CN107679351A - 一种汽轮机agc系统的优化方法 - Google Patents

Abstract

一种汽轮机AGC系统的优化方法，本发明涉及提高汽轮机AGC调节性能的优化方法。本发明解决现有方法的难以同时满足调节速率和调节精度两个需求的问题。本发明包括：一：根据机组实际变负荷速率V₀以及满足AGC需求的预期变负荷速率V₁获取优化比例K₁；二：根据步骤一得到的优化比例K₁获取调门特性曲线斜率K；三：将阀门流量特性曲线X轴的取值范围由[0,100]改为[0,X’]；四：将阀门流量特性曲线整体平移，使阀门流量特性曲线X轴的取值范围为[0,100]；五：修正各调门的DEH函数块拟合点参数对应的X值，并保证对应Y值保持不变。本发明用于采用高调门特性曲线优化方法提升火电机组AGC综合调节性能的领域。

Description

一种汽轮机AGC系统的优化方法

技术领域

本发明涉及汽轮机AGC系统的优化方法，尤其是一种通过增加高调门综合流量特性斜率提高供热机组AGC调节性能的优化方法。

背景技术

目前，我国对环境保护的要求日益提高，电力结构不断调整，新能源在能源供应结构中所占的比重逐年增加。但是，碍于新能源自身的局限性以及国家电网对电网稳定性的高标准要求，使得火电机组更多的参与电网调峰工作，尤其是近几年更是朝着深调、快调的方向发展。同时，电力工业的迅速发展，大容量机组替代小容量机组不断增加，单位操作指令带来的负荷变化也更为明显。为了满足电网“两个细则”的要求，确保电力系统安全、稳定、经济运行，就必须保证机组对负荷指令跟踪的灵活性和准确性。

自动发电控制(简称AGC)系统作为现代化电力系统运行控制的核心技术，负责调频机组的出力，以满足不断变化的电力需求，并使电力系统处于安全稳定的运行状态。国家对电网稳定性的考核标准使得其对火电机组AGC负荷指令自动控制系统的响应速度和精度要求不断提高，为满足这一需求，很多学者在各个方面做了不同程度的探索研究工作，如机组控制策略及PID控制参数优化。此外，机组运行方式优化中目前主要考虑运行经济性，还未考虑AGC的影响因素。有一些研究是从各个辅助系统入手，如风烟系统，给水控制系统，主汽温控制系统、协调控制系统等，通过完善机组负荷控制策略，包括锅炉主控前馈信号，汽轮机负荷指令，一次调频控制逻辑，一次风压调整负荷，磨煤机容量风、热风和旁路风挡板控制回路，以及根据锅炉特性变化，完善燃烧控制模型。汽轮机调们特性曲线是AGC性能影响的一个公认关键参数，为了改善AGC的整体性能，目前所有研究都是以将获取斜率为1的综合流量特性线性度为目标。此外，还有一些综合考虑多种影响因素的控制优化策略，也取得了一定的优化效果。然而，由于实际机组运行工况比较复杂，很多机组的实际变负荷速率V₀往往还是不能满足AGC考核的预期变负荷速率V₁；而单纯依靠提高汽机主控制器比例参数的优化手段，往往只能解决AGC考核的机组负荷变化速率问题，而AGC变化精度提升难以同时兼顾。在我国北方，根据机组是否有供热抽汽工况，可将火电机组划分为纯凝机组和供热机组。尤其是供热机组，在供热期保热供电的属性，机组AGC性能考核面临严峻考验。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有供热机组单纯通过控制系统设计和调整控制参数的AGC优化方法的难以同时满足调节速率和调节精度两个需求的问题，而提出的一种汽轮机AGC系统的优化方法。

一种汽轮机AGC系统的优化方法包括以下步骤：

步骤一：根据机组实际变负荷速率V₀以及满足AGC考核要求的预期变负荷速率V₁获取优化比例K₁：

步骤二：根据步骤一得到的优化比例K₁获取调门特性曲线斜率K：

K＝1+K₁

步骤三：为提高特性曲线斜率，改变阀门流量特性曲线斜率，将阀门流量特性曲线X轴(综合流量指令)的取值范围由[0,100]改为[0,X’]，X轴为综合流量指令(综合阀位指令)，其中：

步骤四：将阀门流量特性曲线整体平移，使阀门流量特性曲线X轴的取值范围为[0,100]；平移距离X_L为：

X_L＝100-X'

