CN106642069B - 超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略 - Google Patents

Abstract

一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略，包括烟气再循环和一、二次再热器烟气调节挡板的控制，其中烟气再循环控制输入为一次再热汽温偏差与二次再热汽温偏差之和，输出叠加负荷预测环节和喷水后温度平均的微分环节，形成最终的烟气再循环指令；再热器烟气挡板控制输入则来自一次再热汽温偏差与二次再热汽温偏差之差，输出同样叠加负荷预测环节和喷水后温度平均的微分环节，分别控制一次和二次再热器侧烟气挡板，两路控制信号与烟气再循环指令进行加权求和，以消除烟气再循环调节过程对再热烟气挡板调节产生的扰动；本发明对烟气再循环率和再热烟气挡板的调节进行复合控制，并采用负荷预测环节提高了控制策略的调节品质。

Description

超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略

技术领域

本发明涉及火电厂自动控制技术领域，具体涉及一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略。

背景技术

近年来，我国在发电技术领域取得了显著的成就，超临界、超超临界参数等级的发电技术得到了高速发展。2013年，五大发电集团完成供电标准煤耗为314.5g/kWh，这一成绩的取得与大容量超临界、超超临界机组的大量投运密不可分。目前，一次中间再热超超临界机组技术较为成熟，其参数已接近现有成熟材料的许用上限，由此导致机组循环效率无法继续提高。若要进一步提升机组性能，超超临界二次再热技术是一种技术上相对成熟、投资方面相对经济的技术途径。

国外已有多台二次再热机组的建设经验，多在上世纪70～90年代投入商业运行，其中美国25台、日本11台、德国、丹麦各数台，采用超超临界参数的有6台。多年的运行业绩表明，二次再热机组运行可靠、经济性好。由于材料许用极限的限制，早期的二次再热机组多采用超临界参数，而在超超临界参数范围内，主、再热蒸汽温度也以580℃及以下为主。美国Eddystone 1、2号机组投运初期运行参数为36.5MPa/649℃/566℃/566℃，机组运行8年以后，过热器金属材料发生蠕变变形，需对受热面进行整体更换。之后，为保证机组的长期稳定、安全运行，机组降参数至34.5MPa/613℃/566℃/566℃运行，目前运行状态稳定。

我国目前尚无二次再热机组的任何设计、调试、运行经验，该技术还完全处于探索阶段。此次华能莱芜电厂和华能安源电厂超超临界二次再热机组属国内首批获建的1000MW和660MW超超临界二次再热机组，且机组再热蒸汽参数将达到620℃的世界先进水平。为保证机组建成后的安全、稳定、高效运行，涉及二次再热机组的各种关键问题应引起我们的足够重视。

超超临界二次再热机组与同容量一次再热机组存在较大差异。在结构设计方面，二次再热机组比一次再热机组要复杂的多：首先，采用二次再热运行方式后再热蒸汽对流吸热量增加约10％左右、相应的主蒸汽辐射吸热量降低，由于辐射换热与对流换热的热力学机理不同，势必对机组的热力特性造成影响；其次，汽轮机部分增加了超高压缸、锅炉侧增加一级再热器，汽水流程增加，在相对低的蒸汽流量和相对长的汽水流程状态下，机组的动静态响应特性必然发生较大变化；再次，锅炉侧增加一级再热器、受热面布置更加复杂，使得主、再热蒸汽温度调节特性发生较大变化，对机组动静态响应特性的依赖性增强；最后，再热蒸汽温度达到620℃，使得末级受热面金属材料的工作环境更加恶劣，对机组热力特性的变化更为敏感。因此，对超超临界二次再热机组在不同工况下的动静态响应特性的研究对于机组设计方案优化、运行调试优化、控制策略制定等都具有非常重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略，对烟气再循环率和再热烟气挡板的调节进行复合控制，并采用负荷预测环节提高了控制策略的调节品质。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略，包括烟气再循环和一、二次再热器烟气调节挡板的控制，分别由两个PID生成控制指令，实现对一、二次再热汽温控制目标的控制；

其中烟气再循环PID的输入为一次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节与二次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节输出经求和环节输出二者之和，烟气再循环PID的输出叠加负荷预测环节输出以加快调节响应速度，同时叠加喷水后温度平均的微分环节输出以加快调节稳定过程，叠加后的输出经常规的M/A手自动操作站、MFT切换和再循环风机停止条件切换环节后形成最终的烟气再循环指令；

