽焓值。
其中，所述DCS采用分时调用机制，利用所述新蒸汽温度、所述新蒸汽压力及所述计算规则，计算新蒸汽焓值；利用所述再热热段蒸汽温度、所述再热热段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热热段蒸汽焓值；利用所述再热冷段蒸汽温度、所述再热冷段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热冷段蒸汽焓值。
其中，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值之前，还包括：
获取机组有功负荷指令，计算所述机组有功负荷指令与所述机组实际电功率的差值，计算机组有功负荷指令的变化率，计算电功率的变化率；
若所述差值在预定差值范围内、且所述机组有功负荷指令的变化率和所述电功率的变化率均为零，则判定所述机组处于稳定状态，则执行所述依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值的步骤。
其中，所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，包括：
所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的锅炉吸热量，机组热耗率，机组发电标准煤耗率，机组供电电标准煤耗率，机组主蒸汽流量，再热蒸汽流量，厂用电功率。
一种分散控制系统，包括：
实时数据获取模块，用于获取机组实时数据；
物性参数值计算模块，用于利用所述实时数据，通过内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；
显示模块，用于利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并在操作界面上实时显示。
其中，还包括：
计算规则组态模块，用于利用内置的功能模块，实现与IAPWS-IF97物性骨架表计算公式对应的计算规则的组态；其中，所述计算规则为水与过热蒸汽区的焓值计算公式
其中，还包括：
获取模块，用于获取机组有功负荷指令；
第一计算模块，用于计算所述机组有功负荷指令与所述机组实际电功率的差值；
第二计算模块，用于计算机组有功负荷指令的变化率；
第三计算模块，用于计算电功率的变化率；
稳定性判定模块，用于当所述差值在预定差值范围内、且所述机组有功负荷指令的变化率和所述电功率的变化率均为零，则判定所述机组处于稳定状态。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种基于分散控制系统的火电机组性能显示方法，包括：分散控制系统DCS获取机组实时数据；所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并通过所述DCS在操作界面上实时显示；可见，在本实施例中，通过分散控制系统DCS可以便捷地获取火电机组的实时性能指标值，并在显示界面实时为运行人员显示，向运行人员实时提供可靠的机组运行调整依据，并且本申请只需在现有的分散控制系统中利用现有的控制逻辑组态软件进行二次开发即可计算出机组实时性能指标，可充分发挥分散系统对机组运行状态的在线监视与控制功能；本发明还提供一种分散控制系统，同样能实现上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种基于分散控制系统的火电机组性能显示方法流程示意图；
图2为本发明实施例公开的分时调用计算机制示意图；
图3为本发明实施例公开的一种分散控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种火电机组性能显示方法及分散控制系统，以实现获取火电机组性能并进行显示。
参见图1，本发明实施例提供的一种基于分散控制系统的火电机组性能显示方法，包括：
S101、分散控制系统DCS获取机组实时数据；
其中，本方案还包括：
所述DSC利用内置的功能模块，实现与IAPWS-IF97物性骨架表计算公式对应的计算规则的组态；其中，所述计算规则为水与过热蒸汽区的焓值计算公式。
具体的，在本实施例中采用IAPWS-IF97(International Association forProperties of Water and Steam,Industrial Formulation 1997)所述的物性骨架表计算公式，专门针对水与过热蒸汽区的焓值计算公式，并利用分散控制系统DCS现有功能模块完成相应的计算公式组态，为机组热经济性能指标的计算提供工质不同状态下的物性参数值。
其中，所述分散控制系统DCS获取机组实时数据，包括：
所述分散控制系统DCS获取机组实时的给水温度、给水压力、新蒸汽温度、新蒸汽压力、再热热段蒸汽温度、再热热段蒸汽压力、再热冷段蒸汽温度，再热冷段蒸汽压力。
S102、所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；
其中，所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值，包括：
所述DCS利用所述给水温度、所述给水压力及所述计算规则，计算给水焓值；
所述DCS利用所述新蒸汽温度、所述新蒸汽压力及所述计算规则，计算新蒸汽焓值；
所述DCS利用所述再热热段蒸汽温度、所述再热热段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热热段蒸汽焓值；
所述DCS利用所述再热冷段蒸汽温度、所述再热冷段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热冷段蒸汽焓值。
具体的，在本实施例中依据机组运行的给水温度、给水压力、新蒸汽温度、新蒸汽压力、再热热段蒸汽温度、再热热段蒸汽压力、再热冷段蒸汽温度，再热冷段蒸汽压力，调用相应计算公式，获取给水、再热蒸汽与新蒸汽焓值，并为机组热力性能计算模块提供所需的物性参数。
