CN107976909A - 超超临界机组过热汽温多目标控制方法 - Google Patents

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陈咏康
刘英伦
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Abstract

本发明涉及一种超超临界机组过热汽温多目标控制方法，包括出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法；采用模型预测的控制方法，分别建立汽温惰性区预测模型和壁温预测模型，并用两个预测模型与实际测量参数的偏差值的大值作为反馈调节分量之一；根据模型预测的控制方法中的反馈调节分量将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水导前区对象减温器后温度的目标，控制器针对喷水导前区对象特性进行设计。

Description

超超临界机组过热汽温多目标控制方法
技术领域
本发明属于热能动力工程控制领域，特别是涉及一种超超临界机组过热汽温多目标控制方法。
背景技术
国内的超超临界机组由于燃煤品质多变、锅炉燃烧工况复杂，经常在运行中出现局部热负荷分配不均的现象，当机组以较高的速率进行负荷变化时，该现象尤为显著。局部热负荷分配不均造成的后果就是部分过热器管壁金属温度偏高，在过热器出口汽温还没有达到额定温度时，部分金属管壁温度会达到报警值。此时，为保证锅炉运行安全，必须对过热器金属管壁温度进行控制。
现有超超临界机组的过热汽温控制系统，不论是DCS内的传统经典控制方法还是一些基于先进控制算法的外挂式专家控制系统，其控制目标均仅仅是单一的出口汽温控制。当出现过热器金属壁温超温时，只能依靠运行人员人工改变汽温设定值来进行干预。这种运行模式造成如下后果：
1）运行人员操作强度明显增加；
2）经常由于人工操作不及时而使过热器金属管壁长时间超温，影响设备安全；
3）由于壁温变化特性和汽温变化特性存在很大区别，通过修改汽温设定值来干预壁温常常会造成耦合振荡，使整体的过热汽温控制品质大幅下降；
4）为防止壁温超温，常常将汽温定值设置在较低的位置，平均汽温明显降低，机组运行效率受损。
因此，设计一种在获得良好的汽温控制品质的同时，能有效抑制壁温超温，使过热器金属壁温超温时间大大降低的超超临界机组过热汽温的多目标控制方法有着广阔的市场前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明设计了一种在获得良好的汽温控制品质的同时，能有效抑制壁温超温，使过热器金属壁温超温时间大大降低的超超临界机组过热汽温的多目标控制方法。
本发明的具体技术方案是这样实现的：一种超超临界机组过热汽温多目标控制方法，包括出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法；采用模型预测的控制方法，分别建立汽温惰性区预测模型和壁温预测模型，并用两个预测模型与实际测量参数的偏差值的大值作为反馈调节分量之一；根据模型预测的控制方法中的反馈调节分量将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水导前区对象减温器后温度的目标，控制器针对喷水导前区对象特性进行设计。
所述的出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法为：通过人工输入汽温设定值，对过热器出口温度进行正常调节的同时，根据当前过热器出口压力计算出末级过热器金属壁温报警值，当实测金属壁温超过报警值或有超过报警值趋势时，优先调节金属壁温。
所述的末级过热器金属壁温通过从布置在末级过热器上至少一百个金属壁温测点中选取多个高选值作为最终控制值。
所述的过热汽温惰性区的预测模型，其输入参数为喷水减温后温度，输出参数为过热器出口温度；所述的末级过热器金属壁温的预测模型，其输入参数为喷水减温后温度，输出参数为末级过热器金属壁温高选值，定义：
eto=过热器出口温度实测值-过热器出口温度模型预测值-过热汽温设定值；
etp=末级过热器壁温实测高选值-末级过热器壁温模型预测值-末级过热器壁温高限值；
在设计闭环控制回路时，以max（eto，etp）作为闭环反馈调节分量之一进行调节。
所述的将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水减温后温度的目标，包括：最终的控制器入口偏差= max（eto，etp）+减温器后温度；当预测模型与实际对象完全匹配时，max（eto，etp）=max（-汽温设定值，-壁温高限值），为恒定值，则控制器可完全以控制喷水减温后温度为目标来设计。而在实际应用中预测模型与实际对象存在偏差，可通过max（eto，etp） 将偏差引入控制器入口来进行修正，只要预测模型与实际对象的偏差在一定范围内，控制器即可针对喷水减温对象Wo(s)来进行设计。
