CN110360540B - 电网agc负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法属于锅炉主蒸汽温度控制技术领域。本发明通过主蒸汽温度超强微分前馈控制回路对锅炉主蒸汽温度的变化趋势以及锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值进行综合判断和提前控制。防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路用于电网AGC负荷指令频繁波动的工况，将主蒸汽温度控制在设定范围内。本发明能大幅提高主蒸汽温度调节品质，缩小锅炉主蒸汽温度的波动范围，提高机组效率。使用该控制方案后，主蒸汽温度波动范围较之前减少3℃～5℃。随着主蒸汽温度控制技术的不断发展和成熟，可为提升机组的安全稳定、高效经济运行，实现节能优化的长期目标奠定基础。
Description
技术领域
本发明属于锅炉主蒸汽温度控制技术领域，特别是涉及到一种电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法。
背景技术
主蒸汽温度是火电机组的主要控制参数之一，它的控制效果直接影响着机组的安全、经济运行能力。主蒸汽温度控制系统是一个有多个于扰源的控制系统，其中机组AGC(Automatic Generation Control自动发电控制)负荷指令的频繁变化是影响主蒸汽温度主要因素之一。
当机组AGC指令在小周期反复变化时，对汽温自动调节系统而言，相当于给锅炉主汽温系统加入了一个小周期的反复扰动。对于主蒸汽温度调节系统，当CCS(coordinatedcontrol system协调控制系统)接受AGC加负荷指令控制调节阀开大时，由于主蒸汽压力下降，主蒸汽温度随之改变，减温水量减少。当增加的燃料量生效后，主蒸汽压力稳住且回升，主蒸汽温度受燃料量和主蒸汽压力的双重影响而快速上升，减温水量也必须快速放大，以稳定主蒸汽温度。
由于机组的减温水量变化较大，机组负荷在10％额定负荷范围内频繁变化的情况下，减温水量在0～100％范围频繁变化。当减温水量大幅度增加时，增加了蒸汽量的变化。负荷引起的燃料量调节变化又反过来影响主蒸汽温度控制，使主蒸汽温度控制产生新的扰动，调节过程发生波动。而在主蒸汽温度控制尚未稳定时，AGC又进行反向调节，主蒸汽温度调节又必须作与上述相反的调节，使主蒸汽温度大幅度摆动，难以衰减，因而引起主蒸汽温度控制系统超调，最终造成锅炉过热器温度过高或过低。
目前火电机组主蒸汽温度控制系统普遍采用传统的PID(比例积分微分控制器)串级控制，这种控制方案虽然现场调试简单，但由于主蒸汽温度控制系统的变参数、大惯性、大时滞的特性，仅通过调整PID参数的手段是不可能解决汽温波动大、超温的问题。虽然有不少关于主蒸汽温度的先进控制技术，例如预测技术、模糊技术、神经网络技术等，但上述技术偏重理论性，学术文章多，以仿真验证为主，工程现场应用性差，有些虽然有现场应用实例，但是针对个案性强，普及推广性差，不利于工程现场调试。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法用于解决目前火电机组主蒸汽温度控制系统普遍采用传统的PID串级控制，不能解决汽温波动大、超温的技术问题。
电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、根据锅炉主PID比例积分微分控制器的主蒸汽温度测量值和主蒸汽温度设定值的差值确定副PID的温度设定值
(1)锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值大于-3℃且小于3℃，副PID输入温度设定值为主PID的输出温度值，副PID根据副PID的输入温度设定值与减温器后温度的偏差通过副PID设定值自适应控制逻辑回路来控制调门的开度；
(2)锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值小于等于-3℃，副PID输入温度设定值为主PID的输出温度值加2℃，副PID的输入温度设定值作为副调节器的设定值，通过副PID设定值自适应控制逻辑回路进行调门的切换，调门关闭防止主蒸汽温度进一步降低，实现副PID输入温度设定值的自适应控制；
(3)锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值大于等于3℃，副PID输入温度设定值为主PID的输出温度值减2℃，副PID的输入温度设定值作为副调节器的设定值，通过副PID设定值自适应控制逻辑回路进行调门的切换，调门开启防止主蒸汽温度进一步升高，实现副PID输入温度设定值的自适应控制；
步骤二、主蒸汽温度超强微分前馈控制回路对锅炉主蒸汽温度的变化趋势以及锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值进行综合判断和提前控制
主蒸汽温度变化率大于温度变化率设定值，且锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值满足设定值，增加或减少减温水量，提前预控主蒸汽温度的变化；
