CN111535885B - 一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法及装置 - Google Patents

一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气‑蒸汽联合循环机组功率分配方法及装置，所述方法包括：机组负荷指令与蒸汽轮机负荷的差值经过限速模块运算得出燃机侧负荷指令；燃机侧负荷指令施加给燃气轮机控制对象输出燃气轮机负荷，燃气轮机负荷与蒸汽轮机负荷叠加得联合循环机组总负荷；机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，第一修正函数与第二修正函数相乘的结果作为限速模块的速率值，对燃机侧负荷修正；本发明的优点在于：能够减少燃机侧负荷超调，缩短变负荷过程的稳定时间。

Description

一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法及装置
技术领域
本发明涉及燃气-蒸汽联合循环发电领域，更具体涉及一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法及装置。
背景技术
对于燃气—蒸汽联合循环机组，其燃气轮机发电机和蒸汽轮机发电机同时输出电功率，燃气轮机、余热锅炉以及蒸汽轮机三者是一个相互联系的热能动力系统，为了保证各分系统协调工作，必然要提出新的控制要求。由于燃机气室容积效应小、热惯性小，负荷变化反应灵敏，而余热锅炉及其蒸汽轮机有着较大的热惯性和汽室容积，对负荷变化的响应则要响应迟钝。因而联合循环机组的协调控制首要任务就是需要对单元机组的功率指令进行分配。
燃气-蒸汽联合循环发电机组的蒸汽轮机发电机组受燃机带负荷制约，无法主动控制负荷，在蒸汽轮机带初负荷直至满负荷的动态调整过程中，燃气-蒸汽联合循环发电机组功率控制涉及到的燃机和汽轮机功率分配模型难以辨识。目前部分采用汽轮机负荷随动方式联合循环机组负荷控制方式在升负荷过程后期，进入蒸汽轮机的主蒸汽压力快速上升，蒸汽轮机做功能力较升负荷初期明显增强。随着蒸汽轮机发电机负荷增加，为维持总负荷不变，则需燃机减负荷，形成燃机先超调再回调现象。这一过程对控制系统稳定性将产生不利影响，同时加剧了现场相关设备动作频次。在接近额定负荷过程中，燃机侧极易因快速升负荷，导致负荷控制器切换为排气温度控制器，它作用于燃料供应，控制燃机的排气温度，从而将透平入口温度限制在允许的水平，而机组负荷控制将受限，不利于机组参与电网调峰调频。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法存在燃机侧负荷超调，导致变负荷过程的稳定时间长的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，所述方法包括：
机组负荷指令与蒸汽轮机负荷的差值经过限速模块运算得出燃机侧负荷指令；
燃机侧负荷指令施加给燃气轮机控制对象输出燃气轮机负荷，燃气轮机负荷与蒸汽轮机负荷叠加得联合循环机组总负荷；
机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，第一修正函数与第二修正函数相乘的结果作为限速模块的速率值，对燃机侧负荷修正。
本发明利用第一修正函数、第二修正函数这两线性函数，机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，随着第一修正函数的输入减小和第二修正函数的输入增大，两修正函数的输出乘积也即速率值逐步减小，从而达到对燃机负荷指令适当降速处理，平衡蒸汽轮机侧较快的负荷变化率，能够减少燃机侧负荷超调，减少变负荷过程的稳定时间。
优选的，所述对燃机侧负荷指令修正包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值小于α，同时高压蒸汽压力的变化率超过β，此时判定机组处于升、降负荷后期，蒸汽轮机侧负荷快速变化，实际总负荷升降速率超过设定速率，燃机侧和蒸汽轮机侧实际负荷分配比例发生了变化，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α减小和β增大，限速模块的速率值逐步减小，从而达到对燃机侧负荷降速处理。
优选的，所述对燃机侧负荷指令修正还包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值超过α，作为终止燃机侧负荷降速处理的边界条件，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α增大和β增大，限速模块的速率值逐步增大，从而达到对燃机侧负荷升速处理。