所述的控制器是传统的PID控制器或者是适合本控制对象的任何高级控制器，预测模型采用传统的线性拟合模型或采用离散化的状态空间所表示的预测模型，并可引入自适应算法对预测模型进行实时补偿。
本发明所提供的技术方案有以下积极效果：采用本发明的技术方案，可以成功的将控制反馈回路中调节过热汽温和过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水减温后温度的单一目标，使控制器可以单独针对喷水减温对象特性进行设计，大大简化了控制器设计的难度。本发明所提出多目标控制的整体策略框架，并不需要限定具体方案中的控制器形式和预测模型形式。控制器可以是传统的PID控制器，也可以是适合本控制对象的任何高级控制器。预测模型可以采用传统的线性拟合模型，也可以采用离散化的状态空间所表示的预测模型，并可引入自适应算法对预测模型进行实时补偿，这大大拓宽了本发明的应用范围。
附图说明
图1是本发明的控制方案原理框图。
图2是本发明的控制方案的实例SAMA图。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明的技术方案作进一步的描述，以下实例用来更加清楚的描述本发明的技术方案，而不能以此来限定本发明的保护范围。
如图1所示的一种超超临界机组过热汽温多目标控制方法，包括出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法；采用模型预测的控制方法，分别建立汽温惰性区预测模型和壁温预测模型，并用两个预测模型与实际测量参数的偏差值的大值作为反馈调节分量之一；根据模型预测的控制方法中的反馈调节分量将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水导前区对象减温器后温度的目标，控制器针对喷水导前区对象特性进行设计。
所述的出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法为：通过人工输入汽温设定值，对过热器出口温度进行正常调节的同时，根据当前过热器出口压力计算出末级过热器金属壁温报警值，当实测金属壁温超过报警值或有超过报警值趋势时，优先调节金属壁温。
所述的末级过热器金属壁温通过从布置在末级过热器上至少一百个金属壁温测点中选取多个高选值作为最终控制值。
所述的过热汽温惰性区的预测模型，其输入参数为喷水减温后温度，输出参数为过热器出口温度；所述的末级过热器金属壁温的预测模型，其输入参数为喷水减温后温度，输出参数为末级过热器金属壁温高选值，定义：
eto=过热器出口温度实测值-过热器出口温度模型预测值-过热汽温设定值；
etp=末级过热器壁温实测高选值-末级过热器壁温模型预测值-末级过热器壁温高限值；
在设计闭环控制回路时，以max（eto，etp）作为闭环反馈调节分量之一进行调节。
所述的将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水减温后温度的目标，包括：最终的控制器入口偏差= max（eto，etp）+减温器后温度；当预测模型与实际对象完全匹配时，max（eto，etp）=max（-汽温设定值，-壁温高限值），为恒定值，则控制器可完全以控制喷水减温后温度为目标来设计。而在实际应用中预测模型与实际对象存在偏差，可通过max（eto，etp）将偏差引入控制器入口来进行修正，只要预测模型与实际对象的偏差在一定范围内，控制器即可针对喷水减温对象Wo(s)来进行设计。
所述的控制器是传统的PID控制器或者是适合本控制对象的任何高级控制器，预测模型采用传统的线性拟合模型或采用离散化的状态空间所表示的预测模型，并可引入自适应算法对预测模型进行实时补偿。
本实例为某电厂1050MW超超临界机组采用本专利的控制方案，具体的控制逻辑SAMA图如图2所示,其中PID为PID调节器，F(x)为函数模块，PT3为3阶惯性模块，PT5为5阶惯性模块，×为乘法模块，>为大选模块，对照图1中的控制功能：
Wb1（s）——过热汽温惰性区的预测模型，采用3阶惯性模拟，传递函数为k1/(1+T1s)3；
其中k1，T1均为负荷指令MWD的函数，具体为表（1）所示：
Wb2（s）——过热器壁温对象的预测模型，采用5阶惯性模拟，传递函数为k2/(1+T2s)5；
其中k2，T2均为负荷指令MWD的函数，具体为表（2）所示：
过热器壁温高限值spp为根据过热器压力的函数计算出的壁温报警值再减去一定的安全偏置，具体为表（3）所示：
控制器采用传统PID控制，传递函数为：kp×（1+1/200s），其中kp为负荷指令MWD的函数，具体为表（4）所示：
该机组原控制策略采用基于传统PID串级的单一出口汽温控制策略，采用本发明所设计的多目标过热汽温控制策略进行优化后，机组长期的运行性能改善如表（5）所示：
可看出采用本发明所设计的过热汽温多目标控制方案良好的兼顾了过热器出口汽温和末过金属壁温的控制，在提高平均汽温的同时大幅降低了末过壁温超温时间，对机组运行性能的改善非常明显。

