CN108954286A - 一种锅炉输入动态加速指令的计算方法及系统 - Google Patents

一种锅炉输入动态加速指令的计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉输入动态加速指令的计算方法及系统，其技术方案包括：1）将机组负荷指令的微分乘以其修正值并进行上下限限幅；2）将机组目标负荷与负荷指令差值的绝对值除以负荷变化速率后经函数f(x)再经速率限制后乘以步骤1）的输出；3）利用负荷变化速率的函数f 1(x)乘以步骤2）的输出；4）将变负荷起始时刻机组目标负荷与负荷指令差值的绝对值经函数f 2(x)后乘以步骤3）的输出；5）利用机组负荷指令的函数f 3(x)乘以步骤4）的输出并进行上下限限幅后获取最终的BIR计算值。本发明能够避免在机组小幅加减负荷时BIR波动，自适应性好，可防止超调，有利于机组被控参数的稳定。

Description

一种锅炉输入动态加速指令的计算方法及系统
技术领域
本发明涉及火力发电机组自动控制技术，具体涉及一种锅炉输入动态加速指令的计算方法及系统，用于实现对火力发电机组的自动控制。
背景技术
锅炉输入动态加速指令（Boiler Input Rate：简称BIR）的主要功能是火电单元机组在处于协调控制模式下，为了满足机组在负荷快速变化时各子控制系统（如燃料控制系统、给水控制系统、送风控制系统等）的动态平衡而施加于各子控制回路的一种控制量。BIR只在机组进行变负荷的动态过程中有效，在稳态工况下不发生作用。在机组处于稳态工况下，锅炉输入的静态平衡由与其相关的各子控制回路来维持。但在负荷快速变化时，仅靠各子控制回路的静态平衡调节作用还远远不够。因此，就要根据机组所处的运行状态计算出所需求的锅炉输入动态加速指令，并将其作为前馈信号加到各子控制回路上，加速锅炉对负荷指令的响应速度。
在工程应用中，锅炉输入动态加速指令（以下简称BIR）的计算方法多种多样，常见的问题主要有：无论负荷变化量是多少，计算出的BIR总为一定值，导致小幅变负荷时BIR的计算值偏大，大幅变负荷时BIR的计算值偏小；当机组负荷变化速率不同时，计算出的BIR值却相同，导致负荷变化速率较低时BIR值增加过快，反之则BIR值增加过慢；当变负荷过程结束时，BIR值才开始恢复至零，导致被控参数出现明显的过调现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种锅炉输入动态加速指令的计算方法及系统。本发明能够避免在机组小幅加减负荷时锅炉输入动态加速指令的波动；锅炉输入动态加速指令的计算结果与负荷变化速率及负荷需求变化量成正比关系，具有一定的自适应性；当机组负荷指令接近目标负荷时，锅炉输入动态加速指令能够提前结束，有效减弱了机组被控参数的超调；当遇到机组连续反向变负荷的工况时，锅炉输入动态加速指令能够立即随之进行反向调整，有利于机组被控参数的稳定。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种锅炉输入动态加速指令的计算方法，实施步骤包括：
1）获取机组负荷指令的微分，将机组负荷指令的微分乘以预设的修正值后，并对乘以预设的修正值得到的结果进行上下限限幅处理；
2）获取机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差值计算绝对值后除以负荷变化速率得到距变负荷结束的剩余时间，再将得到的距变负荷结束的剩余时间经预设的函数f(x)处理得到第一修正系数，再将第一修正系数进行速率限制后再乘以步骤1）的输出值；
3）将负荷变化速率经预设的函数f 1(x) 得到第二修正系数，再将第二修正系数乘以步骤2）的输出值；
4）获取变负荷起始时刻机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差异依次经过计算绝对值、经预设的函数f 2(x)处理得到第三修正系数，再将第三修正系数乘以步骤3）的输出值；
5）将步骤4）的输出值经预设的函数f 3(x)处理得到第四修正系数，再将第四修正系数进行上下限限幅，得到锅炉输入动态加速指令BIR的最终值。
优选地，步骤1）中获取机组负荷指令的微分具体是指将机组负荷指令、机组负荷指令经惯性环节处理后的值两者相减，得到机组负荷指令的微分结果。
优选地，步骤1）中预设的修正值为与惯性环节的惯性特性反相关的正数。
优选地，步骤1）中进行上下限限幅处理时，上、下限值分别为具有相同幅值的正、负数。
