CN109441559B - 一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法 - Google Patents
一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109441559B CN109441559B CN201811196117.6A CN201811196117A CN109441559B CN 109441559 B CN109441559 B CN 109441559B CN 201811196117 A CN201811196117 A CN 201811196117A CN 109441559 B CN109441559 B CN 109441559B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- output
- module
- control system
- boiler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 27
- 101100190466 Caenorhabditis elegans pid-3 gene Proteins 0.000 claims description 17
- 101100243942 Caenorhabditis elegans pid-4 gene Proteins 0.000 claims description 16
- 101100190464 Caenorhabditis elegans pid-2 gene Proteins 0.000 claims 4
- 101100190462 Caenorhabditis elegans pid-1 gene Proteins 0.000 claims 3
- 101000609957 Homo sapiens PTB-containing, cubilin and LRP1-interacting protein Proteins 0.000 description 15
- 102100039157 PTB-containing, cubilin and LRP1-interacting protein Human genes 0.000 description 15
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 14
- 230000004044 response Effects 0.000 description 13
- 101150109471 PID2 gene Proteins 0.000 description 11
- 101100204393 Arabidopsis thaliana SUMO2 gene Proteins 0.000 description 7
- 101100311460 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) sum2 gene Proteins 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 101100534673 Arabidopsis thaliana SUMO3 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100116390 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) ded1 gene Proteins 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 101001030591 Homo sapiens Mitochondrial ubiquitin ligase activator of NFKB 1 Proteins 0.000 description 2
- 102100038531 Mitochondrial ubiquitin ligase activator of NFKB 1 Human genes 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 101150112492 SUM-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150096255 SUMO1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N1/00—Regulating fuel supply
- F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
Abstract
