CN111396157B - 一种热电负荷自动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热电厂控制技术领域，具体涉及一种热电负荷自动控制方法。包括以下步骤：1)函数拟合中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系；2)根据中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，确定电负荷调整界限与中压缸排汽压力控制标准，从而构建175MW上下热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案；3)根据热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案设计阀门开度控制方案。本发明将机组的控制方案分为175MW以下和以上两种大的控制范围，同时分析两种范围下的机组不同工况，针对每一种工况构建自动控制方案，提升系统控制的自动化水平和安全稳定程度。

Description

一种热电负荷自动控制方法
技术领域
本发明属于热电厂控制技术领域，具体涉及一种热电负荷自动控制方法。
背景技术
随着我国能源结构的不断优化调整，新能源发电所占比重不断增加。面对新能源接入所带来的一系列的挑战，火电机组作为电网主要的调频装置，只能通过深度调峰、辅助调频来克服新能源发电间歇性的影响，稳定电网运行。同时降低发电成本、提高机组效率以及参与电网低负荷调频调峰成为维持火电机组经济效益的最佳方法。然而，参与低负荷调频调峰的机组需要根据电网AGC指令频繁调整高调门(GV阀)的开度实现电负荷的跟踪，此过程不利于机组的稳定运行。一种有益的改进措施是在中低压缸连通阀(CV阀)基础上增加可以快速调整电负荷的旁路阀(BPV阀)，借此降低GV阀动作频率的同时实现调频调峰，并维持热网供热稳定。目前这种控制只能通过手动调整，无法协调热电负荷调整过程中，阀门之间的控制，容易导致调整效果参差不齐。因此，一种能够协调解决热负荷与电负荷矛盾的自动控制系统成为切缸改造后热电厂急需解决的关键问题之一。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种热电负荷自动控制方法。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种热电负荷自动控制方法，包括以下步骤：
1)函数拟合中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系；
2)根据中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，确定电负荷调整界限与中压缸排汽压力控制标准，从而构建175MW上下热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案；
3)根据热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案设计阀门开度控制方案。
进一步，所述步骤1)函数拟合中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，具体为：根据历史电负荷和调节级压力的运行数据，拟合出有功功率与调节级压力的关系；根据给定的调节级压力和中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力的函数关系进一步构建出有功功率与中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力的控制函数，从而将中压缸排汽压力控制和有功功率相关联。
再进一步，所述步骤2)根据中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，确定电负荷调整界限与中压缸排汽压力控制标准，从而构建175MW上下热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案，具体为：将机组负荷分成175MW以上和175MW以下两段工况，针对这两段工况下的电负荷、热负荷以及中压缸排汽压力之间的相互影响，构建热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案。
更进一步，所述步骤3)根据热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案设计阀门开度控制方案，具体为：根据构建好的热电负荷协调控制方案，针对电负荷为175MW以上和175MW以下两种工况下的阀门开度的调整方案，将热电负荷以及中压缸排汽压力的协调控制对应到GV阀、CV阀、BPV阀、LEV阀的开度控制上，分别构建阀门开度控制逻辑。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、调整过程更加安全可靠：本发明通过综合分析机组的各种工况，将机组的控制方案分为175MW以下和以上两种大的控制范围，同时分析两种范围下的机组不同工况，针对每一种工况构建自动控制方案，提升系统控制的自动化水平和安全稳定程度；
2、实现热电解耦，调节速度更快、稳定性更好：本发明175MW以下负荷，BPV阀负责调频调压，LEV阀负责调整供热，GV阀负责后期热电负荷偏差的补充，各司其职，调节针对性更强，调节品质更好；175MW以上负荷，BPV阀负责调频调峰，LEV阀负责调整供热，CV阀负责调整中压缸排汽压力，GV阀负责后期热电负荷偏差的补充，每个阀门仅控制其需要负责的范围，调节品质更好；
3、高调门动作频率更低：由于加入BPV阀的调频功能，不需要频繁动作GV阀就可以实现快速调频，获得较少GV阀的磨损和更高的机组稳定性。
附图说明
图1为有功功率和调节级压力历史数据分布情况；
图2为GV阀控制方案图；
图3为LEV阀控制方案图；
图4为175MW以下BPV阀的控制方案图；
图5为175MW以下BPV阀调整中压缸排汽压力方案图；
图6为175MW以上BPV阀控制电负荷图；
图7为175MW以上CV阀控制中压缸排汽压力图；
图8为BPV阀自动复位控制方案图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
一种热电负荷自动控制方法，包括以下步骤：
1)函数拟合中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系；具体为：根据历史电负荷和调节级压力的运行数据，拟合出有功功率与调节级压力的关系；根据给定的调节级压力和中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力的函数关系进一步构建出有功功率与中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力的控制函数，从而将中压缸排汽压力控制和有功功率相关联。
已知调节级压力与中压缸排汽压力的上下限、最优中压缸排汽压力的控制函数关系为：