优选地，步骤2）中预设的函数f(x)为用于在变负荷过程即将结束时提前将锅炉输入动态加速指令BIR的值减小至0的折线函数，其输入值为计算出的距变负荷结束的剩余时间、输出值为第一修正系数。
优选地，步骤3）中预设的函数f 1(x)为用于将锅炉输入动态加速指令BIR和机组负荷变化速率自动调整保持正比关系的折线函数，其输入值为设定的负荷变化速率、输出值为第二修正系数。
优选地，步骤4）中预设的函数f 2(x)为用于在负荷变化量小于或等于预设阈值时使得锅炉输入动态加速指令BIR不起作用的折线函数，其输入值为目标负荷与负荷指令的差值、输出值为第三修正系数。
优选地，步骤5）中预设的函数f 3(x)为用于随着火力发电机组处于不同的负荷点时对锅炉输入动态加速指令BIR的输出值进行修正的折线函数，其输入值为机组负荷指令、输出值为第四修正系数。
本发明还提供一种锅炉输入动态加速指令的计算系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行本发明锅炉输入动态加速指令的计算方法的步骤。
和现有技术相比，本发明具有下述有益效果：
1、本发明通过步骤4）获取变负荷起始时刻机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差值依次经过计算绝对值、经预设的函数f 2(x)处理得到第三修正系数，再将第三修正系数乘以步骤3）的输出值，可防止在小幅往复变负荷时被调量的过分波动。
2、本发明通过步骤2）获取机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差异计算绝对值后除以负荷变化速率得到距变负荷结束的剩余时间，再将得到的距变负荷结束的剩余时间经预设的函数f(x)处理得到第一修正系数，再将第一修正系数进行速率限制后再乘以步骤1）的输出值，以及步骤3）将负荷变化速率经预设的函数f 1(x) 得到第二修正系数，再将第二修正系数乘以步骤2）的输出值，使得锅炉输入动态加速指令BIR的计算值与负荷变化速率、负荷变化量成正比关系，具有一定的自适应能力。
3、本发明通过步骤2）获取机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差异计算绝对值后除以负荷变化速率得到距变负荷结束的剩余时间，再将得到的距变负荷结束的剩余时间经预设的函数f(x)处理得到第一修正系数，再将第一修正系数进行速率限制后再乘以步骤1）的输出值，使得当变负荷过程即将结束时，锅炉输入动态加速指令BIR的作用能够提前结束，有效减弱被控参数的过调现象。
4、本发明通过步骤1）获取机组负荷指令的微分，将机组负荷指令的微分乘以预设的修正值后，并对乘以预设的修正值得到的结果进行上下限限幅处理，通过微分环节使得在遇到连续反向变负荷时，锅炉输入动态加速指令BIR能够立即随之反向作用，有利于被控参数的稳定。
附图说明
图1为本发明实施例一方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例一中BIR计算方法的SAMA图。
图3为本发明实施例一中函数f(x)的折线图。
图4为本发明实施例一中机组变负荷过程中机组负荷指令及BIR计算值曲线。
图5为本发明实施例二中机组变负荷过程中机组负荷指令及BIR计算值曲线。
具体实施方式
实施例一：
本实施例中机组负荷变化过程为500MW→550MW→560MW→550MW→540MW，在500MW→550MW区间变负荷速率为10MW/min，锅炉输入动态加速指令BIR的计算输出值为需要增加的煤量指令。
如图1和图2所示，本实施例锅炉输入动态加速指令的计算方法的实施步骤包括：
1）获取机组负荷指令的微分，将机组负荷指令的微分乘以预设的修正值后，并对乘以预设的修正值得到的结果进行上下限限幅处理；
2）获取机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差值计算绝对值后除以负荷变化速率得到距变负荷结束的剩余时间，再将得到的距变负荷结束的剩余时间经预设的函数f(x)处理得到第一修正系数，再将第一修正系数进行速率限制后再乘以步骤1）的输出值；
3）将负荷变化速率经预设的函数f 1(x) 得到第二修正系数，再将第二修正系数乘以步骤2）的输出值；
4）获取变负荷起始时刻机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差异依次经过计算绝对值、经预设的函数f 2(x)处理得到第三修正系数，再将第三修正系数乘以步骤3）的输出值；