一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，所述方法在采用柔性协调控制系统对火电机组进行控制的过程中，每间隔一定数目的控制周期设置一个跟踪周期，在跟踪周期内允许柔性因子发生变化，锅炉侧控制输出和汽机侧控制输出维持不变，所有锅炉侧控制器均跟踪锅炉侧控制输出信号，所有汽机侧控制器均跟踪汽机侧控制输出信号；在其余控制周期内，柔性因子信号维持不变。本发明在柔性协调控制系统中增加了平衡跟踪控制逻辑，彻底消除了柔性因子变化对控制系统的扰动，而且不会对系统控制品质造成可观测到的影响，从而提高了火电机组的控制品质。本发明方法逻辑结构简单，不需要现场调试，特别适合于深度调峰运行火电机组的协调控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种适应火电机组深度调峰运行的柔性协调控制系统的控制方法，属于发电技术领域。
背景技术
为了适应用电负荷随机变化和以风电为代表的具有强扰动性的发电电源规模化并网，火电机组应具备深度调峰运行能力，将发电负荷调节下限由50％Pe(额定发电负荷)拓宽至40％Pe甚至更低。其中100％～50％Pe为常规负荷段，低于50％Pe为深调峰负荷段。常规负荷段和深调峰负荷段火电机组的控制目标明显不同：常规负荷段内需要优先保证机组发电负荷响应能力；深调峰负荷段需要优先保证机组自身运行稳定性特别是燃料量的稳定。这两个目标存在矛盾不可兼得。
这一矛盾本质上是由火电机组协调控制系统的锅炉燃料量-汽轮机调阀开度对发电负荷-汽轮机前蒸汽压力被控对象特性决定的。一方面对于具有大惯性特性的对象，为保证被控变量及时响应设定值变化，必须在控制输出侧施加很大的动态过调量以克服对象惯性，控制输出的变化幅度和被控变量的响应速度之间存在矛盾；另一方面，协调控制系统被控对象为双入双出多变量对象，发电负荷、机前压力对调阀开度的响应速度都比较快，而对燃料量的响应速度都比较慢，这样采用汽机调阀无论控制发电负荷还是机前压力都能获得很好的控制品质，而采用燃料量无论控制发电负荷还是机前压力都难以获得良好的控制效果。现场存在以炉跟机为基础的协调控制系统即燃料量控制机前压力汽机调阀控制发电负荷、机跟炉为基础的协调控制系统即燃料量控制发电负荷汽机调阀控制机前压力两种控制方案。炉跟机为基础的协调控制系统的特点是发电负荷响应速度快但机前压力、燃料量波动大；机跟炉为基础的协调控制系统的特点是机前压力控制品质好、燃料量波动幅度小，但发电负荷响应速度慢。
两种不同的协调控制系统正好能够对应常规负荷段和深调峰负荷段的控制目标：即常规负荷段投入炉跟机协调控制系统优先满足发电负荷响应能力要求，深调峰负荷段投入机跟炉协调控制系统优先满足机前压力、燃料量稳定性的要求。传统的设计方案是在机组整体协调控制系统中分别设计炉跟机和机跟炉两种控制方式，由运行人员根据需要选择投入其中的一种。当投入一种控制方式时，另外一种处于跟踪状态，两种控制方式间可无扰切换。对于处于跟踪状态的控制方式，需要在两处进行跟踪：一处是设定值跟踪被控变量变化；一处是控制器输出跟踪处于正常控制方式下的控制器输出变化。
在实际运行过程中，传统设计方案存在的主要问题是控制系统之间的切换是刚性的，不是处于炉跟机控制方式下就是处于机跟炉控制方式下，因此控制目标的切换也是刚性的，即不是满足发电负荷响应能力就是保证机组运行稳定性，不存在渐变区间，不能实现两个控制目标的平稳过渡。例如切换点为50％Pe，当发电负荷指令为刚超过50％时控制目标就是保证发电负荷响应能力，刚低于50％时就立刻转变为保证机组运行稳定性。实际上机组发电负荷指令是连续变化的，在机组发电负荷指令由高向低变化时，高于但接近50％负荷时，虽然需要优先保证发电负荷响应能力，但也需要开始顾及机组运行稳定性；负荷指令低于但接近50％负荷时，虽然需要优先保证机组运行稳定性，但也可以适当顾及发电负荷响应能力。而柔性控制恰好可以解决上述问题。
柔性协调控制的基本原理是，通过设置一个柔性因子，实现锅炉侧控制器输出在炉跟机方式和机跟炉方式的锅炉侧输出之间作加权平均，汽机侧控制器输出在炉跟机方式和机跟炉方式汽机侧输出之间作加权平均。控制系统结构如图1所示：SUM1～SUM3为第一加法模块～第三加法模块，第一比例积分微分控制器PID1和第四比例积分微分控制器PID4分别为炉跟机方式的锅炉侧控制器和汽机侧控制器；第二比例积分微分控制器PID2和第三比例积分微分控制器PID3分别为机跟炉方式的汽机侧控制器和锅炉侧控制器。柔性因子输出和1减去柔性因子的输出与四个乘法计算模块MUL1～MUL4构成加权平均逻辑，锅炉侧控制输出为第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3输出的加权平均，汽机侧控制输出为第二比例积分微分控制器PID2、第四比例积分微分控制器PID4输出的加权平均。例如，当柔性因子为1时，第一比例积分微分控制器PID1和第四比例积分微分控制器PID4输出乘以1后输出保持不变，1减去柔性因子输出为0，第二比例积分微分控制器PID2和第三比例积分微分控制器PID3输出乘以0后输出为0，实际系统工作于炉跟机协调方式下；当柔性因子为0时，第一比例积分微分控制器PID1和第四比例积分微分控制器PID4的输出乘以0后输出为0，1减去柔性因子输出为1，第二比例积分微分控制器PID2和第三比例积分微分控制器PID3的输出乘以1后输出保持不变，实际系统工作于机跟炉协调方式下。当柔性因子由1向0变化时，控制方式的权重由炉跟机协调方式向机跟炉协调方式转变。