步骤三、防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路用于电网AGC负荷指令频繁波动的工况，将主蒸汽温度控制在设定范围内
(1)主蒸汽温度测量值高于设定报警值
①主蒸汽温度测量值高于设定报警值Ⅰ，且主蒸汽温度的变化趋势为上升趋势，防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路触发一脉冲，减温水调门开度增加3％；
②主蒸汽温度测量值持续高于设定报警值Ⅰ2分钟且主蒸汽温度变化趋势仍为上升趋势，减温水调门开度再增加3％；
③重复步骤②，直到主蒸汽温度测量值低于设定报警值Ⅰ或主蒸汽温度呈现下降趋势为止；
(2)主蒸汽温度测量值低于设定报警值Ⅱ
①主蒸汽温度测量值低于设定报警值Ⅱ，且主蒸汽温度的变化趋势为下降趋势，防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路触发一脉冲，减温水调门开度减少3％；
②主蒸汽温度测量值持续低于设定报警值Ⅱ2分钟且主蒸汽温度变化趋势仍为下降趋势，减温水调门开度再减少3％；
③重复步骤②，直到主蒸汽温度测量值高于设定报警值Ⅱ或主蒸汽温度呈现上升趋势为止。
所述副PID设定值自适应控制逻辑回路包括模拟量输入模块、减法器模块、加法器模块、低限监视模块、高限监视模块、模拟量常数模块和模拟量选择模块。
所述主蒸汽温度超强微分前馈控制回路包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、超前滞后模块、减法器模块、低限监视模块、高限监视模块、开关量与模块、开关量或模块、分段函数发生器模块、开关量输入模块、开关量输出模块、单脉冲模块，延时闭合模块、模拟量常数模块和模拟量选择模块。
所述防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路分为防超温逻辑回路和防低温逻辑回路。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
本发明根据锅炉主PID的主蒸汽温度测量值和主蒸汽温度设定值的差值确定副PID的温度设定值，通过主蒸汽温度超强微分前馈控制回路对锅炉主蒸汽温度的变化趋势以及锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值进行综合判断和提前控制。防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路用于电网AGC负荷指令频繁波动的工况，将主蒸汽温度控制在设定范围内。本发明能大幅提高主蒸汽温度调节品质，缩小锅炉主蒸汽温度的波动范围，提高机组效率。使用该控制方案后，主蒸汽温度波动范围较之前减少3℃～5℃。随着主蒸汽温度控制技术的不断发展和成熟，可为提升机组的安全稳定、高效经济运行，实现节能优化的长期目标奠定基础。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法的控制逻辑图。
图2为本发明一种电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法的主蒸汽温度超强微分前馈控制逻辑回路图。
图3为本发明一种电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法的防超温动作逻辑图。
图4为本发明一种电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法的防低温动作逻辑图。
图中，副PID设定值自适应控制逻辑回路1、主PID2、副PID3、防低温动作保持逻辑动作接口4、防低温动作逻辑接口5、防高温动作保持逻辑动作接口6、防高温动作逻辑接口7、减法器模块8、加法器模块9、超前滞后模块10、低限监视模块11、高限监视模块12、开关量与模块13、开关量或模块14、分段函数发生器模块15、开关量输入模块16、模拟量常数模块17、模拟量选择模块18、开关量输出模块19、单脉冲模块20，延时闭合模块21、PID功能块22、可调定值器模块23、开关量信号取反模块24、模拟量输入模块25、模拟量输出模块26、防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路27。
具体实施方式
大型火电机组在正常生产运行中普遍投入AGC控制系统，当电网AGC系统发给电厂的负荷控制信号在小周期内上下波动时，锅炉主蒸汽温度控制系统就会在强大的外扰下产生超调，导致锅炉主蒸汽温度偏离设定值，过高或者过低。在实际运行时，火电机组主蒸汽温度控制系统普遍采用传统的PID串级控制，其中副PID采用正作用，主PID采用反作用，当AGC指令信号频繁波动时，其控制方法对系统造成致命的问题：
(1)、串级控制系统主PID与副PID调节反向，使控制系统不能快速稳定；
(2)、AGC指令信号频繁波动后，主蒸汽温度突升、突降问题难以解决。
针对AGC负荷指令频繁波动的状况，制定出电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法：