5）将步骤4）的输出值经预设的函数f 3(x)处理得到第四修正系数，再将第四修正系数进行上下限限幅，得到锅炉输入动态加速指令BIR的最终值。
本实施例中，步骤1）中获取机组负荷指令的微分具体是指将机组负荷指令、机组负荷指令经惯性环节处理后的值两者相减，得到机组负荷指令的微分结果。步骤1）中预设的修正值为与惯性环节的惯性特性反相关的正数。本实施例中，预设的修正值具体取值为25。
本实施例中，步骤1）中进行上下限限幅处理时，上、下限值分别为具有相同幅值的正、负数，上、下限值具体取值为±45，上、下限值分别为具有相同幅值45。
本实施例中，步骤2）中预设的函数f(x)为用于在变负荷过程即将结束时提前将锅炉输入动态加速指令BIR的值减小至0的折线函数（提前将BIR的值减小至0，可防止被控参数在变负荷结束时出现超调现象），其输入值为计算出的距变负荷结束的剩余时间、输出值为第一修正系数。函数f(x)作用为在变负荷过程即将结束时，提前将BIR的值减小至0，从而防止被控参数在变负荷结束时出现超调现象。本实施例中，函数f(x)输出值范围为[0,1.0]，函数f(x)的折线函数具体表达式为：f(x)=(100,1；50,1；10,1；2,1；1,0.5；0,0)。
本实施例中，步骤3）中预设的函数f 1(x)为用于将锅炉输入动态加速指令BIR和机组负荷变化速率自动调整保持正比关系的折线函数，其输入值为设定的负荷变化速率、输出值为第二修正系数。本实施例中，函数f 1(x)是与负荷变化速率成正比的函数。函数f 1(x)为一折线函数，其输入值为设定的负荷变化速率，输出值为一个对步骤1的修正系数；其作用为当设定的负荷变化速率较大时，对步骤1的输出值进行修正，使得最终BIR的计算结果相对较大；反之亦然。也即使得BIR的计算结果和机组负荷变化速率成正比关系的自动调整。本实施例中，函数f 1(x)输出值范围为[0.5,1.5]，函数f 1(x)的折线函数具体表达式为：f 1(x)= (0,0；5,0.5；8,0.8；10,1；15,1.5)。
本实施例中，步骤4）中预设的函数f 2(x)为用于在负荷变化量小于或等于预设阈值时使得锅炉输入动态加速指令BIR不起作用的折线函数，其输入值为目标负荷与负荷指令的差值、输出值为第三修正系数。函数f 2(x)的作用是当小幅变负荷时，使得锅炉输入动态加速指令BIR的计算值为零，用于防止在小幅往复变负荷过程中被调量的过分波动。本实施例中，函数f 2(x)输出值范围为[0,1.0]。当负荷变化量小于15MW时使得锅炉输入动态加速指令BIR计算值为零，函数f 2(x)的折线函数具体表达式为：f 2(x)=(500,1；250,1；50,1；20,1；15,0；0,0)，当负荷变化量小于等于15MW时，使得锅炉输入动态加速指令BIR不起作用。
本实施例中，步骤5）中预设的函数f 3(x)为用于随着火力发电机组处于不同的负荷点时对锅炉输入动态加速指令BIR的输出值进行修正的折线函数，其输入值为机组负荷指令、输出值为第四修正系数。函数f 3(x) 的作用是随着机组处于不同的负荷点时，对锅炉输入动态加速指令BIR的输出值进行修正。本实施例中，函数f 3(x)输出值范围为[0.5,1.0]，函数f 3(x)的折线函数具体表达式为：f 3(x)=( 400,1；600,1；800,0.9；1000,0.8)。
参见图4，针对火电机组的机组目标负荷（参见图4上侧虚线曲线）以及机组负荷指令（参见图4上侧实线曲线），本实施例锅炉输入动态加速指令的计算方法计算得到的锅炉输入动态加速指令BIR的曲线如图4下侧的曲线所示，参见图4可知，本实施例中当变负荷过程即将结束时，锅炉输入动态加速指令BIR的作用能够提前结束；锅炉输入动态加速指令的计算方法在机组小幅加减负荷时，锅炉输入动态加速指令BIR不产生作用，用于防止在小幅往复变负荷时被调量的过分波动。本实施例当机组负荷指令接近目标负荷时，锅炉输入动态加速指令能够提前结束，有效减弱了机组被控参数的超调；能够避免在机组小幅加减负荷时锅炉输入动态加速指令的波动。
此外，本实施例还提供一种锅炉输入动态加速指令的计算系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行本实施例前述锅炉输入动态加速指令的计算方法的步骤。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，其主要不同点为：本实施例中机组负荷变化范围为500MW→525 MW→500MW，变负荷速率为5MW/min。
