CN111614128B - 一种新能源并网背景下供热机组agc协调控制优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，涉及电厂自动控制技术领域；其包括S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤，所述步骤S1对AGC负荷指令进行加强包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅的步骤；其通过S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤等，实现了供热机组AGC调节性能较好。
Description
技术领域
本发明涉及电厂自动控制技术领域，尤其涉及一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法。
背景技术
随着新能源发电的迅猛发展，给传统能源供热机组运行带来更多问题。
一是新能源并网对传统能源供热机组调峰要求越来越高，新能源发电的不稳定性使得供热机组AGC负荷指令调节幅度变小、频率加大，且未来传统能源供热机组持续低负荷运行或者深度调峰将成为常态，对机组调节性能提出更高的要求。
二是供热机组在运行过程中由于抽气量增大导致汽轮机阀门特性曲线与流量不匹配，导致机组供热后AGC调节指标下滑，受电网考核压力加大。
三是机组供热期间考虑到安全稳定运行问题，无法通过调整阀门流量特性曲线解决根本问题，只能采用其他方法缓解AGC调节指标下滑问题。
因此有必要提出一种面向新能源大规模并网背景下的供热机组AGC协调控制优化方法，提高供热期间机组调节性能，避免两个细则考核。
现有技术问题及思考：
如何解决供热机组AGC调节性能较差的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其通过S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤等，实现了供热机组AGC调节性能较好。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法包括S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤，所述步骤S1对AGC负荷指令进行加强包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅的步骤。
进一步的技术方案在于：在S101对负荷指令限速并微分的步骤中，将AGC负荷指令经过限速运算后的指令值LDC-OUT做微分运算并得到指令值LDC-OUT微分。
进一步的技术方案在于：在S102对负荷指令限幅的步骤中，用指令值LDC-OUT减去指令值LDC-OUT微分，经过限幅，输出至汽机主控PID算法块。
进一步的技术方案在于：在S2调节汽机主控变参数的步骤中，根据汽机阀门开度变化调节汽机主控变参数。
进一步的技术方案在于：所述步骤S2调节汽机主控变参数包括S201计算负荷的综合指标K值、S202判断汽轮机阀门开度拐点、S203计算汽机主控的比例系数和积分时间和S204限幅汽机主控的步骤。
进一步的技术方案在于：在S201计算负荷的综合指标K值的步骤中，依据两个细则考核标准，对每一次满足考核要求的AGC负荷变化进行调节性能综合指标K值计算。
进一步的技术方案在于：在S202判断汽轮机阀门开度拐点的步骤中，以调节性能综合指标K为标准，判断不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点q0；当K≥1时，满足考核指标，此时汽轮机阀门开度应能够满足阀门特性曲线流量要求；当K＜1时，此时汽轮机阀门开度q不满足阀门特性曲线流量要求，记为汽机阀门开度拐点q0。
进一步的技术方案在于：在S203计算汽机主控的比例系数和积分时间的步骤中，变参数自变量为调门开度q，因变量为汽机主控PID控制器参数中的比例系数Kp和积分时间Ti。
进一步的技术方案在于：在S203计算汽机主控的比例系数和积分时间的步骤中，当q≥q0时
比例系数Kp0＝Kp+1*(q-q0)*i/I；
积分时间Ti0＝Ti-500*(q-q0)*i/I；