当电网AGC指令信号频繁波动时，传统PID控制系统，经常出现实际测得的主蒸汽温度测量值高于设定的报警值时，副PID3还在逐渐关小减温水调整门，使得主蒸汽温度长时间降不下来，而导致主蒸汽温度频频超温；当实际主蒸汽温度低报警时，而副调PID3还在开启减温水调节门，过量喷水，导致主蒸汽温度长时间不能回到设定值，影响机组的经济性。产生此问题的根本原因是，AGC负荷指令频繁波动导致副PID3设定值紊乱，从而导致控制系统出现反调。
针对此问题制定副PID设定值自适应控制逻辑回路1。控制逻辑图，如图2所示，
1、确定副PID3的温度设定值，按如下三种情况分别讨论：
第一种情况：锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值大于-3℃且小于3℃，这种情况为正常调节状态，主PID2正常调节，主PID2的输出温度值作为副PID3的输入温度设定值，副PID3依据输入温度设定值同减温器后温度的偏差来控制调门的开度。
第二种情况：锅炉主蒸汽温度测量值小于主蒸汽温度设定值-3℃及以下时，如果仍将主PID2的输出温度值作为副PID3的输入温度设定值，常常出现副PID3的输入温度设定值小于减温器后温度的测量值，由于副PID3是正作用的，调门是逐渐开启的，这样控制只会导致主蒸汽温度越来越低。
为了彻底解决这个问题，保证调节的正确方向，当锅炉主蒸汽温度测量值小于或等于主蒸汽温度设定值-3℃，且主PID2输出温度值比减温器后温度高于2℃时，副PID3的输入温度设定值切换为主PID2输出温度值加2℃的方法，副PID3的输入温度设定值作为副调节器的设定值通过副PID设定值自适应控制逻辑回路1进行调门的强制切换，此种情况下，副PID3的输入温度设定值与测量值偏差减少2℃，由于PID调节的作用，调门会逐渐关闭一段时间，防止主蒸汽温度的进一步降低，实现副PID3设定值自适应控制。
第三种情况：锅炉主蒸汽温度测量值大于设定值3℃以上时，如果仍将主PID2的输出温度值作为副PID3的输入温度设定值，常常出现副PID3的输入温度设定值大于减温器后的温度测量值，即副PID3的设定值大于测量值，由于副PID3是负作用的，调门是逐渐关闭的，这样控制只会导致主蒸汽温度越来越高，经观察这种情况是大量存在的。
为了彻底解决这个问题，保证调节的方向正确，当锅炉主蒸汽温度测量值大于设定值3℃以上时，采取主PID2的输出温度值减2℃作为副PID3的输入温度设定值的方法，副PID3的输入温度设定值作为副调节器的设定值通过副PID设定值自适应控制逻辑回路1进行调门的强制切换，此种情况下，副调节器的输入设定值与测量值偏差增加2℃，调门是逐渐开启一段时间，防止主蒸汽温度进一步升高，实现副PID3设定值自适应控制。
所述主蒸汽温度设定值通过可调定值器模块23设定。
所述副PID设定值自适应控制逻辑回路1包括减法器模块8、加法器模块9、低限监视模块11、高限监视模块12、开关量与模块13模拟量常数模块17、模拟量选择模块18、延时闭合模块21、模拟量输入模块25和模拟量输出模块26。
2、主蒸汽温度超强微分前馈控制回路
主蒸汽温度超强微分前馈控制逻辑回路如图2所示，包括超前滞后模块10、减法器模块8、低限监视模块11、高限监视模块12、开关量与模块13、开关量或模块14、分段函数发生器模块15、开关量输入模块16、模拟量常数模块17、模拟量选择模块18、开关量输出模块19、单脉冲模块20，延时闭合模块21、模拟量输入模块25和模拟量输出模块26。
主蒸汽温度超强微分前馈控制回路对锅炉主蒸汽温度的变化趋势以及锅炉主蒸汽温度实际值与设定值的偏差进行综合判断后进行提前控制。当主蒸汽温度变化率大于温度变化率设定值，且锅炉主蒸汽温度实际值与设定值的偏差满足要求后，增加或减少减温水量，提前预控主蒸汽温度的变化，提高主蒸汽温度调节品质。
温度变化率设定值设为1℃/min，当主蒸汽温度变化升速率大于1℃/min，且主蒸汽温度设定值与主蒸汽温度测量值的差高于1℃时，增加减温水量，提前预控主蒸汽温度的变化，提高主蒸汽温度调节品质；
当主蒸汽温度变化降速率大于设定值1℃/min，且主蒸汽温度设定值与测量值的差小于设定值-1℃时，减少减温水量，提前预控主蒸汽温度的变化，提高主蒸汽温度调节品质。
3、防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路27
在电网AGC负荷指令频繁波动的情况下，锅炉主蒸汽温度控制系统处于持续动态调整的过程，其主要作用是将主蒸汽温度控制在合理的范围之内，防止主蒸汽温度过高或者过低而影响机组安全经济运行。防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路27是为了应对这种频繁变负荷工况而制定的一种控制方案，此方案的实施可有效的将主蒸汽温度控制在某一范围之内。
防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路27分为防超温逻辑回路和防低温逻辑回路两部分。防超温逻辑回路的逻辑图为图3，防低温逻辑回路的逻辑图为图4。防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑接口防低温动作保持逻辑动作接口4、防低温动作逻辑接口5、防高温动作保持逻辑动作接口6和防高温动作逻辑接口7。
防超温逻辑回路包括防高温动作保持逻辑动作接口6、防高温动作逻辑接口7、低限监视模块11、高限监视模块12、开关量与模块13、开关量或模块14、单脉冲模块20，延时闭合模块21、开关量信号取反模块24和模拟量输入模块25。