其中，所述DCS采用分时调用机制，利用所述新蒸汽温度、所述新蒸汽压力及所述计算规则，计算新蒸汽焓值；利用所述再热热段蒸汽温度、所述再热热段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热热段蒸汽焓值；利用所述再热冷段蒸汽温度、所述再热冷段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热冷段蒸汽焓值。
具体的，参见图2，新蒸汽焓值、再热热段蒸汽焓值与冷段焓值计算采用了分时调用的机制，所述的分时调用机制如图2所示。通过多路选择开关201按照一定的间隔时间分别选取新蒸汽203、再热热段蒸汽204与再热冷段蒸汽205相应的压力与温度，并传输至物性参数值计算模块200中，完成蒸汽焓值计算的调用，同时输出计算后的焓值，依据路选择开关201状态有序赋给新蒸汽焓值、再热热段蒸汽焓值或再热冷段蒸汽焓值。
具体的，在本实施例中，通过DCS系统组态环境中现有的功能块，采用IAPWS-IF97水蒸气性质骨架公式，分别对水和过热蒸汽的焓值的求解进行组态。其相应的公式如下：
A、给水焓值计算公式
h ( p , T ) = 639.66672 * Σ i = 1 34 [ J i * n i * ( 7.1 - p 16.35 ) I i * ( 1386 T - 1.222 ) J i - 1 ] ... ... ( 1 )
公式(1)中p为水的压力，单位为MPa；T为水的温度，单位为K(开尔文)。
其中，水的焓值计算公式常数详见表1所示：
表1
B、过热蒸汽焓值计算公式
h ( p , T ) = 249.22404 * { Σ i = 1 9 n i o ( 540 T ) J i o - 1 Σ i = 1 43 [ J i * n i * p I i * ( 540 T - 0.5 ) J i - 1 ] } ... ... ( 2 )
公式(2)中p为蒸汽的压力，单位为MPa；T为蒸汽的温度，单位为K(开尔文)，本实施例提供的过热蒸汽焓值计算公式，使得焓值计算模块更为简洁、实用，在本实施例中通过公式(2)计算新蒸汽焓值、再热热段蒸汽焓值和再热冷段蒸汽焓值。
相应的，过热蒸汽焓值计算公式常数表详见表2和表3：
表2
表3
S103、所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并通过所述DCS在操作界面上实时显示。
其中，所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，包括：
所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的锅炉吸热量，机组热耗率，机组发电标准煤耗率，机组供电电标准煤耗率，机组主蒸汽流量，再热蒸汽流量，厂用电功率。
具体的，在本实施例中依据电力生产过程的能量转化与平衡原理进行合理简化，近似求取机组主要热力经济性能指标。包含了工质在锅炉中的吸热量计算，机组的主蒸汽流量计算，再热蒸汽流量计算，厂用电率计算以及机组热耗、发电煤耗、供电煤耗等经济指标的计算。
(1)锅炉吸热量计算
Qb＝D0*(h0-hfw)+Drh*(h″rh-h'rh)(kJ/h)……(3)
其中，h0为新蒸汽焓值，hfw为给水焓值，h″rh为再热热段蒸汽焓值，h′rh为再热冷段蒸汽焓值，新蒸汽流量D0与机组调节级压力成正比关系，可由汽轮机设计资料获得；依据朗肯热力循环再热蒸汽流量Drh与新蒸汽流量D0有一一对应关系，可通过设计资料获取。
(2)机组热耗率计算
q = Q b N * η b ( k J / k W h ) ... ... ( 4 )
其中，N表示机组实发有功功率值，ηb是锅炉效率，与机组的负荷水平有关，单位％。
(3)机组发电标准煤耗率计算
b b = q 29302 * 1000 ( g / k W h ) ... ... ( 5 )
(4)机组供电电标准煤耗率计算
b b s = b b η c = b b N c * N ( g / K W h ) ... ... ( 6 )
其中Nc表示厂用电实时有功功率，一般在厂高变出口测量。
需要说明的是，本实施例提供的计算机组性能指标值的计算公式进行了必要的简化。锅炉效率由于在线测量几乎无法实现，所以近似采用了与机组负荷相关的函数表示，实际取值可以通过试验获取。
其中，在本实施例中，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值之前，还包括：
获取机组有功负荷指令，计算所述机组有功负荷指令与所述机组实际电功率的差值；计算机组有功负荷指令的变化率，计算电功率的变化率；
若所述差值在预定差值范围内、且所述机组有功负荷指令的变化率和所述电功率的变化率均为零，则判定所述机组处于稳定状态，则执行所述依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值的步骤。
具体的，在本实施例中只有机组处于稳定状态，才执行依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值等后续步骤；判断机组是否处于稳定状态，即输入的燃料量和输出的电功率几乎保持不变。在机组实际运行过程中，通过计算机组有功负荷指令与机组实际电功率的差值以及各自的变化速率来判断机组是否处于稳定状态。
具体的，本方案充分利用DCS现有的资源与优势，采用DCS系统实时数据，通过DCS内置功能块组态方式，计算出相应的物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算出机组相关的性能指标值，并利用DCS强大的图形界面显示功能，在实时操作界面上显示出即时经济性指标，最终为运行人员提供实时、可靠的操作指导依据。
下面对本发明实施例提供的分散控制系统进行介绍，下文描述的分散控制系统与上文描述的火电机组性能显示方法可以相互参照。
参见图3，本发明实施例提供的一种分散控制系统，包括：
实时数据获取模块100，用于获取机组实时数据；
物性参数值计算模块200，用于利用所述实时数据，通过内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；
显示模块300，用于利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并在操作界面上实时显示。