上述柔性协调控制系统结构简单，能够克服机组发电负荷在常规负荷段和深调峰负荷段过渡时协调控制系统在炉跟机和机跟炉方式之间刚性切换带来的问题。并且在第一比例积分微分控制器PID1、第四比例积分微分控制器PID4构成的炉跟机协调控制系统和控制器第二比例积分微分控制器PID2、第三比例积分微分控制器PID3构成机跟炉协调控制系统都稳定的条件下，柔性因子在0～1之间取任意值保持不变时控制系统整体稳定。但其存在一个重要的问题是：柔性因子变化时会对控制系统产生扰动。现场应用时，柔性因子不可能保持不变，需要根据发电负荷指令变化及运行人员对机组工作状态的判断进行相应的调整，所以需要设计新的控制逻辑解决这一问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，以消除柔性因子变化对控制系统的扰动，提高火电机组的控制品质。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，所述方法在采用柔性协调控制系统对火电机组进行控制的过程中，每间隔一定数目的控制周期设置一个跟踪周期，在跟踪周期内允许柔性因子发生变化，锅炉侧控制输出和汽机侧控制输出维持不变，所有锅炉侧控制器均跟踪锅炉侧控制输出信号，所有汽机侧控制器均跟踪汽机侧控制输出信号；在其余控制周期内，柔性因子信号维持不变。
上述柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，任意两相邻跟踪周期之间的控制周期数为99。
上述柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，所述方法采用的控制系统包括脉冲源模块、三个加法模块、四个比例积分微分控制器、四个乘法模块和三个信号切换模块；其中，第一比例积分微分控制器和第二比例积分微分控制器的输入端接机前压力设定值和机前压力反馈值，第三比例积分微分控制器和第四比例积分微分控制器的输入端接发电负荷设定值和发电负荷反馈值，第一信号切换模块的Y输入端接柔性因子，N输入端接输出端，常数1与第一信号切换模块的输出值在第一加法模块中求差后送入第二乘法模块和第三乘法模块的一个输入端，第二乘法模块和第三乘法模块的另一个输入端分别接第二比例积分微分控制器和第三比例积分微分控制器的输出端，第一信号切换模块的输出值送入第一乘法模块和第四乘法模块的一个输入端，第一乘法模块和第四乘法模块的另一个输入端分别接第一比例积分微分控制器和第四比例积分微分控制器的输出端，第二加法模块的两个输入端分别接第一乘法模块和第三乘法模块的输出端，输出端接第二信号切换模块的N输入端，第三加法模块的两个输入端分别接第二乘法模块和第四乘法模块的输出端，输出端接第三信号切换模块的N输入端，第二信号切换模块的输出端输出锅炉侧控制输出信号，Y输入端接输出端，第三信号切换模块的输出端输出汽机侧控制输出信号，Y输入端接输出端，三个信号切换模块的控制端和四个比例积分微分控制器的跟踪控制输入端均与脉冲源模块的输出端相接，第一比例积分微分控制器和第三比例积分微分控制器的跟踪信号输入端接锅炉侧控制输出信号，第二比例积分微分控制器和第四比例积分微分控制器的跟踪信号输入端接汽机侧控制输出信号。
本发明在柔性协调控制系统中增加了平衡跟踪控制逻辑，彻底消除了柔性因子变化对控制系统的扰动，而且不会对系统控制品质造成可观测到的影响，从而提高了火电机组的控制品质。该方法逻辑结构简单，不需要现场调试，特别适合于深度调峰运行火电机组的协调控制系统。其优点为：
(1)控制效果好。本发明提出了柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，能够克服柔性因子变化对控制输出造成的干扰，柔性因子可以根据需要在0～1之间随时变化；同时可以将柔性控制系统中各个控制器输出的基准值维持在其对应的最终输出的控制信号值附近。
(2)控制系统逻辑结构简单，不需要现场调试。特别适合于深度调峰运行火电机组的协调控制系统。根据实际发电负荷指令实时调整柔性因子，可以实现50％Pe以上负荷段优先保证机组发电负荷响应能力、50％Pe以下负荷段优先保证机组自身运行稳定性特别是燃料量的稳定的功能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是柔性协调控制系统结构示意图；
图2是柔性协调控制系统平衡跟踪控制逻辑原理示意图。
图中和文中各符号为：SUM1～SUM3为第一加法模块～第三加法模块；PID1～PID4为第一比例积分微分控制器～第四比例积分微分控制器；MUL1～MUL4为第一乘法模块～第四乘法模块；T1～T3为第一信号切换模块～第三信号切换模块；PS为脉冲源模块；uB为锅炉侧控制输出；uT为汽机侧控制输出；r为柔性因子；OPID1为炉跟机协调控制系统锅炉侧控制器输出；OPID2为机跟炉协调控制系统汽机侧控制器输出；OPID3为机跟炉协调控制系统锅炉侧控制器输出；OPID4为炉跟机协调控制系统汽机侧控制器输出；uBMAX为锅炉允许的最大燃料量。
具体实施方式
本发明针对柔性协调控制系统中柔性因子变化会对控制输出造成扰动这一问题，提出了一种平衡跟踪控制方法。其原理是，每100个控制周期中设置一个跟踪周期。跟踪周期内柔性因子信号可以变化，锅炉侧控制输出和汽机侧控制输出均处于自保持状态维持不变，炉跟机方式和机跟炉方式中所有的控制器均处于跟踪状态，所有锅炉侧控制器均跟踪锅炉侧控制输出信号，所有汽机侧控制器均跟踪汽机侧控制输出信号，这样柔性因子变化不会对输出造成影响。跟踪在一个控制周期内完成，不会对系统控制品质造成可观测到的影响。在其余控制周期内，柔性因子信号处于自保持状态维持不变。这样，就可以避免柔性因子变化会对控制系统产生扰动。同时这种平衡跟踪控制还能够避免炉跟机和机跟炉协调控制系统的控制输出正负差异大导致控制器输出被限幅的情况。该方法工程可实施性好，而且还具有组态简单、无需现场调试的优点。