式中，Kp0为汽机主控PID中的比例系数，无单位；Kp为当前汽机主控的比例系数，无单位；q为当前汽机阀门开度，无单位；q0为汽机阀门开度拐点，无单位；i为通过细则考核计算后一个汽轮机阀门开度拐点q0出现的次数，单位次；I为i的最大值；Ti0为汽机主控PID中的积分时间，无单位；Ti为当前汽机主控的积分时间，无单位。
进一步的技术方案在于：在S204限幅汽机主控的步骤中，
HLIAM为比较算法块，比较q、q0大小，当q≥q0时，输出z＝1，否则z＝0；
AXSEL为双选算法块，当z＝1时，输出x1,当z＝0时，输出x0；
HLLMT为限幅算法块，对积分时间Ti进行限幅。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法包括S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤，所述步骤S1对AGC负荷指令进行加强包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅的步骤。其通过S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤等，实现了供热机组AGC调节性能较好。
详见具体实施方式部分描述。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中机组运行的曲线图；
图3是本发明中汽机主控的逻辑框图；
图4是本发明中步骤S2调节汽机主控变参数的流程图；
图5是本发明中汽机主控限幅的逻辑框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1～图5所示，本发明公开了一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法包括S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤，所述步骤S1对AGC负荷指令进行加强包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅的步骤，所述步骤S2调节汽机主控变参数包括S201计算负荷的综合指标K值、S202判断汽轮机阀门开度拐点、S203计算汽机主控的比例系数和积分时间和S204限幅汽机主控的步骤，具体如下。
S1对AGC负荷指令进行加强
汽机主控输入包括负荷给定值和压力偏差函数负荷修正值，对负荷指令进行加强处理的步骤包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅，具体如下。
S101对负荷指令限速并微分
将AGC负荷指令经过限速运算后的指令值LDC-OUT做微分运算并得到指令值LDC-OUT微分。
S102对负荷指令限幅
用指令值LDC-OUT减去指令值LDC-OUT微分，经过限幅，输出至汽机主控PID算法块。
S2调节汽机主控变参数
根据汽机阀门开度变化调节汽机主控变参数，具体如下。
S201计算负荷的综合指标K值
依据两个细则考核标准，对每一次满足考核要求的AGC负荷变化进行调节性能综合指标K值计算。
S202判断汽轮机阀门开度拐点
以调节性能综合指标K为标准，判断不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点q0。当K≥1时，满足考核指标，此时汽轮机阀门开度应能够满足阀门特性曲线流量要求；当K＜1时，此时汽轮机阀门开度q不满足阀门特性曲线流量要求，记为汽机阀门开度拐点q0。
S203计算汽机主控的比例系数和积分时间
变参数自变量为调门开度q，因变量为汽机主控PID控制器参数中的比例系数Kp和积分时间Ti。
当q≥q0时
比例系数Kp0＝Kp+1*(q-q0)*i/I；
积分时间Ti0＝Ti-500*(q-q0)*i/I；
式中，Kp0为汽机主控PID中的比例系数，无单位；Kp为当前汽机主控的比例系数，无单位；q为当前汽机阀门开度，无单位；q0为汽机阀门开度拐点，无单位；i为通过细则考核计算后一个汽轮机阀门开度拐点q0出现的次数，单位次；I为i的最大值；Ti0为汽机主控PID中的积分时间，无单位；Ti为当前汽机主控的积分时间，无单位。
S204限幅汽机主控