再热器烟气挡板调节PID输入则来自一次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节与二次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节输出二者之差，再热器烟气挡板调节PID输出同样叠加负荷预测环节输出以加快调节响应速度，同时叠加喷水后温度平均的微分环节输出以加快调节稳定过程，叠加后的PID输出经常规的M/A手自动操作站后分为两路，分别控制一次和二次再热器侧烟气挡板，两路控制信号分别经FX函数模块与烟气再循环指令经FX函数输入求和环节进行加权求和，以消除烟气再循环调节过程对再热烟气挡板调节产生的扰动，形成一、二次再热汽温控制的协调动作信号，之后的两路控制信号分别经常规AM环节和MFT切换环节分别生成最终的一次和二次再热器侧烟气挡板的控制指令。

本发明根据最新二次再热火电机组两级再热器的汽温控制特性的研究，提出了一种新的复合控制策略方法，与现有技术的核心区别主要是：

1、本发明在研究了不同控制手段影响规律的情况下，设计了烟气再循环和再热汽温挡板复合控制策略，针对再热汽温的偏差，同时生成烟气再循环和再热汽温挡板控制指令，避免不同控制手段在调节过程中产生的相互干扰，可有效提高再热汽温的控制品质。

2、本发明在再热汽温控制回路中增加了负荷预测控制模块，可加快机组在负荷变化过程中的调节响应速度，提高调节品质。

附图说明

图1为本发明控制策略流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作更详细的说明。

目前，我国投运的二次再热机组常采用π型全悬吊结构。尾部双烟道布置并配置烟气挡板来调节前、后烟道烟气分配量。在省煤器后设置烟气再循环系统作为低负荷再热汽温调节手段。一、二次再热蒸汽系统都按高、低温二级布置，高温再热器布置在水平眼到上部，低温再热器分别逆流布置于尾部眼到的前、后竖井中，在高、低温再热器链接管道上还设置有事故喷水减温器。一、二次再热蒸汽温度调节采用烟气挡板+烟气再循环调节方式。锅炉配备摆动燃烧器技术，作为再热汽温调节辅助手段。现有技术一般通过烟气再循环量的调节，改变蒸汽在过热器和再热器中吸热量的分配，从而对再热器的总吸热量进行调节，控制一、二次再热汽温的总体升降；而一、二次再热器的吸热量分配则通过下降烟道中一、二次再热器对应的烟气分配挡板的开关，改变流经一、二次再热器的高温烟气流量的分配，从而改变烟气量在一、二次低温再热器之间的分配，最终实现一次再热器汽温和二次再热汽温的控制。

通过对现有二次再热机组烟气再循环和烟气挡板的调节特性进行试验和理论研究，发现这两种控制手段对过热和再热汽温的影响规律存在较强的耦合关系，研究结果总结为下表所示的典型工况试验数据表：

从典型工况的试验结果可以发现：

1.烟气再循环率的调节会造成一、二级过热器之间的温度偏差

烟气再循环率的增加，可以提高过热器相对于再热器的吸热比例，从而提高过热汽温并减小再热汽温，这与常规一次再热锅炉的烟气再循环调节规律一致，但在改变再热器总体吸热量的同时，对一、二级再热汽温分别的影响幅度是不同的。如上表所示的典型工况试验结果可发现同样减少烟气再循环率1％的情况下，一级再热汽温的降幅总是小于二级再热汽温的降幅，也即在采用烟气再循环率改变总体再热汽温的时候，不仅会同时提高或降低一、二级再热汽温，同时会使一、二级再热汽温之间出现温变幅度的偏差。

2.再热烟气挡板的调节会改变整体的再热汽温水平

两级再热器对应的烟气挡板的调节会改变流经一、二级再热器的烟气流量分配比例，但同时也会影响烟气流道的总体阻力水平，从而对宏观烟气流动产生影响。从上表中可以看出，再热烟气挡板的调整使流经一级再热器的烟气份额增加1％时，一级再热汽温的增加量与二级再热汽温的减少量并不相同，二者之和总是为负，也即实际上降低了再热汽温的整体水平。

从以上分析可以看出，烟气再循环率的调整在同时提高或降低一、二次再热汽温的同时会使一、二级再热汽温之间出现不同程度的偏差，这对调整一、二次再热器吸热分配的再热烟气挡板的调节产生了扰动；同时再热烟气挡板在调节一、二次再热器吸热分配的同时，对再热汽温的整体水平同时产生了影响，这无疑由对负责调整一、二次再热总体汽温的烟气再循环率的调节带来了扰动。这表明两种控制手段之间存在较强的耦合关系，而现有技术没有意识到这种耦合关系，分别利用烟气再循环率调节一、二次再热平均汽温，而利用再热烟气挡板调节一、二次再热汽温的偏差，两种控制手段之间的耦合关系使一个回路调节时给另一个回路的调节带来了额外的扰动，给实际系统调节品质的提高和调节回路参数的调整带来了困难。