本发明的技术原理
(1)理论分析
对于图1所示的柔性协调控制系统，锅炉侧、汽机侧控制输出分别为：
uB＝rOPID1+(1-r)OPID3 (1)
uT＝rOPID4+(1-r)OPID2 (2)
其中：uB-锅炉侧控制输出，t/h；uT-汽机侧控制输出，％；r-柔性因子，取值范围在0～1之间，无量纲；OPID1-炉跟机协调控制系统锅炉侧控制器输出，t/h；OPID2-机跟炉协调控制系统汽机侧控制器输出，％；OPID3-机跟炉协调控制系统锅炉侧控制器输出，t/h；OPID4-炉跟机协调控制系统汽机侧控制器输出，％。
在控制系统工作时改变柔性因子r，对于式1、2，只有在分别满足式3、4的条件下，才能够保证不会对控制输出造成影响，而现场很难满足式3、4的条件。
OPID1＝OPID3 (3)
OPID4＝OPID2 (4)
此外，柔性协调控制系统正常工作时锅炉侧控制输出和汽机侧控制输出都是有限幅的，如式5、6所描述。锅炉侧控制输出对应锅炉燃料量指令，应当在0t/h至锅炉允许的最大燃料量之间变化；汽机侧控制输出对应汽轮机调门综合开度指令，应当在0％至100％之间变化。
0≤uB≤uBMAX (5)
0≤uT≤100 (6)
其中：uBMAX-锅炉允许的最大燃料量，t/h。
但是，这种柔性协调控制系统并没有对OPID1至OPID4每一个控制器的输出作出限制，理论上只要满足式1、2控制器输出可以为任意值。这样，可能出现OPID1和OPID3正负差异大、OPID2和OPID4正负差异大，明显超出合理范围的情况，严重时可能超出DCS(分散控制系统)、PLC(可编程控制器)等控制设备中控制模块的正常数值范围，导致控制系统工作状态出现异常。
(2)理论解决方案
火电厂中应用最广泛的控制设备DCS、PLC中，控制逻辑是被周期性执行的，这个周期也被称为控制周期。依据采样定理，采样周期至少应小于信号中最短周期的1/2。实际DCS、PLC一个控制周期根据需要可设置为50ms、100ms、200ms、250ms，最大周期不超过协调控制系统中变化最快信号周期的1/10。所以，无论从理论上还是从工程上分析，在一个控制周期内控制输出保持不变，不会对控制效果产生实质性影响。
工程中的控制器都具有跟踪功能，主要用于实现控制系统手动/自动控制和不同控制方式之间的无扰切换。当跟踪功能有效时，控制器输出被强制为某一特定的跟踪信号，当跟踪功能无效时，控制器输出从跟踪信号的当前值开始变化。利用控制器的跟踪功能，可以实现柔性协调控制系统的平衡跟踪控制。
平衡跟踪控制基本原理参考图2进行说明，图2是在图1的基础上增加了跟踪控制逻辑，包括锅炉侧控制逻辑和汽机侧控制逻辑，两者工作原理相同，以锅炉侧控制逻辑为例说明。
图2中PS为脉冲源模块，设置为每100个控制周期输出一个周期的逻辑“1”，其余周期输出逻辑“0”。T1、T2为第一信号切换模块和第二信号切换模块，当切换端输入逻辑“1”时将输出连接到“Y”输入端，切换端输入逻辑“0”时将输出连接到“N”输入端。第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3左侧虚线输入为跟踪控制输入端，逻辑“1”时控制器处于跟踪状态，逻辑“0”时控制器处于正常控制状态；右侧实线输入为跟踪信号输入端，当控制器处于跟踪状态时，控制器输出为跟踪信号。
系统工作原理是：当脉冲源模块输出逻辑“0”时，第一信号切换模块T1形成一个自保持逻辑，输出值保持不变；第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3均处于正常控制状态；第二信号切换模块T2允许第二加法模块SUM2的输出正常通过，锅炉侧控制输出为正常的控制信号。由于第一信号切换模块T1自保持，柔性因子的变化不会向下传递，因此也不会对正常控制输出造成影响。当脉冲源模块输出变化为逻辑“1”时，第一信号切换模块T1允许柔性因子变化的数值通过；但第二信号切换模块T2形成一个自保持逻辑，因此锅炉侧控制输出保持不变；这时第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3均处于跟踪状态，输出值均为第二信号切换模块T2保持的当前锅炉侧控制输出，由于满足式3的条件，因此柔性因子无论如何变化不会对输出产生影响，并且第二加法模块SUM2的输出等于第二信号切换模块T2自保持的输出。当脉冲源模块输出再次变化到逻辑“0”时，锅炉侧控制器又切换为正常的控制状态，并且输出从跟踪信号当前值开始变化，整个切换过程无扰。由于平衡跟踪控制的过程只占用一个控制周期，不会对控制品质产生实质性的影响。100个控制周期的实际间隔时间在几秒至几十秒之间，柔性协调控制系统的柔性因子是一个缓慢变化的参数，变化周期超过2000秒。因此平衡跟踪控制方法即能保证及时响应柔性因子的变化，又能保证柔性因子变化时不对控制输出造成影响。此外，平衡跟踪控制逻辑每100个控制周期对所有比例积分微分控制器的基准输出进行一次校正，因此不会发生两个控制器输出持续反向变化超出合理范围的情况。
本发明的技术方案
