CN110631002A - 一种火电机组主气温的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种火电机组主汽温的控制方法，包括如下步骤：步骤1、根据锅炉的动态特性建立动态特性关系：在锅炉内设置状态观测器，并将烟气挡板指令、主蒸汽流量作为状态观测器的输入量，经过所述状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，并将所述状态反馈值传送给控制装置，控制装置将开合指令传送给挡板；步骤2、根据锅炉的静态特性建立静态特性关系，该关系如公式所示：G(h_s‑h_w)＝BQη；步骤3、根据步骤1中的动态特性关系和步骤2中的静态特性关系，建立汽温控制回路，该汽温控制回路包括给煤量控制、给水量控制和减温水量控制，借此，本发明具有提高主汽温控制效果的优点。

Description

一种火电机组主气温的控制方法

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，特别涉及一种火电机组主气温的控制方法。

背景技术

目前，锅炉主汽温指的是末级过热器后的蒸汽温度。AGC控制是指自动发电控制，目前，国内大型火电机组的AGC控制策略主要采用国外各大DCS(热量扫描)厂商提供的组态逻辑，采用了负荷指令前馈加PID反馈的调节方案，其主要思路在于：尽可能的将整个控制系统整定成开环调节的方式，反馈调节仅起小幅度的调节作用。这种方案要求前馈控制回路的参数必须整定得非常精确，对于煤种稳定、机组设备稳定、机组运行方式成熟的国外机组，这种方案是比较有效的，因此一直以来都是采用国外DCS厂家的推荐方案；但是对于煤种多变、机组控制及测量设备不精确、运行参数经常与设计参数存在较大偏差的国内机组，控制效果则会明显变差。

通过对现场运行情况的调研和归纳，在运机组的AGC控制问题主要体现在如下几个方面：

(1)消除扰动能力差，易出现参数大幅波动及调节振荡情况；这是目前机组运行中最普遍出现的情况，机组在大幅度变负荷、启停制粉系统、吹灰等扰动工况下，控制系统常会出现控制不稳定或温度、压力大幅偏离设定值的情况，严重影响运行安全性。

(2)机组负荷升降速率低；常规的AGC控制方案，由于对大滞后被控对象无法找到有效的控制方法，机组负荷的升、降速率仅在1％/min左右，机组的调峰、调频能力差，无法满足电网对机组负荷的响应要求。

(3)煤种变化对控制系统影响大；在煤种变化时，控制系统缺乏自适应手段，控制性能也随之变差。运行人员为保证机组安全，只能采用很低的变负荷率运行。

(4)正常AGC调节中，燃料、给水等控制量波动大；机组正常AGC运行中，由于AGC指令的频繁反复变化(平均1～2分钟变化一次)，使得机组的燃料、给水、送风等各控制量也大幅来回波动，此时虽然主汽压力、温度等被控参数较为稳定，但会造成锅炉水冷壁和过热器管材热应力的反复变化，容易导致氧化皮脱落，大大增加了锅炉爆管的可能性。

综合上述问题，其主要原因是随着机组工况和煤种的变化，机组被控对象的动态特性已变得越来越差，过程的滞后和惯性已变得越来越大，对象非线性和时变性的特征也越来越明显，在这种情况下，采用常规的负荷指令前馈和PID反馈的AGC调节方案，已很难协调好控制系统快速性和稳定性之间的矛盾，同时，常规PID控制亦无法实现挡板的投自动控制。

发明内容

本发明提出一种火电机组主气温的控制方法，能够提高对主汽温的控制效果。

本发明的技术方案是这样实现的：一种火电机组主汽温的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、根据锅炉的动态特性建立动态特性关系：在锅炉内设置状态观测器，并将烟气挡板指令、主蒸汽流量作为状态观测器的输入量，经过所述状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，并将所述状态反馈值传送给控制装置，控制装置将开合指令传送给挡板；

步骤2、根据锅炉的静态特性建立静态特性关系，该关系如公式所示：

G(h_s-h_w)＝BQη

其中，G代表给水流量，h_s代表主蒸汽焓，h_w代表给水焓，B代表锅炉燃料量，Q代表燃料收到基低位发热量，η代表锅炉热效率。

步骤3、根据步骤1中的动态特性关系和步骤2中的静态特性关系，建立汽温控制回路，该汽温控制回路包括给煤量控制、给水量控制和减温水量控制。

作为一种优选的实施方式，控制装置设置于锅炉的一侧，锅炉包括水冷壁、初级过热器、屏过热器、末级过热器、省煤器和再热器，锅炉内设置有挡板和用于煤和水进行反应的燃烧器。

作为一种优选的实施方式，汽温回路包括根据锅炉的负荷指令以及当前的挡板开度，并氧量校正后总风量进行交叉限幅，确定给煤量，并根据锅炉的负荷指令以及当前的挡板开度和中间点温度设定值，确定给水量以致达到中间点温度设定值后暂停给水。