根据以上研究结果，本发明提出一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略，根据前述研究结果对烟气再循环率和再热烟气挡板的调节进行复合控制，并采用负荷预测环节提高了控制策略的调节品质，核心控制策略流程框图如图1所示：本发明一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略

其中控制逻辑通用标准模块(x为输入，y为输出，其余为模块参数)：

——偏差环节，y＝x₁-x₂；

—比例环节，y＝K_G·x；

——微分环节，

——PID控制器，

——求和环节，y＝∑x_i；

——手动/自动操作站；

——线性拟合函数曲线环节，y＝f(x)；

——自动/手动切换环节；

信号切换环节，

信号发生器，y＝sg；

控制信号输出环节，输出电信号到就地设备。

本发明所述一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略包含烟气再循环和一、二次再热器烟气调节挡板的控制，分别由两个PID生成控制指令，实现对一、二次再热汽温控制目标的控制。

其中烟气再循环PID的输入为一次再热汽温设定值(S端)和反馈值(P端)经偏差环节与二次再热汽温设定值(S端)和反馈值(P端)经偏差环节输出经求和环节输出二者之和，烟气再循环PID的输出叠加负荷预测环节输出以加快调节响应速度，同时叠加喷水后温度平均的微分环节输出以加快调节稳定过程，叠加后的输出经常规的M/A手自动操作站、MFT切换和再循环风机停止条件切换环节后形成最终的烟气再循环指令。

再热器烟气挡板调节PID输入则来自一次再热汽温设定值(S端)和反馈值(P端)经偏差环节与二次再热汽温设定值(S端)和反馈值(P端)经偏差环节输出二者之差，再热器烟气挡板调节PID输出同样叠加负荷预测环节输出以加快调节响应速度，同时叠加喷水后温度平均的微分环节输出以加快调节稳定过程，叠加后的PID输出经常规的M/A手自动操作站后分为两路，分别控制一次和二次再热器侧烟气挡板，两路控制信号分别经FX函数模块与烟气再循环指令经FX函数输入求和环节进行加权求和，以消除烟气再循环调节过程对再热烟气挡板调节产生的扰动，形成一、二次再热汽温控制的协调动作信号，之后的两路控制信号分别经常规AM环节和MFT切换环节分别生成最终的一次和二次再热器侧烟气挡板的控制指令。

根据前述研究结果，任何一级再热汽温出现偏差，都需要烟气再循环和再热烟气挡板的联合动作，因此，当一次(和/或二次)再热汽温出现偏差时，两级再热汽温的偏差之和被送入烟气再循环PID，而两级再热汽温偏差之差被送入再热烟气挡板PID，两个PID控制器根据内部的比例、积分和微分运算，计算出初始控制器输出，并分都与负荷预测环节输出和喷水后平均温度的微分输出进行叠加，以加快系统响应和稳定的速度，其中烟气再循环控制信号经常规的手动/自动、MFT和再循环风机停止切换环节，生成最终的控制指令输出，实现烟气再循环率的控制，同时该烟气再循环控制指令通过分段线性加权FX模块分别与两级再热烟气挡板的控制指令进行加权叠加，消除烟气再循环率的变化对再热烟气挡板控制的扰动和影响，使再热烟气挡板的控制能快速到位，避免循环干扰和来回振荡。

Claims (1)

1.一种超超临界二次再热发电机组再热汽温复合控制策略，其特征在于：包括烟气再循环和一、二次再热器烟气调节挡板的控制，分别由两个PID生成控制指令，实现对一、二次再热汽温控制目标的控制；

其中烟气再循环PID的输入为一次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节与二次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节输出经求和环节输出二者之和，烟气再循环PID的输出叠加负荷预测环节输出以加快调节响应速度，同时叠加喷水后温度平均的微分环节输出以加快调节稳定过程，叠加后的输出经常规的M/A手自动操作站、MFT切换和再循环风机停止条件切换环节后形成最终的烟气再循环指令；

再热器烟气挡板调节PID输入则来自一次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节与二次再热汽温设定值S端和反馈值P端经偏差环节输出二者之差，再热器烟气挡板调节PID输出同样叠加负荷预测环节输出以加快调节响应速度，同时叠加喷水后温度平均的微分环节输出以加快调节稳定过程，叠加后的PID输出经常规的M/A手自动操作站后分为两路，分别控制一次和二次再热器侧烟气挡板，两路控制信号分别经FX函数模块与烟气再循环指令经FX函数输入求和环节进行加权求和，以消除烟气再循环调节过程对再热烟气挡板调节产生的扰动，形成一、二次再热汽温控制的协调动作信号，之后的两路控制信号分别经常规AM环节和MFT切换环节分别生成最终的一次和二次再热器侧烟气挡板的控制指令。