参考图1、图2说明发明的技术方案。图1为一种柔性协调控制系统结构示意图，包含有炉跟机和机跟炉两种控制方式。其中第一比例积分微分控制器PID1为炉跟机方式的锅炉侧控制器，第四比例积分微分控制器PID4为炉跟机方式的汽机侧控制器；第二比例积分微分控制器PID2为机跟炉方式的汽机侧控制器，第三比例积分微分控制器PID3为机跟炉方式的锅炉侧控制器。柔性因子自身和由第一加法模块SUM1实现的1减去柔性因子共同作为加权系数，由第一乘法模块MUL1、第三乘法模块MUL3、第二加法模块SUM2实现锅炉侧控制输出在炉跟机方式和机跟炉方式之间的加权平均，由第二乘法模块MUL2、第四乘法模块MUL4、第三加法模块SUM3实现汽机侧控制输出在炉跟机方式和机跟炉方式之间的加权平均。当柔性因子在1～0之间变化时，协调控制系统控制输出的权重由炉跟机方式向机跟炉方式变化。
图2为本发明的平衡跟踪控制结构示意图。图2在图1的基础上增加了信号切换自保持功能以及跟踪控制信号和跟踪信号。第一比例积分微分控制器PID1和第三比例积分微分控制器PID3分别为炉跟机方式和机跟炉方式的锅炉侧控制器，由第一乘法模块MUL1、第三乘法模块MUL3、第二加法模块SUM2实现锅炉侧控制输出在炉跟机方式和机跟炉方式之间的加权平均。第二比例积分微分控制器PID2和第四比例积分微分控制器PID4分别为炉跟机方式和机跟炉方式的汽机侧控制器，由第二乘法模块MUL2、第四乘法模块MUL4、第三加法模块SUM3实现汽机侧控制输出在炉跟机方式和机跟炉方式之间的加权平均。脉冲源模块PS设置为每100个控制周期输出一个周期的逻辑“1”，其余99个周期输出逻辑“0”，分别用于控制第一切换模块T1、第二切换模块T2、第三切换模块T3在不同的输入之间进行选择切换和第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3、第二比例积分微分控制器PID2、第四比例积分微分控制器PID4在跟踪和正常控制之间的状态转换。
系统工作方式为：当脉冲源模块PS输出为“0”时，第一切换模块T1构成自保持回路，柔性因子变化不会向下传递，第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3处于正常控制状态，第二切换模块T2允许锅炉侧控制输出信号正常通过，第二比例积分微分控制器PID2、第四比例积分微分控制器PID4处于正常控制状态，第三切换模块T3允许锅炉侧控制输出信号正常通过，整体协调控制系统工作于正常控制方式下，并且柔性因子变化不会对控制输出产生影响。当脉冲源模块PS输出变为“1”时，第二切换模块T2构成自保持回路，锅炉侧控制输出保持不变，第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3处于跟踪状态，均跟踪当前锅炉侧控制输出，第三切换模块T3构成自保持回路，汽机侧控制输出保持不变，第二比例积分微分控制器PID2、第四比例积分微分控制器PID4处于跟踪状态，均跟踪当前汽机侧控制输出，第一切换模块T1允许柔性因子变化向下传递，但无论柔性因子取0～1之间的任何值，第二加法模块SUM2的输出等于当前锅炉侧控制输出，第三加法模块SUM3的输出等于当前汽机侧控制输出。当脉冲源模块PS输出再次变为“1”时，第二切换模块T2切换到第二加法模块SUM2输出，因前一时刻第二加法模块SUM2的输出等于自保持的当前锅炉侧控制输出，所以切换过程无扰，第一比例积分微分控制器PID1、第三比例积分微分控制器PID3处于正常控制状态，第三切换模块T3切换到第二加法模块SUM3输出，因前一时刻第三加法模块SUM3的输出等于自保持的当前汽机侧控制输出，所以切换过程无扰，第二比例积分微分控制器PID2、第四比例积分微分控制器PID4处于正常控制状态，控制输出以上一时刻跟踪信号为基准自由变化，同时第一切换模块T1又保持柔性因子的变化不会向下传递。
以上平衡跟踪控制方法在保留了原柔性协调控制系统的全部功能的基础上实现了以下功能：(1)柔性因子变化不会对控制输出产生任何干扰，柔性因子可以根据需要在0～1之间随时变化；(2)每100个控制周期对所有控制器输出的基准值进行一次校正，避免了同一侧内不同控制方式的控制器的输出同时向相反方向持续变化超出控制设备合理取值范围的情况。
本发明实施步骤
(1)实施条件确认
发明适用于深度调峰运行的火电机组。其协调控制系统设计有炉跟机协调控制方案和机跟炉协调控制方案，控制系统结构及工作原理同图1所示的柔性协调控制系统相同。如果不同，则需要按照图1所示的柔性协调控制系统结构重新设计协调控制系统。
(2)控制逻辑组态
依据图2所示逻辑，在机组DCS(分散控制系统)、PLC中，实施控制逻辑组态。在锅炉侧、汽机侧控制逻辑中分别增加柔性因子信号切换保持模块、控制输出切换保持模块、脉冲信号发生器模块和比例积分微分控制器的跟踪逻辑和跟踪信号。
(3)系统投入
控制逻辑修改完毕后，平衡跟踪控制可投入正常运行。
Claims (3)
1.一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，其特征是，所述方法在采用柔性协调控制系统对火电机组进行控制的过程中，每间隔一定数目的控制周期设置一个跟踪周期，在跟踪周期内允许柔性因子发生变化，锅炉侧控制输出和汽机侧控制输出维持不变，所有锅炉侧控制器均跟踪锅炉侧控制输出信号，所有汽机侧控制器均跟踪汽机侧控制输出信号；在其余控制周期内，柔性因子信号维持不变；
所述柔性因子是一个缓慢变化的参数，变化周期超过2000秒，柔性因子变化时不对控制输出造成影响，所述柔性因子的数值变化符合如下函数式确定的规律：
锅炉侧、汽机侧控制输出分别为：
uB＝rOPID1+(1-r)OPID3 (1)；