HLIAM为比较算法块，比较q、q0大小，当q≥q0时，输出z＝1，否则z＝0；
AXSEL为双选算法块，当z＝1时，输出x1,当z＝0时，输出x0；
HLLMT为限幅算法块，对积分时间Ti进行限幅。
发明目的：
本发明适用于供热机组的自动协调优化控制。随着新能源发电的快速发展，对电网的安全稳定带来一定影响，对传统能源供热机组的调节性能提出更高的要求。本发明结合供热机组特殊运行工况，面对新能源发电并网带来的影响，对机组AGC协调控制提出一种优化控制方法，能够有效处理机组运行过程中小幅度AGC负荷指令的快速频繁调节，提高汽机主控负荷调整响应速度，提高电网运行稳定性，促进新能源消纳。
本申请的技术贡献：
方法包括S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤，所述步骤S1对AGC负荷指令进行加强包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅的步骤，所述步骤S2调节汽机主控变参数包括S201计算负荷的综合指标K值、S202判断汽轮机阀门开度拐点、S203计算汽机主控的比例系数和积分时间和S204限幅汽机主控的步骤，具体如下。
S1对AGC负荷指令进行加强
汽机主控输入包括负荷给定值和压力偏差函数负荷修正值，对负荷指令进行加强处理的步骤包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅，具体如下。
S101对负荷指令限速并微分
将AGC负荷指令经过限速运算后的指令值LDC-OUT做微分运算并得到指令值LDC-OUT微分。
S102对负荷指令限幅
用指令值LDC-OUT减去指令值LDC-OUT微分，经过限幅，输出至汽机主控PID算法块。
S2调节汽机主控变参数
根据汽机阀门开度变化调节汽机主控变参数，具体如下。
S201计算负荷的综合指标K值
依据两个细则考核标准，对每一次满足考核要求的AGC负荷变化进行调节性能综合指标K值计算。
S202判断汽轮机阀门开度拐点
以调节性能综合指标K为标准，判断不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点q0。当K≥1时，满足考核指标，此时汽轮机阀门开度应能够满足阀门特性曲线流量要求；当K＜1时，此时汽轮机阀门开度q不满足阀门特性曲线流量要求，记为汽机阀门开度拐点q0。
S203计算汽机主控的比例系数和积分时间
变参数自变量为调门开度q，因变量为汽机主控PID控制器参数中的比例系数Kp和积分时间Ti。
当q≥q0时
比例系数Kp0＝Kp+1*(q-q0)*i/I；
积分时间Ti0＝Ti-500*(q-q0)*i/I；
式中，i为通过两个细则考核计算后，一个汽轮机阀门开度拐点q0出现的次数；I为i的最大值。
S204限幅汽机主控
HLIAM为比较算法块，比较q、q0大小，当q≥q0时，输出z＝1，否则z＝0；
AXSEL为双选算法块，当z＝1时，输出x1,当z＝0时，输出x0；
HLLMT为限幅算法块，对积分时间Ti进行限幅。
本申请的技术特点：
1、针对供热机组AGC负荷指令变化幅度小、频率高的特点，对机组AGC负荷指令进行加强，增加负荷指令超前滞后模块，使指令超前动作，以克服PID控制器固有的反馈调节造成的迟缓。
2、对超前动作指令进行限幅，防止动作过大使得调节响应过快造成安全隐患。
3、供热机组在供热运行期间，由于抽气量的变化造成阀门流量特性发生变化，阀门特性曲线的不匹配造成机组汽机主控对象即汽轮机调门-有功功率严重非线性。通过在AGC指令变化期间，对机组DCS内AGC指令、机组负荷指令、机组实际负荷、汽轮机阀门开度等历史运行数据进行分析，依据两个细则考核标准，判断不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点。
4、当AGC指令变化期间，阀门开度对应的实际流量不满足阀门特性曲线中流量要求时，采用变参数调节解决汽机主控对象非线性问题。选取变参数自变量为阀门开度，选取因变量为汽机主控功率控制器PID参数中的比例系数和积分时间，进行变参数调节。
5、通过加强AGC负荷指令，并跟进阀门开度对汽机主控进行变参数调节，有效提高机组负荷响应速度，提高供热机组调节性能，保证电网及机组运行的安全稳定性。
技术方案说明：