步骤五：修正各调门的DEH函数块拟合点参数对应的X值(X轴的值)，并保证对应Y值保持不变；修正公式为：

其中，为修改前的拟合点X值，N为各阀门的DEH函数块拟合点，N＝n+1，n的取值为1,2,3，……；X_N为修正后的拟合点X值，当N＝1时，X₁＝X_L。

本发明优化方法不仅适用于供热机组，对于传统纯凝火电机组也同样适用；本发明优化方法不仅适用于4调门机组，对于6调门、8调门机组也同样适用；本发明优化方法与传统AGC优化策略的可结合性：与传统控制系统设计和控制参数调整的优化方法相结合，能够更好的提升机组AGC调节性能。

本发明的有益效果为：

本发明提出了一种改善供热机组调节性能的调门特性曲线优化方法，提高机组AGC控制响应速率。基于高调门特性曲线的优化方法，不仅可以有效提高机组的变负荷速率；并且，通过将一部分变负荷速率要求放到调门开度上，减小了由于负荷变化过大引发控制指令频繁波动进而导致设备寿命下降现象的发生，避免了由于机组硬件的损坏带来的经济损失。同时，为了突出本方法的实际应用价值，本发明还给出了亚临界330W供热机组AGC综合优化的案例。

本发明提出了一种改善供热机组调节性能的调门特性曲线优化方法，相较于传统的优化方法，本发明可以提高优化效果，改善机组经济性。实际测试试验验证了该方法的有效性和实际工程应用价值：

(1)该方法还可以降低汽机主控比例参数Kp值，避免由于控制参数优化带来的机组调速系统运行不稳定及其硬件设备频繁动作而出现故障等可能性的发生，避免机组控制指令频繁波动，延长了机组调节系统硬件的使用寿命；

(2)该方法能够在改善机组AGC调节速率的同时，也改善机组的AGC调节精度问题。尤其是对于供热机组，能够解决由于考虑了供热需求的复杂运行工况，而使得机组在AGC控制时很难满足电网“两个细则”要求的问题。同时，该方法对于机组调门个数配置也没有限制，不但适用于4高调门配置机组，还适用于6高调门和8高调门配置机组。这也就表明该优化方法在火电机组中的适用范围广。

附图说明

图1为本发明的方法的流程示意图；

图2为实施例中机组4个高调门对应的喷嘴布置图，其中，#1～#4的位置代表高调门GV1～GV4的位置；

图3为实施例中优化前的顺序阀规律#1+#2→#3→#4(有效流量指令范围为0～100)的各调门特性曲线设计规律；其中，各高调门的DEH函数块拟合点参数如表1所示。

图4为实施例中优化后的顺序阀规律#1+#2→#3→#4(有效流量指令范围为0～100)的各调门特性曲线设计规律；

图5为实施例中优化后的调门特性曲线线性度；

图6为实施例中优化后机组锯齿波变负荷扰动试验各参数变化趋势图；

图7为实施例中优化后机组15MW-20MW的负荷变动试验各参数变化趋势图(基础负荷为270MW)；

图8为实施例中优化后机组由188MW升到300MW的升负荷试验各参数变化趋势图；

图9为实施例中优化后机组290MW-165MW的降负荷试验各参数变化趋势图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种汽轮机AGC系统的优化方法包括以下步骤：

步骤一：根据机组实际变负荷速率V₀以及满足AGC考核要求的预期变负荷速率V₁获取优化的比例K₁；

步骤二：根据步骤一得到的优化比例K₁获取调门特性曲线斜率K：

K＝1+K₁

步骤三：为提高特性曲线斜率，改变阀门流量特性曲线斜率，将阀门流量特性曲线X轴(综合流量指令)的取值范围由[0,100]改为[0,X’]，其中：

步骤四：将阀门流量特性曲线整体平移，使阀门流量特性曲线X轴的取值范围为[0,100]；

步骤五：修正表1中各高调门的DEH函数块拟合点参数对应的X值，并保证对应Y值保持不变。

本实施方式效果：

本实施方式提出了一种改善供热机组调节性能的调门特性曲线优化方法，当机组在AGC优化下的负荷调节性能仍不能满足实际要求时，可以通过优化调门特性曲线的方法提高AGC的响应速率，延长机组控制系统所涉及设备的使用寿命。同时，为了突出本方法的实际应用价值，本发明还给出了典型的具有4个高调门的亚临界300MW机组优化案例。

本发明提出了一种改善机组综合调节性能的调门特性曲线优化方法，该方法可以在同时提高AGC调节速率考核指标的前提下，同时改善机组AGC考核的调节精度指标。实际测试试验验证了该方法的有效性和实际工程应用价值：

(1)该方法有效的提高了机组的综合调节性能，该方法可以有效利用阀门开度增加机组实际调节速率的同时，还能兼顾机组负荷调节精度问题；尤其是对于有供热需求等经常运行于复杂工况的供热机组，优化效果更加明显。