uT＝rOPID4+(1-r)OPID2 (2)；
其中：uB-锅炉侧控制输出，t/h；uT-汽机侧控制输出，％；r-柔性因子，取值范围在0-1之间，无量纲；OPID1-炉跟机协调控制系统锅炉侧控制器输出，t/h；OPID2-机跟炉协调控制系统汽机侧控制器输出，％；OPID3-机跟炉协调控制系统锅炉侧控制器输出，t/h；OPID4-炉跟机协调控制系统汽机侧控制器输出，％。
2.根据权利要求1所述的柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，其特征是，任意两相邻跟踪周期之间的控制周期数为99。
3.根据权利要求1或2所述的柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法，其特征是，所述方法采用的控制系统包括脉冲源模块、三个加法模块、四个比例积分微分控制器、四个乘法模块和三个信号切换模块；其中，第一比例积分微分控制器（PID1）和第二比例积分微分控制器（PID2）的输入端分别接机前压力设定值和机前压力反馈值，第三比例积分微分控制器（PID3）和第四比例积分微分控制器（PID4）的输入端分别接发电负荷设定值和发电负荷反馈值；第一信号切换模块（T1）的Y输入端接柔性因子，其输入端N为连接下一级的输出端，常数1与第一信号切换模块（T1）的输出值在第一加法模块（SUM1）中求差后送入第二乘法模块（MUL2）和第三乘法模块（MUL3）的一个输入端，第二乘法模块（MUL2）和第三乘法模块（MUL3）的另一个输入端分别接第二比例积分微分控制器（PID2）和第三比例积分微分控制器（PID3）的输出端，第一信号切换模块（T1）的输出值送入第一乘法模块（MUL1）和第四乘法模块（MUL4）的一个输入端，第一乘法模块（MUL1）和第四乘法模块（MUL4）的另一个输入端分别接第一比例积分微分控制器（PID1）和第四比例积分微分控制器（PID4）的输出端，第二加法模块（SUM2）的两个输入端分别接第一乘法模块（MUL1）和第三乘法模块（MUL3）的输出端，第二加法模块（SUM2）的输出端接第二信号切换模块（T2）的输入端N，第三加法模块（SUM3）的两个输入端分别接第二乘法模块（MUL2）和第四乘法模块（MUL4）的输出端，输出端接第三信号切换模块（T3）的N输入端，第二信号切换模块（T2）的输出端输出锅炉侧控制输出信号，Y输入端接输出端，第三信号切换模块（T3）的输出端输出汽机侧控制输出信号，Y输入端接输出端，三个信号切换模块的控制端和四个比例积分微分控制器的跟踪控制输入端均与脉冲源模块的输出端相接，第一比例积分微分控制器（PID1）和第三比例积分微分控制器（PID3）的跟踪信号输入端接锅炉侧控制输出信号，第二比例积分微分控制器（PID2）和第四比例积分微分控制器（PID4）的跟踪信号输入端接汽机侧控制输出信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811196117.6A CN109441559B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811196117.6A CN109441559B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109441559A CN109441559A (zh) | 2019-03-08 |
| CN109441559B true CN109441559B (zh) | 2021-07-13 |
Family
ID=65546639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811196117.6A Expired - Fee Related CN109441559B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109441559B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112162484B (zh) * | 2020-09-24 | 2023-03-14 | 华北电力大学（保定） | 一种适用于深调峰运行的火电机组柔性协调控制方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4445180A (en) * | 1973-11-06 | 1984-04-24 | Westinghouse Electric Corp. | Plant unit master control for fossil fired boiler implemented with a digital computer |
| CN101604148A (zh) * | 2009-07-06 | 2009-12-16 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种火力发电机组协调控制方法及协调控制系统 |
| CN102183890A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-09-14 | 东南大学 | 协调控制系统调节器参数优化整定方法 |