S1对AGC负荷指令进行加强
传统汽机主控输入包括负荷给定值与压力偏差函数负荷修正值，现增加负荷指令的超前滞后环节，具体包括：
S101如图3中DT所示，将AGC负荷指令经过限速等运算后的指令值LDC-OUT做微分运算。
S102如图3中HLLMT所示，用LDC-OUT减去自己的微分，经过限幅，输出至汽机主控PID算法块。
S2调节汽机主控变参数
如图4所示，根据汽机阀门开度变化调节汽机主控变参数，具体如下。
S201依据两个细则考核标准，对每一次满足考核要求的AGC负荷变化进行调节性能综合指标K值计算。
S202以调节性能综合指标K为标准，判断不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点q0。当K≥1时，满足考核指标，此时汽轮机阀门开度应能够满足阀门特性曲线流量要求；当K＜1时，此时汽轮机阀门开度q不满足阀门特性曲线流量要求，记为汽机阀门开度拐点q0。
S203变参数自变量为调门开度q，因变量为汽机主控PID控制器参数中的比例系数Kp和积分时间Ti。
当q≥q0时
比例系数Kp0＝Kp+1*(q-q0)*i/I；
积分时间Ti0＝Ti-500*(q-q0)*i/I；
式中，i为通过两个细则考核计算后，某一汽轮机阀门开度拐点q0出现的次数；I为i的最大值。
S204限幅汽机主控
如图5所示，HLIAM为比较算法块，比较q、q0大小，当q≥q0时，输出z＝1，否则z＝0；
AXSEL为双选算法块，当z＝1时，输出x1,当z＝0时，输出x0；
HLLMT为限幅算法块，对积分时间Ti进行限幅，防止Ti过大积分作用过强。
本申请的技术优点：
1、如图2所示，AGC负荷指令变化时机组运行曲线。正常情况下，机组投入CCS协调控制方式，当AGC负荷指令发生变化时，因其为阶跃扰动，机组首先通过负荷变化速率限制及最大、最小负荷限制等给出机组负荷指令LDC-OUT，机组实际负荷MW跟随机组负荷指令进行变化。
2、由于CCS协调控制方式下，主汽压力将由锅炉主控去调，汽机主控将根据机组实际负荷及机组负荷指令调节。汽机主控指令将机组实际负荷实际MW与设定值LDC-OUT求偏差，并由汽机主控PID控制器进行PI运算，其输出去控制汽机负荷基准，继而改变机组负荷，最终MW＝LDC-OUT。由此看出汽机主控是影响机组AGC负荷响应速度的关键环节。
3、如图3所示，对汽机主控的输入即机组负荷指令进行加强，增加负荷指令超前滞后模块，使指令超前动作，以克服PID控制器固有的反馈调节造成的迟缓。同时对超前动作指令进行限幅，防止调节指令过大造成机组压力变化过快造成安全隐患。
4、通过对汽机主控进行优化，使得机组在AGC负荷指令发生阶跃变化时，机组负荷指令能够马上给出一定量的动作响应，提高机组在负荷变化初期的响应速度。
5、如图4所示，为提高机组负荷调节响应速度，对汽机主控进行变参数调节。
6、对机组DCS内AGC指令、机组负荷指令、机组实际负荷、汽轮机阀门开度等历史运行数据进行分析。依据两个细则考核标准，对每一次满足考核要求的AGC负荷变化进行调节性能综合指标K值计算。
7、通过分析能够发现，在机组较低负荷时实际负荷与AGC指令跟随较好，高负荷跟随慢，以调节性能综合指标K为判断标准。当K≥1时，满足考核指标，此时汽轮机阀门开度应能够满足阀门特性曲线流量要求；当K＜1时，此时汽轮机阀门开度应不满足阀门特性曲线流量要求。经过大量AGC负荷指令变化数据可以得到不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点q0。
8、对汽机主控PID控制器采用变参数调节，选取变参数自变量为调门开度q，选取因变量为汽机主控PID控制器参数中的比例系数Kp和积分时间Ti。
9、当q≥q0时
比例系数Kp0＝Kp+1*(q-q0)*i/I；
积分时间Ti0＝Ti-500*(q-q0)*i/I；
式中，i为通过两个细则考核计算后，某一汽轮机阀门开度拐点q0出现的次数；I为i的最大值。
如图5所示，为防止汽机主控PID控制器积分作用过强，对积分时间Ti0进行限幅。
10、通过加强AGC负荷指令，并跟进阀门开度对汽机主控进行变参数调节，有效提高机组负荷响应速度，提高供热机组调节性能，保证电网及机组运行的安全稳定性。
本申请保密运行一段时间后，现场技术人员反馈的有益之处在于：