优选的，所述第一修正函数和第二修正函数为预设的多段线性函数，其中一段线性函数关系为yb＝xb*(yc-ya)/(xc-xa)，xb为输入值，yb为与输入值对应的输出值，xa为与输入值相邻的一点的横坐标，ya与输入值相邻的一点的纵坐标，xc为与输入值相邻的另一点的横坐标，yc与输入值相邻的另一点的纵坐标。
优选的，所述限速模块将当前周期的输入信号和上周期的输出值进行比较，根据速率值改变当前周期的输出。
本发明还提供一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，所述装置包括：
燃机侧负荷指令获取模块，用于机组负荷指令与蒸汽轮机负荷的差值经过限速模块运算得出燃机侧负荷指令；
联合循环机组总负荷获取模块，用于燃机侧负荷指令施加给燃气轮机控制对象输出燃气轮机负荷，燃气轮机负荷与蒸汽轮机负荷叠加得联合循环机组总负荷；
修正模块，用于机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，第一修正函数与第二修正函数相乘的结果作为限速模块的速率值，对燃机侧负荷修正。
优选的，所述对燃机侧负荷指令修正包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值小于α，同时高压蒸汽压力的变化率超过β，此时判定机组处于升、降负荷后期，蒸汽轮机侧负荷快速变化，实际总负荷升降速率超过设定速率，燃机侧和蒸汽轮机侧实际负荷分配比例发生了变化，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α减小和β增大，限速模块的速率值逐步减小，从而达到对燃机侧负荷降速处理。
优选的，所述对燃机侧负荷指令修正还包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值超过α，作为终止燃机侧负荷降速处理的边界条件，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α增大和β增大，限速模块的速率值逐步增大，从而达到对燃机侧负荷升速处理。
优选的，所述第一修正函数和第二修正函数为预设的多段线性函数，其中一段线性函数关系为yb＝xb*(yc-ya)/(xc-xa)，xb为输入值，yb为与输入值对应的输出值，xa为与输入值相邻的一点的横坐标，ya与输入值相邻的一点的纵坐标，xc为与输入值相邻的另一点的横坐标，yc与输入值相邻的另一点的纵坐标。
优选的，所述限速模块将当前周期的输入信号和上周期的输出值进行比较，根据速率值改变当前周期的输出。
本发明的优点在于：
(1)本发明利用第一修正函数、第二修正函数这两线性函数，机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，随着第一修正函数的输入减小和第二修正函数的输入增大，两修正函数的输出乘积也即速率值逐步减小，从而达到对燃机负荷指令适当降速处理，平衡蒸汽轮机侧较快的负荷变化率，能够减少燃机侧负荷超调，减少变负荷过程的稳定时间。
(2)对于升负荷至额定负荷过程，能够有效避免因燃机快速变负荷触发排气温度控制器，保障机组有效参与电网调峰调频。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法的控制框图；
图2为本发明实施例所公开的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法中第一修正函数与第二修正函数的一个具体实例。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。
实施例1
如图1所示，一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，所述方法包括：
机组负荷指令PD与蒸汽轮机负荷PS0的差值经过限速模块F(X)运算得出燃机侧负荷指令PGD；
燃机侧负荷指令PGD施加给燃气轮机控制对象G(G)输出燃气轮机负荷PG0，燃气轮机负荷PG0与蒸汽轮机负荷PS0叠加得联合循环机组总负荷P0；
机组负荷指令PD与联合循环机组总负荷P0作差取绝对值作为第一修正函数f(x1)的输入，高压蒸汽压力PT对时间求导作为第二修正函数f(x2)的输入，第一修正函数f(x1)与第二修正函数f(x1)相乘的结果作为限速模块F(X)的速率值VSET，对燃机侧负荷修正，其中，所述限速模块F(X)将当前周期的输入信号和上周期的输出值进行比较，根据速率值VSET改变当前周期的输出，也即根据速率值VSET将机组负荷指令PD与蒸汽轮机负荷PS0的差值以速率值VSET变化到燃机侧负荷指令PGD。