作为一种优选的实施方式，确定给煤量包括通过状态观测器确定给煤的过程，根据给煤的过程实时反馈给控制装置校正最终的给煤量，以及确定给水量包括通过状态观测器确定给水的过程，并根据省煤器入口的给水流量实时反馈给控制装置校正最终的给水量。

作为一种优选的实施方式，减温水量控制，包括根据锅炉的负荷指令对末级过热器出口温度进行设定，以及根据总给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制，并通过状态观测器确定末级过热器温度控制过程，最后达到末级过热器出口温度设定值，减温水阀包括一级减温水阀和二级减温水阀。

作为一种优选的实施方式，给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制包括对一级减温水阀进行进行控制，通过状态观测器确定屏过热器入口温度过程，并根据屏过热器入口温度反馈给控制装置修正一级减温水阀的温度控制。

作为一种优选的实施方式，对一级减温水阀的反馈修正参数满足如下公式：

k＝dx/dw

其中dx表示一级减温水阀的阀门变化，dw表示减温水的变化。

作为一种优选的实施方式，给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制包括对二级减温水阀进行进行控制，通过状态观测器确定末级过热器入口温度过程，并根据末级过热器入口温度反馈修正二级减温水阀的温度控制。

作为一种优选的实施方式，对二级减温水阀的反馈修正参数满足如下公式：

k＝dx/dw

其中dx表示二级减温水阀的阀门变化，dw表示减温水的变化。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过动态特性关系和静态特性关系建立的汽温控制回路，极大程度上消除的扰动并提高了机组的升降速度，此外，通过引入反馈修正参数，降低了给水量和给煤量的波动，通过对减温水阀的修正，使减温给水的调节阀动频率明显降低，延长其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为屏过热器出口温度调节示原理意图；

图2为末级过热器出口温度调节原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1和图2所示，一种火电机组主汽温的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、根据锅炉的动态特性建立动态特性关系：在锅炉内设置状态观测器，并将烟气挡板指令、主蒸汽流量作为状态观测器的输入量，经过所述状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，并将所述状态反馈值传送给控制装置，控制装置将开合指令传送给挡板；

步骤2、根据锅炉的静态特性建立静态特性关系，该关系如公式所示：

G(h_s-h_w)＝BQη

其中，G代表给水流量，h_s代表主蒸汽焓，h_w代表给水焓，B代表锅炉燃料量，Q代表燃料收到基低位发热量，η代表锅炉热效率。

步骤3、根据步骤1中的动态特性关系和步骤2中的静态特性关系，建立汽温控制回路，该汽温控制回路包括给煤量控制、给水量控制和减温水量控制。

基于状态观测器的反馈，利用代数等价观测器(AEO)的概念指导状态观测器的参数调整，并作为状态观测器的输入信号。状态观测器中惯性环节的惯性时间由火电机组现在的负荷，即主蒸汽流量经函数发生器计算得出。汽温偏差与惯性环节的输出偏差相减后进入多阶惯性环节，对其输出值进行修正使得最终汽温偏差与惯性环节的输出偏差相等，最后由各个惯性环节的输出和汽温偏差的微分信号相加后得到状态观测器的状态反馈值，并将该状态反馈值通过控制装置控制挡板调门快速的开大或关小。

控制装置设置于锅炉的一侧，本实施例中控制装置采用CPU，锅炉包括水冷壁、初级过热器、屏过热器、末级过热器、省煤器和再热器，锅炉内设置有挡板和用于煤和水进行反应的燃烧器。

当燃料量突然增加时，即煤量增加时，由于管壁金属贮热所起的延缓作用，主汽温经过一定的延时后，逐渐上升，燃料量突然减少时，主汽温也是先经过一定的延时后才逐渐下降，给水量突然增加时，同样由于管壁金属的贮热作用，主汽温要经过一定的延时后，才逐渐下降，给水量突然减少时，主汽温经过一定的延时，逐渐上升，主汽阀开度突然增加时，蒸汽流量急剧增加，在变化的最初阶段，由于管壁金属贮热的补偿作用，主汽温并没有显著变化，随着蒸汽流量的增加，而燃料量保持不变，则主汽温会逐渐降低，主汽阀开度突然减小时，主汽温则会经过一定的延时后逐渐上升，给水焓突然增加时，由于工质的内能突然增加，主汽温会逐渐上升，给水焓突然减小时，主汽温会逐渐下降，减温水量突然增加时，由于减温水的焓值较低，导致最初阶段，主汽温快速降低，但由于减温水是引自进入锅炉的总给水量，而锅炉的总给水量并未发生变化，所以最终主汽温还会回到开始的水平，减温水量突然减少时，最初阶段，主汽温快速上升，最终回到开始的水平。