(2)该方法应用范围也比较广泛，既可以适用于供热机组，也可以适用于传统纯凝机组；在高调门数量上也不受限制，不但适用于4高调门配置机组，还适用于6高调门和8高调门配置机组。因此，具有极大的实际推广应用价值。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中根据机组实际变负荷速率V₀以及满足AGC考核要求的预期变负荷速率V₁获取优化比例K₁具体为：

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤四中将阀门流量特性曲线整体平移的平移距离X_L为：

X_L＝100-X'。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤五中修正各调门的DEH函数块拟合点参数对应的X值的修正公式为：

其中，为修改前的拟合点X值，N为各阀门的DEH函数块拟合点，N＝n+1，n的取值为1,2,3，……；X_N为修正后的拟合点X值，当N＝1时，X₁＝X_L。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

通过步骤一至步骤四完成对机组调门特性曲线优化，减小为了提高机组变负荷速率而增大机组各控制器比例参数可能带来的不良影响，同时，也提高了机组的调节性能，使得机组的实际变负荷速率得到有效的提升，图2为机组4个高调门对应的喷嘴布置图，图3是为实施例中优化前的顺序阀规律#1+#2→#3→#4(有效流量指令范围为0～100)的各调门特性曲线设计规律，表1为各高调门的DEH函数块拟合点参数，图4是优化后的调门特性曲线线性度，通过增加特性曲线的斜率提高单位阀门开度的流量变化率，进而提高了AGC控制的响应速率。同时，还可以相对减小汽机主控比例参数Kp值，降低由于控制系统参数过度提高带来的控制不稳定以及由此带来的机组调速系统硬件设备频繁动作而出现故障等可能性的发生。图5为为实施例中优化后的调门特性曲线，曲线显示，当综合流量指令在[9,100]区间内时，优化后的特性曲线斜率大于原始的流量特性曲线斜率，这表示机组的变负荷速率得到提高。图6为实施例中优化后机组锯齿波变负荷扰动试验各参数变化趋势图，在190MW负荷时的锯齿波变负荷扰动试验表明，锯齿波变负荷扰动所造成的压力偏差最大0.53MPa，实际负荷指令和实际负荷最大偏差4MW，负荷变化幅值为30MW-50MW。图7显示，在机组15MW-20MW的负荷变化试验中，压力偏差最大0.29MPa，实际负荷指令和实际负荷最大偏差2MW。如图8所示，当AGC指令由188MW升到300MW时，压力偏差最大0.39MPa，实际负荷指令和实际负荷最大偏差3MW。如图9所示，是AGC指令由290MW降到165MW时，实际负荷跟踪变化的趋势，压力偏差最大0.57MP，实际负荷指令和实际负荷最大偏差2.0MW，负荷变化幅值为130MW。

根据上述试验的结果，表明机组AGC控制满足电网“两个细则”的要求，使得被考核的可能性大为降低；此外，相对于提高汽机主控比例参数的优化方法，减小了由此带来的机组调速系统硬件设备频繁动作的次数，提高了机组的使用寿命，改善机组的经济性、安全性及调节稳定性的问题，具有极大的实际推广应用价值。

表1

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种汽轮机AGC系统的优化方法，其特征在于：所述汽轮机AGC系统的优化方法包括以下步骤：

步骤一：根据机组实际变负荷速率V₀以及满足AGC考核需求的预期变负荷速率V₁获取优化比例K₁；

步骤二：根据步骤一得到的优化比例K₁获取调门特性曲线斜率K：

K＝1+K₁

步骤三：将阀门流量特性曲线X轴的取值范围由[0,100]改为[0,X’]，其中：

<mrow> <msup> <mi>X</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>100</mn> <mi>K</mi> </mfrac> </mrow>

步骤四：将阀门流量特性曲线整体平移，使阀门流量特性曲线X轴的取值范围为[0,100]；

步骤五：修正各调门的DEH函数块拟合点参数对应的X值，并保证对应Y值保持不变。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机AGC系统的优化方法，其特征在于：所述步骤一中根据机组实际变负荷速率V₀以及满足AGC考核需求的预期变负荷速率V₁获取优化比例K₁具体为：

<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

3.根据权利要求2的所述的一种汽轮机AGC系统的优化方法，其特征在于：所述步骤四中将阀门流量特性曲线整体平移的平移距离X_L为：

X_L＝100-X'。

4.根据权利要求3的所述的一种汽轮机AGC系统的优化方法，其特征在于：所述步骤五中修正各调门的DEH函数块拟合点参数对应的X值的修正公式为：

<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>n</mi> <mn>0</mn> </msubsup> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>L</mi> </msub> </mrow>

其中，为修改前的拟合点X值，N为各阀门的DEH函数块拟合点，N＝n+1，n的取值为1,2,3，……；X_N为修正后的拟合点X值，当N＝1时，X₁＝X_L。