当机组负荷指令PD与联合循环机组总负荷P0的偏差值的绝对值小于α，同时高压蒸汽压力PT的变化率超过β，α和β及对应的f(x1)、f(x2)输出项均为预设值，根据机组不同，预设值略有不同，根据实际应用场景而定，此时判定机组处于升、降负荷后期，蒸汽轮机侧负荷快速变化，实际总负荷升降速率超过设定速率，燃机侧和蒸汽轮机侧实际负荷分配比例发生了变化，α作为第一修正函数f(x1)的输入，β作为第二修正函数f(x2)的输入，随着α减小和β增大，限速模块F(X)的速率值VSET逐步减小，从而达到对燃机侧负荷降速处理。
当机组负荷指令PD与联合循环机组总负荷P0的偏差值的绝对值超过α，作为终止燃机侧负荷降速处理的边界条件，α作为第一修正函数f(x1)的输入，β作为第二修正函数f(x2)的输入，随着α增大和β增大，限速模块F(X)的速率值VSET逐步增大，从而达到对燃机侧负荷升速处理。
第一修正函数f(x1)和第二修正函数f(x2)属于现有的联合循环机组函数块，但该函数块并不用于联合循环机组的功率修正或功率分配，本发明采用现有函数块配合完成功率分配，如图2所示，所述第一修正函数f(x1)和第二修正函数f(x2)为预设的多段线性函数，其中一段线性函数关系为yb＝xb*(yc-ya)/(xc-xa)，xb为输入值，yb为与输入值对应的输出值，xa为与输入值相邻的一点的横坐标，ya与输入值相邻的一点的纵坐标，xc为与输入值相邻的另一点的横坐标，yc与输入值相邻的另一点的纵坐标。
通过以上技术方案，本发明提供的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，利用第一修正函数、第二修正函数这两线性函数，机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，随着第一修正函数的输入减小和第二修正函数的输入增大，两修正函数的输出乘积也即速率值逐步减小，从而达到对燃机负荷指令适当降速处理，平衡蒸汽轮机侧较快的负荷变化率，能够减少燃机侧负荷超调，减少变负荷过程的稳定时间。对于升负荷至额定负荷过程，能够有效避免因燃机快速变负荷触发排气温度控制器，保障机组有效参与电网调峰调频。
实施例2
与本发明实施例1相对应的，本发明实施例2还提供一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，所述装置包括：
燃机侧负荷指令获取模块，用于机组负荷指令与蒸汽轮机负荷的差值经过限速模块运算得出燃机侧负荷指令；
联合循环机组总负荷获取模块，用于燃机侧负荷指令施加给燃气轮机控制对象输出燃气轮机负荷，燃气轮机负荷与蒸汽轮机负荷叠加得联合循环机组总负荷；
修正模块，用于机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，第一修正函数与第二修正函数相乘的结果作为限速模块的速率值，对燃机侧负荷修正。
具体的，所述对燃机侧负荷指令修正包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值小于α，同时高压蒸汽压力的变化率超过β，此时判定机组处于升、降负荷后期，蒸汽轮机侧负荷快速变化，实际总负荷升降速率超过设定速率，燃机侧和蒸汽轮机侧实际负荷分配比例发生了变化，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α减小和β增大，限速模块的速率值逐步减小，从而达到对燃机侧负荷降速处理。
具体的，所述对燃机侧负荷指令修正还包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值超过α，作为终止燃机侧负荷降速处理的边界条件，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α增大和β增大，限速模块的速率值逐步增大，从而达到对燃机侧负荷升速处理。
具体的，所述第一修正函数和第二修正函数为预设的多段线性函数，其中一段线性函数关系为yb＝xb*(yc-ya)/(xc-xa)，xb为输入值，yb为与输入值对应的输出值，xa为与输入值相邻的一点的横坐标，ya与输入值相邻的一点的纵坐标，xc为与输入值相邻的另一点的横坐标，yc与输入值相邻的另一点的纵坐标。
具体的，所述限速模块将当前周期的输入信号和上周期的输出值进行比较，根据速率值改变当前周期的输出。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，其特征在于，所述方法包括：
机组负荷指令与蒸汽轮机负荷的差值经过限速模块运算得出燃机侧负荷指令；
燃机侧负荷指令施加给燃气轮机控制对象输出燃气轮机负荷，燃气轮机负荷与蒸汽轮机负荷叠加得联合循环机组总负荷；
机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，第一修正函数与第二修正函数相乘的结果作为限速模块的速率值，对燃机侧负荷修正。