由于工质从进入锅炉开始，要经过水冷壁、初级过热器、屏热器和末级过热器等多处受热面，主汽温对燃料量和给水量的变化有很大的滞后，所以直接将末级过热器后的蒸汽温控作用被控参数，显然具有很大的不足，所以具体的，根据锅炉的负荷指令以及当前的挡板开度，并氧量校正后总风量进行交叉限幅，确定给煤量，并根据锅炉的负荷指令以及当前的挡板开度和中间点温度设定值，确定给水量以致达到中间点温度设定值后暂停给水。确定给煤量包括通过状态观测器确定给煤的过程，根据给煤的过程实时反馈给控制装置校正最终的给煤量，以及确定给水量包括通过状态观测器确定给水的过程，并根据省煤器入口的给水流量实时反馈给控制装置校正最终的给水量。

减温水量控制，包括根据锅炉的负荷指令对末级过热器出口温度进行设定，以及根据总给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制，并通过状态观测器确定末级过热器温度控制过程，最后达到末级过热器出口温度设定值，减温水阀包括一级减温水阀和二级减温水阀。

给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制包括对一级减温水阀进行进行控制，通过状态观测器确定屏过热器入口温度过程，并根据屏过热器入口温度反馈给控制装置修正一级减温水阀的温度控制。对一级减温水阀的反馈修正参数满足如下公式：

k＝dx/dw

其中dx表示一级减温水阀的阀门变化，dw表示减温水的变化。

给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制包括对二级减温水阀进行进行控制，通过状态观测器确定末级过热器入口温度过程，并根据末级过热器入口温度反馈修正二级减温水阀的温度控制。对二级减温水阀的反馈修正参数满足如下公式：

k＝dx/dw

其中dx表示二级减温水阀的阀门变化，dw表示减温水的变化。

常见的减温水阀门阀位呈非线性，并且随着阀开度的增加，引起的减温水流量变化量相关巨大，如不进行修正则会导致减温水的调节品质大打折扣，比如在阀门开度大时，调节速度太慢，阀门开度小时，调节速度太快，除此之外，阀门频繁动作，也会对阀芯、执行器产生严重的磨损，维修量大大增加。为了接近于实际应用，k在实际应用时，控制在一定的范围内，利用本反馈修正参数，减温水的调节阀动频率明显降低，而且在阀门全行程中，主汽温调节品质基本相似，达到优化的目的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种火电机组主汽温的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据锅炉的动态特性建立动态特性关系：在锅炉内设置状态观测器，并将烟气挡板指令、主蒸汽流量作为状态观测器的输入量，经过所述状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，并将所述状态反馈值传送给控制装置，控制装置将开合指令传送给挡板；

步骤2、根据锅炉的静态特性建立静态特性关系，该关系如公式所示：

G(h_s-h_w)＝BQη

其中，G代表给水流量，h_s代表主蒸汽焓，h_w代表给水焓，B代表锅炉燃料量，Q代表燃料收到基低位发热量，η代表锅炉热效率；

步骤3、根据步骤1中的动态特性关系和步骤2中的静态特性关系，建立汽温控制回路，该汽温控制回路包括给煤量控制、给水量控制和减温水量控制。

2.根据权利要求1所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述控制装置设置于锅炉的一侧，锅炉包括水冷壁、初级过热器、屏过热器、末级过热器、省煤器和再热器，锅炉内设置有挡板和用于煤和水进行反应的燃烧器。

3.根据权利要求2所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述汽温回路包括根据锅炉的负荷指令以及当前的挡板开度，并氧量校正后总风量进行交叉限幅，确定给煤量，并根据锅炉的负荷指令以及当前的挡板开度和中间点温度设定值，确定给水量以致达到中间点温度设定值后暂停给水。

4.根据权利要求3所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述确定给煤量包括通过状态观测器确定给煤的过程，根据给煤的过程实时反馈给控制装置校正最终的给煤量，以及确定给水量包括通过状态观测器确定给水的过程，并根据省煤器入口的给水流量实时反馈给控制装置校正最终的给水量。

5.根据权利要求2所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述减温水量控制，包括根据锅炉的负荷指令对末级过热器出口温度进行设定，以及根据总给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制，并通过状态观测器确定末级过热器温度控制过程，最后达到末级过热器出口温度设定值，减温水阀包括一级减温水阀和二级减温水阀。

6.根据权利要求5所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制包括对一级减温水阀进行进行控制，通过状态观测器确定屏过热器入口温度过程，并根据屏过热器入口温度反馈给控制装置修正一级减温水阀的温度控制。

7.根据权利要求6所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述对一级减温水阀的反馈修正参数满足如下公式：

k＝dx/dw

其中dx表示一级减温水阀的阀门变化，dw表示减温水的变化。

8.根据权利要求5所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述给水量和负荷指令进行燃水比偏差校正后先对减温水阀进行控制包括对二级减温水阀进行进行控制，通过状态观测器确定末级过热器入口温度过程，并根据末级过热器入口温度反馈修正二级减温水阀的温度控制。

9.根据权利要求6所述的一种火电机组主气温的控制方法，其特征在于，所述对二级减温水阀的反馈修正参数满足如下公式：

k＝dx/dw

其中dx表示二级减温水阀的阀门变化，dw表示减温水的变化。

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