防低温逻辑回路包括防低温动作保持逻辑动作接口4、防低温动作逻辑接口5、低限监视模块11、高限监视模块12、开关量与模块13、开关量或模块14、单脉冲模块20，延时闭合模块21、开关量信号取反模块24和模拟量输入模块25。
当主蒸汽温度测量值高于某一定值时，且主蒸汽温度的变化趋势为上升趋势时，触发一脉冲，减温水调门开度增加3％，当温度持续高于该报警值2分钟且主蒸汽温度变化趋势仍为上升趋势时，减温水调门开度再增加3％，以后每2分钟减温水调门开度再增加3％，直到温度低于该报警值或主蒸汽温度呈现下降趋势时为止。
当主蒸汽温度测量值低于某一定值时，且主蒸汽温度的变化趋势为下降趋势时，触发一脉冲，减温水调门开度减少3％，当温度持续低于该定值2分钟且主蒸汽温度变化趋势仍为上升趋势时，减温水调门开度再减少3％，以后每2分钟减温水调门开度再减少3％，直到温度高于该定值或主蒸汽温度呈现上升趋势时为止。
所述主PID2和副PID3均采用PID功能块22。
Claims (4)
1.电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、根据锅炉主PID比例积分微分控制器的主蒸汽温度测量值和主蒸汽温度设定值的差值确定副PID的温度设定值
(1)锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值大于-3℃且小于3℃，副PID输入温度设定值为主PID的输出温度值，副PID根据副PID的输入温度设定值与减温器后温度的偏差通过副PID设定值自适应控制逻辑回路来控制调门的开度；
(2)锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值小于等于-3℃，副PID输入温度设定值为主PID的输出温度值加2℃，副PID的输入温度设定值作为副调节器的设定值，通过副PID设定值自适应控制逻辑回路进行调门的切换，调门关闭防止主蒸汽温度进一步降低，实现副PID输入温度设定值的自适应控制；
(3)锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值大于等于3℃，副PID输入温度设定值为主PID的输出温度值减2℃，副PID的输入温度设定值作为副调节器的设定值，通过副PID设定值自适应控制逻辑回路进行调门的切换，调门开启防止主蒸汽温度进一步升高，实现副PID输入温度设定值的自适应控制；
步骤二、主蒸汽温度超强微分前馈控制回路对锅炉主蒸汽温度的变化趋势以及锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值进行综合判断和提前控制
主蒸汽温度变化率大于温度变化率设定值，且锅炉主蒸汽温度测量值与主蒸汽温度设定值的差值满足设定值，增加或减少减温水量，提前预控主蒸汽温度的变化；
步骤三、防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路用于电网AGC负荷指令频繁波动的工况，将主蒸汽温度控制在设定范围内
(1)主蒸汽温度测量值高于设定报警值
①主蒸汽温度测量值高于设定报警值Ⅰ，且主蒸汽温度的变化趋势为上升趋势，防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路触发一脉冲，减温水调门开度增加3％；
②主蒸汽温度测量值持续高于设定报警值Ⅰ2分钟且主蒸汽温度变化趋势仍为上升趋势，减温水调门开度再增加3％；
③重复步骤②，直到主蒸汽温度测量值低于设定报警值Ⅰ或主蒸汽温度呈现下降趋势为止；
(2)主蒸汽温度测量值低于设定报警值Ⅱ
①主蒸汽温度测量值低于设定报警值Ⅱ，且主蒸汽温度的变化趋势为下降趋势，防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路触发一脉冲，减温水调门开度减少3％；
②主蒸汽温度测量值持续低于设定报警值Ⅱ2分钟且主蒸汽温度变化趋势仍为下降趋势，减温水调门开度再减少3％；
③重复步骤②，直到主蒸汽温度测量值高于设定报警值Ⅱ或主蒸汽温度呈现上升趋势为止。
2.根据权利要求1所述的电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法，其特征是：所述副PID设定值自适应控制逻辑回路包括模拟量输入模块、减法器模块、加法器模块、低限监视模块、高限监视模块、模拟量常数模块和模拟量选择模块。
3.根据权利要求1所述的电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法，其特征是：所述主蒸汽温度超强微分前馈控制回路包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、超前滞后模块、减法器模块、低限监视模块、高限监视模块、开关量与模块、开关量或模块、分段函数发生器模块、开关量输入模块、开关量输出模块、单脉冲模块，延时闭合模块、模拟量常数模块和模拟量选择模块。
4.根据权利要求1所述的电网AGC负荷指令频繁波动的锅炉主蒸汽温度控制方法，其特征是：所述防主蒸汽温度超调的减温水喷射控制逻辑回路分为防超温逻辑回路和防低温逻辑回路。
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