CN107368049A - 基于电厂dcs系统的机组变负荷下给煤量的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，通过DCS平台对电厂实时负荷、给煤量、煤耗值的计算，得到实时入炉煤的热值，为变负荷下实时给煤量的控制提供参考依据，该控制方案可以在入炉煤煤种多变、热值难以确定的情况下，给出机组变负荷下的给煤量控制策略，减缓负荷变化时因为给煤量变化引起的负荷波动现象，提升电厂机组自动化运行管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤发电机组给煤量的控制方法，具体地说，涉及一种基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法。
背景技术
目前，我国燃煤发电机组普遍具有煤质多变的问题，并且还要承担一定的电网负荷调峰任务。在变负荷与变煤质情况下如何精准确定燃煤锅炉的给煤量对发电机组的调峰能力和安全稳定运行水平有着至关重要的作用。一般来说，机组发电负荷与设计煤种间有确定的设计对应关系，但电厂入炉煤往往不是设计煤种，热值偏差较大，按照设计关系给煤量运行会导致输入热量与输出能量不匹配，并对变负荷机组的控制系统产生不稳定影响。因此如何分析并实时确定发电机组煤质负荷多变情况下的给煤量控制具有十分重要的意义。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法包括以下步骤：
(1)实时入炉煤热值计算
入炉煤热值计算式充分考虑到热量平衡、能量转换效率及单位换算系数，如下所示：
其中，k0为标煤的热值，同时包含了单位换算的系数，单位为：kJ/kg；f(We)是煤耗基于机组负荷的函数，可以设定为曲线，单位为：g/kWh；We为机组负荷，单位为：MW；B为实时给煤量，单位为：t/h。
(2)入炉煤热值Qnew；按公式1计算出的实时入炉煤热值QSS，经处理及判断后，得到有代表所燃用煤的热值目标热值QMB，再经判断及处理，得到可用于控制系统热值Qnew。判断策略如下：
①目标热值QMB获取的判断策略。当控制过程时间T1大于锅炉热惯性时间T时，在T1时间区间内的煤的最大热值QZD与最小热值QZX的差值的绝对值小于某一值时，认为燃烧控制进入稳定状态，把T1区间内煤的平均热值QPJ赋值给目标热值QMB。
②入炉煤热值Qnew获取的判断策略。
A.QMB赋值给Qnew过程中，如实时主汽压力PT与其主汽压力给定值P0的差值的绝对值小于△P(可按控制系统的稳态偏差绝对值的十分之一,也可根据实际情况作调整)以内时，停上赋值，Qnew保持当前值。
B.当QMB大于Qnew时,进行赋值使Qnew不断增大的过程中,如此时发生了主汽压力PT大于主汽压力给定值P0且其差值超出△P时,因调节系统已经控制给煤量减小,而Qnew不断增大相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应减少,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向同向,增强控制作用,可保持当前的赋值作用。
C.当QMB大于Qnew时,进行赋值使Qnew不断增大的过程中,如此时发生了主汽压力PT小于主汽压力给定值P0且其差值超出－△P时,因调节系统已经控制给煤量增大,而Qnew不断增大相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应减少,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向相反,减弱调节系统的控制作用,应立即停止赋值，Qnew保持当前值。
D.当QMB小于Qnew时,进行赋值使Qnew不断减少的过程中,如此时发生了主汽压力PT大于主汽压力给定值P0且其差值超出△P时,因调节系统已经控制给煤量减小,而Qnew不断减少相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应增加,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向相反,减弱调节系统的控制作用,应立即停止赋值，Qnew保持当前值。
E.当QMB小于Qnew时,进行赋值使Qnew不断减少的过程中,如此时发生了主汽压力PT小于主汽压力给定值P0且其差值超出－△P时,因调节系统已经控制给煤量增大,而Qnew不断减少相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应增加,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向同向,增强控制作用,可保持当前的赋值作用。
(3)实时确定机组在新负荷下的燃煤量的调整目标值
根据各电厂的性能试验或设计参数，给出该机组相对于设计煤种热值的煤耗修正系数G(Q)，即考虑热值对煤耗的影响，那么在目标负荷W下的入炉煤量目标值如下式：
其中，Bgoal为目标给煤量，Qnew为经过上述逻辑判断后的当前最新入炉煤热值。
所述基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，在机组协调控制系统投入自动控制后，实时采集的功率、入炉煤量、煤耗负荷关系曲线进行计算出稳态时的热值，并采用按设定速率赋值的方式得到实时的、稳定的入炉煤热值；计算入炉煤热值时充分控制系统的稳定性，并按“入炉煤热值Qnew获取的判断策略”方式对目标热值QMB进行处理，最终使入炉煤热值Qnew与QMB相等，提高入炉煤热值计算的准确性。
所述基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，在计算入炉煤量目标值时充分考虑当前最新煤种热值与设计煤种热值的区别，通过热值修正函数修正入炉煤量的目标值，使控制系统的前馈给煤量与锅炉热负荷需求一致，从而提高控制系统运行的快速性、准确性、稳定性。