最优控制函数：Y1＝0.034X+0.007
调节下限：Y2＝0.034X-0.015
调节上限：Y3＝0.034X+0.081
如图1所示，为有功功率和调节级压力历史数据分布情况，通过函数拟合，得到二者的函数关系为：X＝0.0429z+1.512,将该公式带入上述的三个拟合函数，得到有功功率和切缸状态中压缸排汽压力的下限函数、上限函数、推荐最优中压缸排汽压力控制函数：
最优控制函数：Y1＝0.0014586z+0.058408
调节低限：Y2＝0.0014586z+0.036408
调节上限：Y3＝0.0014586z+0.132408
X：调节级压力；
z:有功功率(MW)；
Y1:最优中压缸排汽压力(MPa)；
Y2:中压缸排汽压力下限(MPa)；
Y3:中压缸排汽压力上限(MPa)；
2)根据中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，确定电负荷调整界限与中压缸排汽压力控制标准，从而构建175MW上下热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案；具体为：将机组负荷分成175MW以上和175MW以下两段工况，针对这两段工况下的电负荷、热负荷以及中压缸排汽压力之间的相互影响，构建热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案；机组在调频调压时，所产生的热量偏差短期内由热网消纳，只要使热网抽汽产生的偏差小于机组当前的热负荷指令的±5％即可，当热负荷偏差到达这个范围边界时，LEV阀调整热负荷至热负荷指令，GV阀负责克服产生的较大的负荷偏差。在175MW以下负荷范围内，GV阀调整偏差时，BPV阀负责稳定中压缸排汽压力在上下限范围内；175MW以上负荷范围内，GV阀调整偏差时，CV阀负责稳定中压缸排汽压力在上下限范围内。
3)根据热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案设计阀门开度控制方案，具体为：根据构建好的热电负荷协调控制方案，针对电负荷为175MW以上和175MW以下两种工况下的阀门开度的调整方案，将热电负荷以及中压缸排汽压力的协调控制对应到GV阀、CV阀、BPV阀、LEV阀的开度控制上，分别构建阀门开度控制逻辑。
如图2所示，为GV阀控制方案图。GV阀参与调频调峰和调整热负荷偏差，具体方法为：电负荷发生波动，GV阀根据负荷偏差自动形成目标负荷和限速目标负荷，若目标负荷和当前电负荷偏差小于10MW，则GV阀延时30s后根据限速目标负荷进行PID调节，从GV阀动作到低压缸增加做功，响应时间设定为2min(暂定，根据实际试验调整)，直到追踪至设定的目标负荷；若目标负荷和当前电负荷偏差大于10MW，则GV阀不需要延时，直接PID调节(用于区别是否为真实电网升降负荷指令负荷)，当热负荷偏差大于±5％时，GV阀配合LEV阀调整热负荷。
如图3所示，为LEV阀控制方案图，热负荷先换算为电负荷，LEV阀逐级调整热负荷，GV阀进行分段PID调节(图2已描述)，形成热负荷下的限速目标负荷指令，GV阀在调整时，BPV阀(175MW以下)或CV阀(175MW以上)负责维持中排压力维持在上下限内。
如图4所示，为175MW以下BPV阀的控制方案图。限速目标负荷指令和当前有功功率求偏差，通过函数转换对应的中压缸偏差小于中压缸排汽压力上下限，BPV阀预判动作值小于40％，有功功率大于100MW且小于175MW，以上3个条件均满足的情况下，根据电负荷偏差控制BPV阀开度；以上条件不满足时，BPV阀开度不做调整。
如图5所示，为175MW以下BPV阀调整中压缸排汽压力方案图，中压缸排汽压力超过上限或者下限时，PID调节BPV阀开度，使中压缸排汽压力达到最优中压缸排汽压力值。
如图6所示，为175MW以上BPV阀控制电负荷图，限速目标负荷指令和当前有功功率求偏差，通过函数转换对应的中压缸偏差小于中压缸排汽压力上下限，BPV阀预判动作值小于40％，有功功率大于175MW，以上3个条件均满足的情况下，根据电负荷偏差自动调节BPV阀开度，消除电负荷偏差；以上条件不满足时，BPV阀开度变化量为之前的开度A。
如图7所示，为175MW以上CV阀控制中压缸排汽压力图，中压缸排汽压力超过上限或者下限时，PID调节CV阀开度，使中压缸排汽压力达到最优中压缸排汽压力值。
如图8所示，为BPV阀自动复位控制方案图，电负荷偏差在2min内一直保持在1MW以下，则表示该时段为稳定阶段，BPV阀进行复位操作，GV阀协同BPV阀动作，消除偏差。
以某电厂350MW机组为例，电厂参与低负荷调频的负荷范围以30％为下限，大致为100MW以上，即低负荷调频设定为100MW-175MW之间。负荷指令在175MW以上时，CV阀逐渐增大开度至40％，BPV阀逐渐复位至40％，LEV阀调整开度保证中排压力的稳定，GV阀自动稳定电负荷偏差。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种热电负荷自动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)函数拟合中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，具体为：根据历史电负荷和调节级压力的运行数据，拟合出有功功率与调节级压力的关系；根据给定的调节级压力和中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力的函数关系进一步构建出有功功率与中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力的控制函数，从而将中压缸排汽压力控制和有功功率相关联；
2)根据中压缸排汽压力上下限以及最优中压缸排汽压力与有功功率的关系，确定电负荷调整界限与中压缸排汽压力控制标准，从而构建175MW上下热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案，具体为：将机组负荷分成175MW以上和175MW以下两段工况，针对这两段工况下的电负荷、热负荷以及中压缸排汽压力之间的相互影响，构建热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案；
3)根据热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案设计阀门开度控制方案。
2.根据权利要求1所述的一种热电负荷自动控制方法，其特征在于：所述步骤3)根据热电负荷协调自动控制方案与中压缸排汽压力自动控制方案设计阀门开度控制方案，具体为：根据构建好的热电负荷协调控制方案，针对电负荷为175MW以上和175MW以下两种工况下的阀门开度的调整方案，将热电负荷以及中压缸排汽压力的协调控制对应到GV阀、CV阀、BPV阀、LEV阀的开度控制上，分别构建阀门开度控制逻辑。
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