该方法面向新能源大规模并网的背景下，机组AGC负荷指令调节幅度变小，频率加快，为机组提供一种协调控制优化方法有效处理机组运行过程中小幅度AGC负荷指令的快速频繁调节。
该方法针对供热机组在供热运行期间因抽气量加大，汽轮机压力降低，使得机组AGC负荷调整响应变慢，为供热机组提供一种协调控制优化方法提高汽机主控负荷调整响应速度，避免两个细则考核。
该方法避免了供热机组在供热运行期间进行阀门流量热型曲线调整，提高了机组运行安全稳定性，同时对电网侧供热机组的AGC负荷指令调节性能增强也提高了电网运行稳定性，促进新能源消纳。
Claims (6)
1.一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其特征在于：包括S1对AGC负荷指令进行加强和S2调节汽机主控变参数的步骤，所述步骤S1对AGC负荷指令进行加强包括S101对负荷指令限速并微分和S102对负荷指令限幅的步骤；所述步骤S2调节汽机主控变参数包括S201计算负荷的综合指标K值、S202判断汽轮机阀门开度拐点、S203计算汽机主控的比例系数和积分时间和S204限幅汽机主控的步骤；在S201计算负荷的综合指标K值的步骤中，依据两个细则考核标准，对每一次满足考核要求的AGC负荷变化进行调节性能综合指标K值计算；在S202判断汽轮机阀门开度拐点的步骤中，以调节性能综合指标K为标准，判断不能满足阀门特性曲线要求的汽轮机阀门开度拐点q0；当K≥1时，满足考核指标，此时汽轮机阀门开度应能够满足阀门特性曲线流量要求；当K＜1时，此时汽轮机阀门开度q不满足阀门特性曲线流量要求，记为汽机阀门开度拐点q0。
2.根据权利要求1所述的一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其特征在于：在S101对负荷指令限速并微分的步骤中，将AGC负荷指令经过限速运算后的指令值LDC-OUT做微分运算并得到指令值LDC-OUT微分。
3.根据权利要求2所述的一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其特征在于：在S102对负荷指令限幅的步骤中，用指令值LDC-OUT减去指令值LDC-OUT微分，经过限幅，输出至汽机主控PID算法块。
4.根据权利要求1所述的一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其特征在于：在S203计算汽机主控的比例系数和积分时间的步骤中，变参数自变量为调门开度q，因变量为汽机主控PID控制器参数中的比例系数Kp和积分时间Ti。
5.根据权利要求4所述的一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其特征在于：在S203计算汽机主控的比例系数和积分时间的步骤中，当q≥q0时
比例系数Kp0＝Kp+1*(q-q0)*i/I；
积分时间Ti0＝Ti-500*(q-q0)*i/I；
式中，Kp0为汽机主控PID中的比例系数，无单位；Kp为当前汽机主控的比例系数，无单位；q为当前汽机阀门开度，无单位；q0为汽机阀门开度拐点，无单位；i为通过细则考核计算后一个汽轮机阀门开度拐点q0出现的次数，单位次；I为i的最大值；Ti0为汽机主控PID中的积分时间，无单位；Ti为当前汽机主控的积分时间，无单位。
6.根据权利要求5所述的一种新能源并网背景下供热机组AGC协调控制优化方法，其特征在于：在S204限幅汽机主控的步骤中，
HLIAM为比较算法块，比较q、q0大小，当q≥q0时，输出z＝1，否则z＝0；
AXSEL为双选算法块，当z＝1时，输出x1,当z＝0时，输出x0；
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2020
- 2020-05-20 CN CN202010432431.0A patent/CN111614128B/zh active Active
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| CN111614128A (zh) | 2020-09-01 |
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