其中，本方案还包括：
计算规则组态模块，用于利用内置的功能模块，实现与IAPWS-IF97物性骨架表计算公式对应的计算规则的组态；其中，所述计算规则为水与过热蒸汽区的焓值计算公式
其中，本方案还包括：
获取模块，用于获取机组有功负荷指令；
第一计算模块，用于计算所述机组有功负荷指令与所述机组实际电功率的差值；
第二计算模块，用于计算机组有功负荷指令的变化率；
第三计算模块，用于计算电功率的变化率；
稳定性判定模块，用于当所述差值在预定差值范围内、且所述机组有功负荷指令的变化率和所述电功率的变化率均为零，则判定所述机组处于稳定状态。
本发明实施例提供的一种基于分散控制系统的火电机组性能显示方法，包括：分散控制系统DCS获取机组实时数据；所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并通过所述DCS在操作界面上实时显示；可见，在本实施例中，通过分散控制系统DCS可以便捷地获取火电机组的实时性能指标值，并在显示界面实时为运行人员显示，向运行人员实时提供可靠的机组运行调整依据，并且本申请只需在现有的分散控制系统中利用现有的控制逻辑组态软件进行二次开发即可计算出机组实时性能指标，可充分发挥分散系统对机组运行状态的在线监视与控制功能；本发明还提供一种分散控制系统，同样能实现上述技术效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于分散控制系统的火电机组性能显示方法，其特征在于，包括：
分散控制系统DCS获取机组实时数据；
所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；
所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并通过所述DCS在操作界面上实时显示。
2.根据权利要求1所述的火电机组性能显示方法，其特征在于，还包括：
所述DSC利用内置的功能模块，实现与IAPWS-IF97物性骨架表计算公式对应的计算规则的组态；其中，所述计算规则为水与过热蒸汽区的焓值计算公式。
3.根据权利要求2所述的火电机组性能显示方法，其特征在于，所述分散控制系统DCS获取机组实时数据，包括：
所述分散控制系统DCS获取机组实时的给水温度、给水压力、新蒸汽温度、新蒸汽压力、再热热段蒸汽温度、再热热段蒸汽压力、再热冷段蒸汽温度，再热冷段蒸汽压力。
4.根据权利要求3所述的火电机组性能显示方法，其特征在于，所述DCS利用所述实时数据，通过所述DCS内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值，包括：
所述DCS利用所述给水温度、所述给水压力及所述计算规则，计算给水焓值；
所述DCS利用所述新蒸汽温度、所述新蒸汽压力及所述计算规则，计算新蒸汽焓值；
所述DCS利用所述再热热段蒸汽温度、所述再热热段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热热段蒸汽焓值；
所述DCS利用所述再热冷段蒸汽温度、所述再热冷段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热冷段蒸汽焓值。
5.根据权利要求4所述的火电机组性能显示方法，其特征在于，
所述DCS采用分时调用机制，利用所述新蒸汽温度、所述新蒸汽压力及所述计算规则，计算新蒸汽焓值；利用所述再热热段蒸汽温度、所述再热热段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热热段蒸汽焓值；利用所述再热冷段蒸汽温度、所述再热冷段蒸汽压力及所述计算规则，计算再热冷段蒸汽焓值。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的火电机组性能显示方法，其特征在于，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值之前，还包括：
获取机组有功负荷指令，计算所述机组有功负荷指令与所述机组实际电功率的差值，计算机组有功负荷指令的变化率，计算电功率的变化率；
若所述差值在预定差值范围内、且所述机组有功负荷指令的变化率和所述电功率的变化率均为零，则判定所述机组处于稳定状态，则执行所述依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值的步骤。
7.根据权利要求6所述的火电机组性能显示方法，其特征在于，所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，包括：
所述DCS利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的锅炉吸热量，机组热耗率，机组发电标准煤耗率，机组供电电标准煤耗率，机组主蒸汽流量，再热蒸汽流量，厂用电功率。
8.一种分散控制系统，其特征在于，包括：
实时数据获取模块，用于获取机组实时数据；
物性参数值计算模块，用于利用所述实时数据，通过内置功能模块组态的计算规则，计算物性参数值；
显示模块，用于利用所述物性参数值，依据能量转化与平衡原理计算所述机组的性能指标值，并在操作界面上实时显示。
9.根据权利要求8所述的分散控制系统，其特征在于，还包括：
计算规则组态模块，用于利用内置的功能模块，实现与IAPWS-IF97物性骨架表计算公式对应的计算规则的组态；其中，所述计算规则为水与过热蒸汽区的焓值计算公式。
10.根据权利要求9所述的分散控制系统，其特征在于，还包括：
获取模块，用于获取机组有功负荷指令；
第一计算模块，用于计算所述机组有功负荷指令与所述机组实际电功率的差值；
第二计算模块，用于计算机组有功负荷指令的变化率；
第三计算模块，用于计算电功率的变化率；
稳定性判定模块，用于当所述差值在预定差值范围内、且所述机组有功负荷指令的变化率和所述电功率的变化率均为零，则判定所述机组处于稳定状态。
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