参见图5，针对火电机组的机组目标负荷（参见图5上侧虚线曲线）以及机组负荷指令（参见图5上侧实线曲线），本实施例锅炉输入动态加速指令的计算方法计算得到的锅炉输入动态加速指令BIR的曲线如图5下侧的曲线所示，图5通过设置与图4不同的变负荷速率，
参见图5可知，本实施例锅炉输入动态加速指令的计算方法锅炉输入动态加速指令BIR的计算值与负荷变化速率、负荷变化量成正比关系，具有一定的自适应能力，且在遇到连续反向变负荷时，锅炉输入动态加速指令BIR能够立即随之反向作用。由实施例二可知，在遇到连续反向变负荷时，锅炉输入动态加速指令BIR能够立即随之反向作用；由实施例一和实施例二的对比可知，锅炉输入动态加速指令BIR的计算值与负荷变化速率、负荷变化量成正比关系，具有一定的自适应能力。由此可知，锅炉输入动态加速指令的计算结果与负荷变化速率及负荷需求变化量成正比关系，具有一定的自适应性；当遇到机组连续反向变负荷的工况时，锅炉输入动态加速指令能够立即随之进行反向调整，有利于机组被控参数的稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于实施步骤包括：
1）获取机组负荷指令的微分，将机组负荷指令的微分乘以预设的修正值后，并对乘以预设的修正值得到的结果进行上下限限幅处理；
2）获取机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差值计算绝对值后除以负荷变化速率得到距变负荷结束的剩余时间，再将得到的距变负荷结束的剩余时间经预设的函数f(x)处理得到第一修正系数，再将第一修正系数进行速率限制后再乘以步骤1）的输出值；
3）将负荷变化速率经预设的函数f 1(x) 得到第二修正系数，再将第二修正系数乘以步骤2）的输出值；
4）获取变负荷起始时刻机组目标负荷与负荷指令之间的差值，将得到的差异依次经过计算绝对值、经预设的函数f 2(x)处理得到第三修正系数，再将第三修正系数乘以步骤3）的输出值；
5）将步骤4）的输出值经预设的函数f 3(x)处理得到第四修正系数，再将第四修正系数进行上下限限幅，得到锅炉输入动态加速指令BIR的最终值。
2.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤1）中获取机组负荷指令的微分具体是指将机组负荷指令、机组负荷指令经惯性环节处理后的值两者相减，得到机组负荷指令的微分结果。
3.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤1）中预设的修正值为与惯性环节的惯性特性反相关的正数。
4.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤1）中进行上下限限幅处理时，上、下限值分别为具有相同幅值的正、负数。
5.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤2）中预设的函数f(x)为用于在变负荷过程即将结束时提前将锅炉输入动态加速指令BIR的值减小至0的折线函数，其输入值为计算出的距变负荷结束的剩余时间、输出值为第一修正系数。
6.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤3）中预设的函数f 1(x)为用于将锅炉输入动态加速指令BIR和机组负荷变化速率自动调整保持正比关系的折线函数，其输入值为设定的负荷变化速率、输出值为第二修正系数。
7.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤4）中预设的函数f 2(x)为用于在负荷变化量小于或等于预设阈值时使得锅炉输入动态加速指令BIR不起作用的折线函数，其输入值为目标负荷与负荷指令的差值、输出值为第三修正系数。
8.根据权利要求1所述的锅炉输入动态加速指令的计算方法，其特征在于，步骤5）中预设的函数f 3(x)为用于随着火力发电机组处于不同的负荷点时对锅炉输入动态加速指令BIR的输出值进行修正的折线函数，其输入值为机组负荷指令、输出值为第四修正系数。
9.一种锅炉输入动态加速指令的计算系统，包括计算机设备，其特征在于：所述计算机设备被编程以执行权利要求1～8中任意一项所述锅炉输入动态加速指令的计算方法的步骤。
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