Claims (6)

1.一种超超临界机组过热汽温多目标控制方法，其特征在于：包括出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法；
采用模型预测的控制方法，分别建立汽温惰性区预测模型和壁温预测模型，并用两个预测模型与实际测量参数的偏差值的大值作为反馈调节分量之一；
根据模型预测的控制方法中的反馈调节分量将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水导前区对象减温器后温度的目标，控制器针对喷水导前区对象特性进行设计。
2.根据权利要求1所述的超超临界机组过热汽温多目标控制方法，其特征在于，所述的出口温度控制方法与管壁金属温度控制方法的多目标控制方法为：通过人工输入汽温设定值，对过热器出口温度进行正常调节的同时，根据当前过热器出口压力计算出末级过热器金属壁温报警值，当实测金属壁温超过报警值或有超过报警值趋势时，优先调节金属壁温。
3.根据权利要求2所述的超超临界机组过热汽温多目标控制方法，其特征在于：所述的末级过热器金属壁温通过从布置在末级过热器上至少一百个金属壁温测点中选取多个高选值作为最终控制值。
4.根据权利要求1所述的超超临界机组过热汽温多目标控制方法，其特征在于：所述的过热汽温惰性区的预测模型，其输入参数为喷水减温后温度，输出参数为过热器出口温度；所述的末级过热器金属壁温的预测模型，其输入参数为喷水减温后温度，输出参数为末级过热器金属壁温高选值，定义：
eto=过热器出口温度实测值-过热器出口温度模型预测值-过热汽温设定值；
etp=末级过热器壁温实测高选值-末级过热器壁温模型预测值-末级过热器壁温高限值；
在设计闭环控制回路时，以max(eto，etp)作为闭环反馈调节分量之一进行调节。
5.根据权利要求1所述的超超临界机组过热汽温多目标控制方法，其特征在于：所述的将控制反馈回路中调节过热汽温和末级过热器金属壁温两个控制目标调和为调节喷水减温后温度的目标，包括：最终的控制器入口偏差= max(eto，etp)+减温器后温度；
当预测模型与实际对象完全匹配时，max(eto，etp)=max(-汽温设定值,-壁温高限值,)，为恒定值，则控制器可完全以控制喷水减温后温度为目标来设计，而在实际应用中预测模型与实际对象存在偏差，可通过max(eto，etp)将偏差引入控制器入口来进行修正，只要预测模型与实际对象的偏差在一定范围内，控制器即可针对喷水减温对象Wo（s）来进行设计。
6.根据权利要求1所述的超超临界机组过热汽温多目标控制方法，其特征在于：所述的控制器是传统的PID控制器或者是适合本控制对象的任何高级控制器，预测模型采用传统的线性拟合模型或采用离散化的状态空间所表示的预测模型，并可引入自适应算法对预测模型进行实时补偿。
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