本发明的有益效果是在煤种多变的情况下，能够实时准确地计算出燃煤发电机组变负荷的实时给煤量。该给煤量控制方案，既考虑了煤种多变引发的热值变化影响，又考虑了负荷变化带来的机组效率对煤耗的影响，为电厂的调峰控制能力和煤种适应性运行管理水平提供支持，对提高机组的安全经济稳定运行具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明给煤量控制策略逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明一种基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，包括以下步骤：
①实时计算入炉煤热值
入炉煤热值计算式充分考虑到热量平衡、能量转换效率及单位换算系数，如下所示：
其中，k0为标煤的热值，同时包含了单位换算的系数，单位为：kJ/kg；f(We)是煤耗基于机组负荷的函数，可以设定为曲线，单位为：g/kWh；We为机组负荷，单位为：MW；B为实时给煤量，单位为：t/h。
(2)入炉煤热值Qnew。实时热值通过逻辑判断及信号处理，获是稳定、有代表性且可用于控制系统的热值Qnew。
①信号处理1：获得目标热值QMB。
按公式1实时计算最新的实时入炉煤热值QSS；
根据实时入炉煤热值QSS计算T1时间内的入炉煤最大热值QZD、入炉煤最小热值QZX、入炉煤平均热值QPJ。
鉴于大容量锅炉将燃料的化学能转化为工质的内能，其热惯性时间T。当控制过程时间T1大于T时，该时间区间内的QZD与QZX的差值的绝对值小于某一值时，认为燃烧控制进入稳定状态，把该区间内的QPJ赋值给目标热值QMB。
②信号处理2：获得热值Qnew。
机组协调控制系统投入自动控制后，经信号处理1获得目标热值QMB后，QMB按一定的变化速率把QMB赋值给Qnew，要求该变化速率产生的热值变化引起的给煤量变化量与协调控制系统调节器产生的给煤量变化量相比，须保证忽略不计，并且其赋值过程中应满足以下控制要求：
A.QMB赋值给Qnew过程中，如实时主汽压力PT与其主汽压力给定值P0的差值的绝对值小于△P(可按控制系统的稳态偏差绝对值的十分之一,也可根据实际情况作调整)以内时，停上赋值，Qnew保持当前值。
B.当QMB大于Qnew时,进行赋值使Qnew不断增大的过程中,如此时发生了主汽压力PT大于主汽压力给定值P0且其差值超出△P时,因调节系统已经控制给煤量减小,而Qnew不断增大相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应减少,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向同向,增强控制作用,可保持当前的赋值作用。
C.当QMB大于Qnew时,进行赋值使Qnew不断增大的过程中,如此时发生了主汽压力PT小于主汽压力给定值P0且其差值超出－△P时,因调节系统已经控制给煤量增大,而Qnew不断增大相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应减少,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向相反,减弱调节系统的控制作用,应立即停止赋值，Qnew保持当前值。
D.当QMB小于Qnew时,进行赋值使Qnew不断减少的过程中,如此时发生了主汽压力PT大于主汽压力给定值P0且其差值超出△P时,因调节系统已经控制给煤量减小,而Qnew不断减少相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应增加,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向相反,减弱调节系统的控制作用,应立即停止赋值，Qnew保持当前值。
E.当QMB小于Qnew时,进行赋值使Qnew不断减少的过程中,如此时发生了主汽压力PT小于主汽压力给定值P0且其差值超出－△P时,因调节系统已经控制给煤量增大,而Qnew不断减少相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应增加,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向同向,增强控制作用,可保持当前的赋值作用。
③实时确定机组在新负荷下的燃煤量的调整目标值
根据各电厂的性能试验或设计参数，给出该机组相对于设计煤种热值的煤耗修正系数G(Q)，即考虑热值对煤耗的影响，那么在目标负荷W下的入炉煤量目标值如下式：
其中，Bgoal为目标给煤量，Qnew为经过上述逻辑判断后的当前最新入炉煤热值。
所述基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，在机组协调控制系统投入自动控制后，实时采集的功率、入炉煤量、煤耗负荷关系曲线进行计算出稳态时的热值，并采用按设定速率赋值的方式得到实时的、稳定的入炉煤热值；计算入炉煤热值时充分控制系统的稳定性，并按“入炉煤热值Qnew获取的判断策略”方式对目标热值QMB进行处理，最终使入炉煤热值Qnew与QMB相等，提高入炉煤热值计算的准确性。
所述基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，在计算入炉煤量目标值时充分考虑当前最新煤种热值与设计煤种热值的区别，通过热值修正函数修正入炉煤量的目标值，使控制系统的前馈给煤量与锅炉热负荷需求一致，从而提高控制系统运行的快速性、准确性、稳定性。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(一)实时入炉煤热值计算
入炉煤热值计算式充分考虑到热量平衡、能量转换效率及单位换算系数，如下所示：
<mrow>
<mi>Q</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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<mi>k</mi>
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<mo>&CenterDot;</mo>
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</msub>