| CN104865925A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-08-26 | 华北电力大学（保定） | 一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法 |
| KR101576004B1 (ko) * | 2015-05-20 | 2015-12-11 | 중앙대학교 산학협력단 | 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치 |
| CN105299611A (zh) * | 2014-06-09 | 2016-02-03 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 火电机组直接能量平衡协调控制系统 |
| CN106406101A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-02-15 | 华北电力大学（保定） | 一种火电机组协调控制系统的智能计算预测控制方法 |
| CN108227500A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-06-29 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种火电机组快速调峰的协调控制方法及系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7398652B1 (en) * | 2004-11-10 | 2008-07-15 | Pegasus Technologies, Inc. | System for optimizing a combustion heating process |
| FR2977911B1 (fr) * | 2011-07-12 | 2013-08-09 | Electricite De France | Systeme de commande multivariable d'une centrale thermique a flamme |
| CN103174471B (zh) * | 2013-04-19 | 2015-01-14 | 国家电网公司 | 一种火电机组变参数负荷优化控制方法 |
| CN204009409U (zh) * | 2014-07-04 | 2014-12-10 | 华北电力大学（保定） | 一种直流锅炉单元机组协调控制系统 |
| CN107193209B (zh) * | 2017-01-23 | 2020-04-10 | 国电科学技术研究院有限公司 | 基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法及系统 |
-
2018
- 2018-10-15 CN CN201811196117.6A patent/CN109441559B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4445180A (en) * | 1973-11-06 | 1984-04-24 | Westinghouse Electric Corp. | Plant unit master control for fossil fired boiler implemented with a digital computer |
| CN101604148A (zh) * | 2009-07-06 | 2009-12-16 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种火力发电机组协调控制方法及协调控制系统 |
| CN102183890A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-09-14 | 东南大学 | 协调控制系统调节器参数优化整定方法 |
| CN105299611A (zh) * | 2014-06-09 | 2016-02-03 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 火电机组直接能量平衡协调控制系统 |
| CN104865925A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-08-26 | 华北电力大学（保定） | 一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法 |
| KR101576004B1 (ko) * | 2015-05-20 | 2015-12-11 | 중앙대학교 산학협력단 | 동적 행렬 제어를 이용한 보일러-터빈 협조 제어 방법 및 그 장치 |
| CN106406101A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-02-15 | 华北电力大学（保定） | 一种火电机组协调控制系统的智能计算预测控制方法 |