2.根据权利要求1所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，其特征在于，所述对燃机侧负荷指令修正包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值小于α，同时高压蒸汽压力的变化率超过β，此时判定机组处于升、降负荷后期，蒸汽轮机侧负荷快速变化，实际总负荷升降速率超过设定速率，燃机侧和蒸汽轮机侧实际负荷分配比例发生了变化，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α减小和β增大，限速模块的速率值逐步减小，从而达到对燃机侧负荷降速处理。
3.根据权利要求1所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，其特征在于，所述对燃机侧负荷指令修正还包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值超过α，作为终止燃机侧负荷降速处理的边界条件，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α增大和β增大，限速模块的速率值逐步增大，从而达到对燃机侧负荷升速处理。
4.根据权利要求1所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，其特征在于，所述第一修正函数和第二修正函数为预设的多段线性函数，其中一段线性函数关系为yb＝xb*(yc-ya)/(xc-xa)，xb为输入值，yb为与输入值对应的输出值，xa为与输入值相邻的一点的横坐标，ya与输入值相邻的一点的纵坐标，xc为与输入值相邻的另一点的横坐标，yc与输入值相邻的另一点的纵坐标。
5.根据权利要求1所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配方法，其特征在于，所述限速模块将当前周期的输入信号和上周期的输出值进行比较，根据速率值改变当前周期的输出。
6.一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，其特征在于，所述装置包括：
燃机侧负荷指令获取模块，用于机组负荷指令与蒸汽轮机负荷的差值经过限速模块运算得出燃机侧负荷指令；
联合循环机组总负荷获取模块，用于燃机侧负荷指令施加给燃气轮机控制对象输出燃气轮机负荷，燃气轮机负荷与蒸汽轮机负荷叠加得联合循环机组总负荷；
修正模块，用于机组负荷指令与联合循环机组总负荷作差取绝对值作为第一修正函数的输入，高压蒸汽压力对时间求导作为第二修正函数的输入，第一修正函数与第二修正函数相乘的结果作为限速模块的速率值，对燃机侧负荷修正。
7.根据权利要求6所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，其特征在于，所述对燃机侧负荷指令修正包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值小于α，同时高压蒸汽压力的变化率超过β，此时判定机组处于升、降负荷后期，蒸汽轮机侧负荷快速变化，实际总负荷升降速率超过设定速率，燃机侧和蒸汽轮机侧实际负荷分配比例发生了变化，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α减小和β增大，限速模块的速率值逐步减小，从而达到对燃机侧负荷降速处理。
8.根据权利要求6所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，其特征在于，所述对燃机侧负荷指令修正还包括：当机组负荷指令与联合循环机组总负荷的偏差值的绝对值超过α，作为终止燃机侧负荷降速处理的边界条件，α作为第一修正函数的输入，β作为第二修正函数的输入，随着α增大和β增大，限速模块的速率值逐步增大，从而达到对燃机侧负荷升速处理。
9.根据权利要求6所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，其特征在于，所述第一修正函数和第二修正函数为预设的多段线性函数，其中一段线性函数关系为yb＝xb*(yc-ya)/(xc-xa)，xb为输入值，yb为与输入值对应的输出值，xa为与输入值相邻的一点的横坐标，ya与输入值相邻的一点的纵坐标，xc为与输入值相邻的另一点的横坐标，yc与输入值相邻的另一点的纵坐标。
10.根据权利要求6所述的一种燃气-蒸汽联合循环机组功率分配装置，其特征在于，所述限速模块将当前周期的输入信号和上周期的输出值进行比较，根据速率值改变当前周期的输出。
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