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<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
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<mi>e</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>B</mi>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
其中，k0为标煤的热值，同时包含了单位换算的系数，单位为：kJ/kg；f(We)是煤耗基于机组负荷的函数，可以设定为曲线，单位为：g/kWh；We为机组负荷，单位为：MW；B为实时给煤量，单位为：t/h；
(二)入炉煤热值Qnew；实时热值通过逻辑判断及信号处理，获是稳定、有代表性且可用于控制系统的热值Qnew；
①信号处理1：获得目标热值QMB；
按公式1实时计算最新的实时入炉煤热值QSS；
根据实时入炉煤热值QSS计算T1时间内的入炉煤最大热值QZD、入炉煤最小热值QZX、入炉煤平均热值QPJ；
鉴于大容量锅炉将燃料的化学能转化为工质的内能，其热惯性时间T。当控制过程时间T1大于T时，该时间区间内的QZD与QZX的差值的绝对值小于某一值时，认为燃烧控制进入稳定状态，把该区间内的QPJ赋值给目标热值QMB；
②信号处理2：获得热值Qnew；
机组协调控制系统投入自动控制后，经信号处理1获得目标热值QMB后，QMB按一定的变化速率把QMB赋值给Qnew，要求该变化速率产生的热值变化引起的给煤量变化量与协调控制系统调节器产生的给煤量变化量相比，须保证忽略不计，并且其赋值过程中应满足以下控制要求：
A.QMB赋值给Qnew过程中，如实时主汽压力PT与其主汽压力给定值P0的差值的绝对值小于△P(可按控制系统的稳态偏差绝对值的十分之一,也可根据实际情况作调整)以内时，停上赋值，Qnew保持当前值；
B.当QMB大于Qnew时,进行赋值使Qnew不断增大的过程中,如此时发生了主汽压力PT大于主汽压力给定值P0且其差值超出△P时,因调节系统已经控制给煤量减小,而Qnew不断增大相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应减少,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向同向,增强控制作用,可保持当前的赋值作用；
C.当QMB大于Qnew时,进行赋值使Qnew不断增大的过程中,如此时发生了主汽压力PT小于主汽压力给定值P0且其差值超出－△P时,因调节系统已经控制给煤量增大,而Qnew不断增大相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应减少,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向相反,减弱调节系统的控制作用,应立即停止赋值，Qnew保持当前值；
D.当QMB小于Qnew时,进行赋值使Qnew不断减少的过程中,如此时发生了主汽压力PT大于主汽压力给定值P0且其差值超出△P时,因调节系统已经控制给煤量减小,而Qnew不断减少相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应增加,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向相反,减弱调节系统的控制作用,应立即停止赋值，Qnew保持当前值；
E.当QMB小于Qnew时,进行赋值使Qnew不断减少的过程中,如此时发生了主汽压力PT小于主汽压力给定值P0且其差值超出－△P时,因调节系统已经控制给煤量增大,而Qnew不断减少相应要求控制系统前馈环节的给煤量相应增加,其控制给煤量的方向与调节系统的控制方向同向,增强控制作用,可保持当前的赋值作用；
③实时确定机组在新负荷下的燃煤量的调整目标值
根据各电厂的性能试验或设计参数，给出该机组相对于设计煤种热值的煤耗修正系数G(Q)，即考虑热值对煤耗的影响，那么在目标负荷W下的入炉煤量目标值如下式：
<mrow>
<msub>
<mi>B</mi>
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<mi>g</mi>
<mi>o</mi>
<mi>a</mi>
<mi>l</mi>
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<mrow>
<mi>n</mi>
<mi>e</mi>
<mi>w</mi>
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<mi>Q</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mi>e</mi>
<mi>w</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
其中，Bgoal为目标给煤量，Qnew为经过上述逻辑判断后的当前最新入炉煤热值。
2.根据权利要求1所述的基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，其特征在于：机组协调控制系统投入自动控制后，实时采集的功率、入炉煤量、煤耗负荷关系曲线进行计算出稳态时的热值，并采用按设定速率赋值的方式得到实时的、稳定的入炉煤热值；计算入炉煤热值时充分控制系统的稳定性，并按人工智能思维方式对目标热值QMB进行处理，最终使入炉煤热值Qnew与QMB相等，提高入炉煤热值计算的准确性。
3.根据权利要求1所述的基于电厂DCS系统的机组变负荷下给煤量的控制方法，其特征在于：计算入炉煤量目标值时充分考虑当前最新煤种热值与设计煤种热值的区别，通过热值修正函数修正入炉煤量的目标值，使控制系统的前馈给煤量与锅炉热负荷需求一致，从而提高控制系统运行的快速性、准确性、稳定性。
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