| CN108227500A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-06-29 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种火电机组快速调峰的协调控制方法及系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| An improved coordinated control technology for coal-fired boiler-turbine plant based on flexible steam extraction system;Zhou Yunlong，etal.;《APPLIED THERMAL ENGINEERING》;20171031;全文 * |
| 火电单元机组机炉协调柔性自抗扰控制;董君伊等;《中南大学学报》;20150926;全文 * |
| 超低负荷下火电机组协调控制系统优化;张瑞亚;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20190131;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109441559A (zh) | 2019-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sondhi et al. | Fractional order PID controller for perturbed load frequency control using Kharitonov’s theorem | |
| CN105180135A (zh) | 单元机组协调控制方法及系统 | |
| CN101338892B (zh) | 一种火电机组再热汽温控制方法 | |
| CN102629762B (zh) | 基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法 | |
| CN104089270A (zh) | 一种发电机组锅炉负荷控制优化调整试验方法 | |
| CN107728464B (zh) | 基于积分参数动态调整的锅炉优化控制系统及方法 | |
| CN101436077A (zh) | 双向校正中间点温度和过热汽温的方法及其专用装置 | |
| CN104865925A (zh) | 一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法 | |
| CN110879620A (zh) | 一种核电站立式蒸汽发生器液位控制方法以及系统 | |
| CN105135409A (zh) | 基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法 | |
| CN104216288A (zh) | 火电厂双入双出系统的增益自调度pid控制器 | |
| CN109441559B (zh) | 一种柔性协调控制系统的平衡跟踪控制方法 | |
| CN116382200A (zh) | 一种机组全负荷自稳定系统及其运行方法 | |
| CN113791587B (zh) | 流化床发电机组的协调控制方法、系统、存储介质和装置 | |
| Haji et al. | H∞ robust control design for a combined cycle power plant | |
| Kassem et al. | An integral square error-based model predictive controller for two area load frequency control | |
| KR102432715B1 (ko) | 500mw 발전기 예비력 대체를 위한 ess 연계 순 변압운전 시스템 | |
| CN216281315U (zh) | 一种双渣室燃煤机组主蒸汽温度优化控制装置 | |
| JPS59137717A (ja) | 火力プラントの制御方法 | |
| CN219733478U (zh) | 一种汽机主控辅助系统及机组协调控制系统 | |
| Zhang et al. | Synergetic Controller Design for The LFC in Interconnected Hydraulic-Thermal Power System | |
| Muppoori et al. | Critical Assessment and Comparative Study of PID and ADRC Approaches Applied to AGC in Multi-Source Single Area Power System | |
| CN111472852B (zh) | 一种发电机组基于中间点焓值调频逻辑优化方法 | |
| Tan et al. | Anti-windup schemes for load frequency control of power systems with governor deadband | |
| CN111193275B (zh) | 一种发电机组提高一次调频动作效果的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210713 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |