CN112327609B - 超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法 - Google Patents

超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法 Download PDF

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CN112327609B CN202011370988.2A CN202011370988A CN112327609B CN 112327609 B CN112327609 B CN 112327609B CN 202011370988 A CN202011370988 A CN 202011370988A CN 112327609 B CN112327609 B CN 112327609B
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Abstract

本发明涉及火力发电机组多变量、强耦合、非线性时变系统的动态解耦物料给定技术领域，是一种超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其根据所述火力发电机组的负荷变化确定机组当前的运行工况，根据工况运行要求进行多变量的动态控制。本发明所述方法根据具体的变负工况，以基础预加减量为基础变量，分别动态改变适应当前工况的风、煤、水比率，调整变负荷过程的风、煤、水的指令前馈量，补偿超临界及超超临界机组燃烧过程因惯性大、耦合性强、输入变量多导致的机组水、煤不协调而造成的运行参数不稳定问题，提高机组的动态特性、解耦能力及整体控制水平。

Description

超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法
技术领域
本发明涉及火力发电机组多变量、强耦合、非线性时变系统的动态解耦物料给定技术领域，是一种超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法。
背景技术
电力工业在我国国民经济中具有重要的作用，电力系统的稳定运行关乎国计民生。近些年以风电、光伏为代表的的新能源在电力能源中的占比不断扩大，新能源在促进绿色发展、改善生态打下了基础，同时也带来了新能源电量消纳及安全运行风险增加的问题。另外，我国目前建成的以特高压骨干输电网络以巨大的输电容量和效率领先全球，但发生过几次输电线路闭锁故障，电源侧有功响应不及时，存在网源协调能力不足的问题。我国煤炭资源丰富，煤炭在一次能源结构中占多数，应对这些有功功率不匹配的问题就自然而然落到了在电力生产中占主导地位的煤电机组身上。只要不断提高火力发电机组尤其是超临界以上的大机组的有功功率控制性能，保证机组能够快速响应电网频率变化及AGC指令变化并且保证自身变负荷过程中的参数基本稳定，就能适应电网安全稳定运行的调频、调峰需求，做到了火电机组快速稳定响应新能源出力的变化，削峰填谷适应新能源电量消纳的要求。
超临界及超超临界火力发电机组整体自动控制的主要任务是保证锅炉蒸发量随时满足负荷的要求，对于机组锅炉控制本身的任务是保证自身供给的蒸汽压力跟踪指令及时、温度变化稳定，保证机组的安全和经济。对于超临界机组保证运行参数符合要求就必须针对其非线性、多变量输入输出、强耦合特性设计给水调节、燃料调节、风量调节系统，并能够根据机组运行工况正确动作、协调配合，使锅炉燃烧蒸发符合负荷要求，压力、温度等主要参数基本稳定。目前，多数的控制方案采用燃料量作为协调控制系统的主动控制量，给水调节跟随燃料作为从动调节量，这种控制方式存在控制变量单一，不能适应多变量系统变负荷过程中变量解耦的难题，机组运行时就出现蒸汽温度、压力品质不好等问题。
发明内容
本发明提供了一种超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，克服了上述现有技术之不足，本发明设计超临界及超超临界机组变负荷过程基础预加/减量，风、煤、水等控制变量在基础预加/减量的基础上，根据所述机组变负荷工况选择适应机组运行条件的速率、方向、修正幅度等一些列参数，补偿超临界机组惯性及耦合特性，改进机组不同运行工况下整体控制能力。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，包括下述步骤：
步骤1，根据超临界火力发电机组或超超临界火力发电机组的负荷变化确定所述机组当前的运行工况；
步骤2，当所述机组当前的运行工况是需要升负荷工况时，按下述步骤升负荷；
步骤2.1，初始化机组的基础预加量φ；
步骤2.1.1，对基础预加量φ进行初始化，预置φ＝φ1＝ε1，ε1为启动基础预加量，ε1＝f1(x)×f2(x)，其中：
f1(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，即f1(x)＝p2(t)-p1(t)，当|x|≤Δp1时，f1(x)＝x，当|x|＞Δp1时，f1(x)＝Δε；f2(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，当|x|≤Δp1时，f2(x)＝1，当Δp1≤|x|≤Δp2时，f2(x)＝k1x+b1，当|x|＞Δp2时，f2(x)＝b2；
步骤2.1.2，升负荷时的基础预加量φ增长至大于启动基础预加量ε1之后，φ开始按照机组变负荷的速率及变负荷目标值变化，以适应机组大幅度负荷变化需求，此刻开始，基础预加量φ是机组变负荷速率与变负荷目标之积，即φ＝(dp1(t)/d(t))×f3(x)，其中，f3(x)是机组变负荷目标值的函数，通过f3(x)动态修正基础预加量的幅度；
步骤2.2，通过负荷变化率函数f22(x)对基础预加量进行修正，即φ×f22(x)；
步骤2.3，通过目标负荷与负荷指令的偏差f33(x)对基础预加量φ继续进行修正，即φ×f22(x)×f33(x)，f33(x)＝|p2(t)-p1(t)|；
步骤2.4，升负荷至快到目标值的时候，即|p2(t)-p1(t)|≤Δp3时，以撤除函数f11(x)对基础预加量φ进行修正回撤，即φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)；
步骤2.5，机组负荷指令p1(t)到达目标负荷p2(t)之际，即机组升负荷结束之际，伴随基础预加量φ由φ2继续回撤至0的过程，这个过程根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率；
步骤2.6，初始化机组的升负荷燃料预加量ηfuel，预置ηfuel为变负荷公共预加量θ，以煤水比函数f77(x)修正变负荷公共预加量θ，即ηfuel＝θ×f77(x)，对升负荷燃料预加量ηfuel进行f88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f77(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤2.7，初始化机组的升负荷给水预加量ηwater，预置ηwater为变负荷公共预加量θ，以煤水比函数f'77(x)修正变负荷公共预加量θ，ηwater＝θ×f'77(x)，对升负荷给水预加量ηwater进行f'88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f'77(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤2.8，初始化机组的升负荷风量预加量ηair，预置ηair为变负荷公共预加量θ，以风煤比函数f”77(x)修正变负荷公共预加量θ，即ηair＝θ×f”77(x)，对升负荷风量预加量ηair进行f”88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f”77(x)根据机组的风煤比例进行设置；
步骤3，当所述机组当前的运行工况是需要降负荷工况时，按下述步骤降负荷；
步骤3.1，初始化机组的基础预减量
Figure BDA0002806179720000031
步骤3.1.1，对基础预减量
Figure BDA0002806179720000032
进行初始化，预置
Figure BDA0002806179720000033
ε2为启动基础预减量，ε2＝f'1(x)×f'2(x)，其中：
f'1(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，即f'1(x)＝p2(t)-p1(t)，当|x|≤Δp1'时，f1'(x)＝x，当|x|＞Δp1'时，f'1(x)＝Δε'；f'2(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，当|x|≤Δp1'时，f'2(x)＝1，当Δp1'≤|x|≤Δp2'时，f'2(x)＝k'1x+b'1，当|x|＞Δp2'时，f'2(x)＝b2'；
步骤3.1.2，降负荷基础预减量
Figure BDA0002806179720000034
增长至大于启动基础预减量ε2之后，
Figure BDA0002806179720000035
开始按照机组变负荷的速率及变负荷目标值变化，以适应机组大幅度负荷变化需求，此刻开始，基础预减量
Figure BDA0002806179720000036
是机组变负荷速率与变负荷目标之积，即
Figure BDA0002806179720000037
其中，f'3(x)是关于机组变负荷目标值得函数，通过f'3(x)动态修正基础预减量的幅度；
步骤3.2，通过负荷变化率函数f55(x)对基础预减量
Figure BDA0002806179720000038
进行修正，即
Figure BDA0002806179720000039
步骤3.3，通过目标负荷与负荷指令偏差f66(x)对基础预减量
Figure BDA0002806179720000049
进行修正，即
Figure BDA0002806179720000041
f66(x)＝|p2(t)-p1(t)|；
步骤3.4，降负荷至快到目标值的时候，即|p2(t)-p1(t)|≤Δp'3时，以撤除函数f44(x)对基础预减量
Figure BDA0002806179720000042
进行修正回撤，即
Figure BDA0002806179720000043
步骤3.5，机组负荷指令p1(t)到达目标负荷p2(t)之际，即机组降负荷结束之际，伴随基础预减量
Figure BDA0002806179720000044
由
Figure BDA0002806179720000045
继续回撤至0的过程，这个过程根据机组当前运行压力参数选择回撤速率；
步骤3.6，初始化机组的降负荷燃料预减量η'fuel，预置η'fuel为变负荷公共预减量θ，以煤水比函数f99(x)修正变负荷公共预减量θ，即η'fuel＝θ×f99(x)，对降负荷燃料预减量η'fuel进行f101(x)速率输出，其中，
Figure BDA0002806179720000046
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，f99(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤3.7，初始化机组的降负荷给水预减量η'water，预置η'water为变负荷公共预减量θ'，以煤水比函数f'99(x)修正变负荷公共预减量θ，即η'water＝θ×f'99(x)，对降负荷给水预减量η'water进行f'101(x)速率输出，其中，
Figure BDA0002806179720000047
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，其中f'99(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤3.8，初始化机组的降负荷风量预减量η'air，预置η'air为变负荷公共预减量θ，以风煤比函数f”99(x)修正变负荷公共预减量θ，即η'air＝θ×f”99(x)，对降负荷风量预减量η'air进行f”101(x)速率输出，其中，
Figure BDA0002806179720000048
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，f”99(x)根据不同机组的风煤比例进行设置；
步骤4，当所述机组当前的运行工况是负荷稳定工况时，初始化机组的基础预加量或基础预减量为0。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述步骤2.4中，基础预加量φ快速撤除至φ2的过程中，不对其回撤速率进行限制。
上述步骤2.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤2.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差小于-Δm1，即m2(t)-m1(t)＜-Δm1时，机组需要保持基础预加量来维持升压力，以限制回撤速率v1对基础预加量φ回撤，延长机组的基础预加量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤2.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不小于-Δm1，即m2(t)-m1(t)≥-Δm1时，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f4(x)对回撤限制速率v1进行修正，当前基础预加量的回撤速率v＝v1+f4(x)。
上述步骤3.4中，基础预减量
Figure BDA0002806179720000051
快速撤除至
Figure BDA0002806179720000052
过程中，不对其回撤速率进行限制。
上述步骤3.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤3.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)＞Δm'1时，机组需要保持预减量来维持降压力，以限制速率v2对基础预减量
Figure BDA0002806179720000053
回撤，以延长机组预减量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤3.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm'2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm'2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)≤Δm'1时，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f'4(x)对回撤限制速率v2进行修正，当前基础预减量的回撤速率v'＝v2+f'4(x)。
本发明所述方法依据机组额定容量、变负荷幅度、变负荷速率、变负荷进行程度动态选择启动、过程基础预加减量，根据负荷进行过程中的参数变化，动态选择基础预加减量的变化幅度及变化速率，根据具体的变负工况，以基础预加减量为基础变量，分别动态改变适应当前工况的风、煤、水比率，调整变负荷过程的风、煤、水的指令前馈量，补偿超临界及超超临界机组燃烧过程因惯性大、耦合性强、输入变量多导致的机组水、煤不协调而造成的运行参数不稳定问题，提高机组的动态特性、解耦能力及整体控制水平。
附图说明
附图1为变负荷基础预加/减量的生成流程。
附图2为变负荷风、煤、水预加/预减量的生成流程。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1至2所示，该超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，包括下述步骤：
步骤1，根据超临界火力发电机组或超超临界火力发电机组的负荷变化确定所述机组当前的运行工况；
步骤2，当所述机组当前的运行工况是需要升负荷工况时，按下述步骤升负荷；
步骤2.1，初始化机组的基础预加量φ；
步骤2.1.1，升负荷初始，由于机组的基础预加量φ值过小，不能满足快速变负荷的要求，对基础预加量φ进行初始化，预置φ＝φ1＝ε1，ε1为启动基础预加量，ε1＝f1(x)×f2(x)，其中：
f1(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，即f1(x)＝p2(t)-p1(t)，当|x|≤Δp1时，f1(x)＝x，当|x|＞Δp1时，f1(x)＝Δε；f2(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，当|x|≤Δp1时，f2(x)＝1，当Δp1≤|x|≤Δp2时，f2(x)＝k1x+b1，当|x|＞Δp2时，f2(x)＝b2；
步骤2.1.2，升负荷时的基础预加量φ增长至大于启动基础预加量ε1之后，φ开始按照机组变负荷的速率及变负荷目标值变化，以适应机组大幅度负荷变化需求，此刻开始，基础预加量φ是机组变负荷速率与变负荷目标之积，即φ＝(dp1(t)/d(t))×f3(x)，其中，f3(x)是机组变负荷目标值的函数，可以通过f3(x)动态修正基础预加量的幅度；
步骤2.2，通过负荷变化率函数f22(x)对基础预加量进行修正，即φ×f22(x)，升负荷中，基础预加量φ是随着时间的积累而累加，因此f22(x)随着变负荷率的增大而减小；
步骤2.3，通过目标负荷与负荷指令的偏差f33(x)对基础预加量φ继续进行修正，即φ×f22(x)×f33(x)，f33(x)＝|p2(t)-p1(t)|，此次修正，引入变负荷偏差的函数f33(x)修正，依据变负荷幅度的大小动态调整基础预加量φ，变负荷幅度大则需要的基础预加量多，变负荷幅度小则需要的基础预加量少；
机组升负荷过程中基础预加量φ保持恒定，但由于适应工况变化的φ×f22(x)×f33(x)缓慢减小，去往风、煤、水的前馈控制量总体表现为缓慢回撤。以上各步基础预加量φ修正后的去往风、煤、水的前馈控制量全部不限制变化速率。
步骤2.4，升负荷至快到目标值的时候，即|p2(t)-p1(t)|≤Δp3时，以撤除函数f11(x)对基础预加量φ进行修正回撤，即φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)；由于超临界机组燃烧惯性原因，此时机组负荷指令将要到达目标负荷，升负荷将要结束，此时要考虑对基础预加量φ进行撤除至φ2，保证机组后续工况功、煤、水匹配。
步骤2.5，机组负荷指令p1(t)到达目标负荷p2(t)之际，即机组升负荷结束之际，伴随基础预加量φ由φ2继续回撤至0的过程，这个过程根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率；
步骤2.6，初始化机组的升负荷燃料预加量ηfuel，预置ηfuel为变负荷公共预加量θ，以煤水比函数f77(x)修正变负荷公共预加量θ，即ηfuel＝θ×f77(x)，对升负荷燃料预加量ηfuel进行f88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f77(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤2.7，初始化机组的升负荷给水预加量ηwater，预置ηwater为变负荷公共预加量θ，以煤水比函数f'77(x)修正变负荷公共预加量θ，ηwater＝θ×f'77(x)，对升负荷给水预加量ηwater进行f'88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f'77(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤2.8，初始化机组的升负荷风量预加量ηair，预置ηair为变负荷公共预加量θ，以风煤比函数f”77(x)修正变负荷公共预加量θ，即ηair＝θ×f”77(x)，对升负荷风量预加量ηair进行f”88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f”77(x)根据机组的风煤比例进行设置；
步骤3，当所述机组当前的运行工况是需要降负荷工况时，按下述步骤降负荷；
步骤3.1，初始化机组的基础预减量
Figure BDA0002806179720000081
步骤3.1.1，降负荷初始由于机组基础预减量
Figure BDA0002806179720000082
值过小，不能满足快速变负荷的要求，对基础预减量
Figure BDA0002806179720000083
进行初始化，预置
Figure BDA0002806179720000084
ε2为启动基础预减量，ε2＝f'1(x)×f'2(x)，其中：
f'1(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，即f'1(x)＝p2(t)-p1(t)，当|x|≤Δp1'时，f1'(x)＝x，当|x|＞Δp1'时，f'1(x)＝Δε'；f'2(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，当|x|≤Δp1'时，f'2(x)＝1，当Δp1'≤|x|≤Δp2'时，f'2(x)＝k'1x+b'1，当|x|＞Δp2'时，f'2(x)＝b2'；
步骤3.1.2，降负荷基础预减量
Figure BDA0002806179720000085
增长至大于启动基础预减量ε2之后，
Figure BDA0002806179720000086
开始按照机组变负荷的速率及变负荷目标值变化，以适应机组大幅度负荷变化需求，此刻开始，基础预减量
Figure BDA0002806179720000087
是机组变负荷速率与变负荷目标之积，即
Figure BDA0002806179720000088
其中，f'3(x)是关于机组变负荷目标值得函数，可以通过f'3(x)动态修正基础预减量的幅度；
步骤3.2，通过负荷变化率函数f55(x)对基础预减量
Figure BDA0002806179720000089
进行修正，即
Figure BDA00028061797200000810
降负荷中，基础预减量
Figure BDA00028061797200000811
是随着时间的积累而累加，因此f55(x)随着变负荷率的增大而减小；
步骤3.3，通过目标负荷与负荷指令偏差f66(x)对基础预减量
Figure BDA00028061797200000812
进行修正，即
Figure BDA00028061797200000813
f66(x)＝|p2(t)-p1(t)|，此次修正，引入变负荷偏差的函数f66(x)修正，依据变负荷幅度的大小动态调整基础预减量，变负荷幅度大则需要的基础预减量多，变负荷幅度小则需要的基础预减量少；
机组降负荷过程中，基础预减量
Figure BDA0002806179720000091
保持恒定，但由于适应工况变化的
Figure BDA0002806179720000092
缓慢减小，去往风、煤、水的前馈控制量总体表现为缓慢回撤。以上各步基础预减量φ修正后的去往风、煤、水的前馈控制量全部不限制变化速率。
步骤3.4，降负荷至快到目标值的时候，即|p2(t)-p1(t)|≤Δp'3时，以撤除函数f44(x)对基础预减量
Figure BDA0002806179720000093
进行修正回撤，即
Figure BDA0002806179720000094
超临界机组燃烧惯性原因，此时机组负荷指令将要到达目标负荷，降负荷将要结束，此时要考虑对基础预减量
Figure BDA0002806179720000095
进行撤除至
Figure BDA0002806179720000096
保证机组后续工况功、煤、水匹配。
步骤3.5，机组负荷指令p1(t)到达目标负荷p2(t)之际，即机组降负荷结束之际，伴随基础预减量
Figure BDA0002806179720000097
由
Figure BDA0002806179720000098
继续回撤至0的过程，这个过程根据机组当前运行压力参数选择回撤速率；
步骤3.6，初始化机组的降负荷燃料预减量η'fuel，预置η'fuel为变负荷公共预减量θ，以煤水比函数f99(x)修正变负荷公共预减量θ，即η'fuel＝θ×f99(x)，对降负荷燃料预减量η'fuel进行f101(x)速率输出，其中，
Figure BDA0002806179720000099
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，f99(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤3.7，初始化机组的降负荷给水预减量η'water，预置η'water为变负荷公共预减量θ'，以煤水比函数f'99(x)修正变负荷公共预减量θ，即η'water＝θ×f'99(x)，对降负荷给水预减量η'water进行f'101(x)速率输出，其中，
Figure BDA00028061797200000910
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，其中f'99(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤3.8，初始化机组的降负荷风量预减量η'air，预置η'air为变负荷公共预减量θ，以风煤比函数f”99(x)修正变负荷公共预减量θ，即η'air＝θ×f”99(x)，对降负荷风量预减量η'air进行f”101(x)速率输出，其中，
Figure BDA00028061797200000911
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，f”99(x)根据不同机组的风煤比例进行设置；
步骤4，当所述机组当前的运行工况是负荷稳定工况时，初始化机组的基础预加量或基础预减量为0。
实施例2：作为上述实施例的优化，步骤2.4中，基础预加量φ快速撤除至φ2的过程中，不对其回撤速率进行限制。
实施例3：作为上述实施例的优化，步骤2.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤2.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差小于-Δm1，即m2(t)-m1(t)＜-Δm1时，即机组当前主汽压力跟踪压力指令不佳，机组需要保持基础预加量来维持升压力，以限制回撤速率v1对基础预加量φ回撤，延长机组的基础预加量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤2.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不小于-Δm1，即m2(t)-m1(t)≥-Δm1时，机组的当前主汽压力跟踪压力指令较好，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f4(x)对回撤限制速率v1进行修正，当前基础预加量的回撤速率v＝v1+f4(x)，其中，f4(x)根据(m2(t)-m1(t))值增大而增大，以快速回撤机组基础预加量，保证机组能量平衡，主蒸汽温度稳定。
实施例4：作为上述实施例的优化，步骤3.4中，基础预减量
Figure BDA0002806179720000101
快速撤除至
Figure BDA0002806179720000102
过程中，不对其回撤速率进行限制。
实施例5：作为上述实施例的优化，步骤3.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤3.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)＞Δm'1时，即机组当前主汽压力跟踪压力指令不佳，机组需要保持预减量来维持降压力，以限制速率v2对基础预减量
Figure BDA0002806179720000111
回撤，以延长机组预减量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤3.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm'2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm'2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)≤Δm'1时，机组当前主汽压力跟踪压力指令较好，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f'4(x)对回撤限制速率v2进行修正，当前基础预减量的回撤速率v'＝v2+f'4(x)，其中f'4(x)根据m2(t)-m1(t)值减小而增大，以快速回撤机组基础预减量，保证机组能量平衡，主蒸汽温度稳定。
本发明所述方法依据机组额定容量、变负荷幅度、变负荷速率、变负荷进行程度动态选择启动、过程基础预加减量，根据负荷进行过程中的参数变化，动态选择基础预加减量的变化幅度及变化速率，根据具体的变负工况，以基础预加减量为基础变量，分别动态改变适应当前工况的风、煤、水比率，调整变负荷过程的风、煤、水的指令前馈量，补偿超临界及超超临界机组燃烧过程因惯性大、耦合性强、输入变量多导致的机组水、煤不协调而造成的运行参数不稳定问题，提高机组的动态特性、解耦能力及整体控制水平。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (8)

1.一种超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1，根据超临界火力发电机组或超超临界火力发电机组的负荷变化确定所述机组当前的运行工况；
步骤2，当所述机组当前的运行工况是需要升负荷工况时，按下述步骤升负荷，
步骤2.1，初始化机组的基础预加量φ，
步骤2.1.1，对基础预加量φ进行初始化，预置φ＝φ1＝ε1，ε1为启动基础预加量，ε1＝f1(x)×f2(x)，其中：
f1(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，即f1(x)＝p2(t)-p1(t)，当|x|≤Δp1时，f1(x)＝x，当|x|＞Δp1时，f1(x)＝Δε；f2(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，当|x|≤Δp1时，f2(x)＝1，当Δp1≤|x|≤Δp2时，f2(x)＝k1x+b1，当|x|＞Δp2时，f2(x)＝b2；
步骤2.1.2，升负荷时的基础预加量φ增长至大于启动基础预加量ε1之后，φ开始按照机组变负荷的速率及变负荷目标值变化，以适应机组大幅度负荷变化需求，此刻开始，基础预加量φ是机组变负荷速率与变负荷目标之积，即φ＝(dp1(t)/d(t))×f3(x)，其中，f3(x)是机组变负荷目标值的函数，通过f3(x)动态修正基础预加量φ的幅度；
步骤2.2，通过负荷变化率函数f22(x)对基础预加量φ进行修正，即φ×f22(x)；
步骤2.3，通过目标负荷与负荷指令的偏差f33(x)对基础预加量φ继续进行修正，即φ×f22(x)×f33(x)，f33(x)＝|p2(t)-p1(t)|；
步骤2.4，升负荷至快到目标值的时候，即|p2(t)-p1(t)|≤Δp3时，以撤除函数f11(x)对基础预加量φ进行修正回撤，即φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)；
步骤2.5，机组当前负荷指令p1(t)到达目标负荷p2(t)之际，即机组升负荷结束之际，伴随基础预加量φ由φ2继续回撤至0的过程，这个过程根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率；
步骤2.6，初始化机组的升负荷燃料预加量ηfuel，预置ηfuel为变负荷公共预加量θ，以煤水比函数f77(x)修正变负荷公共预加量θ，即ηfuel＝θ×f77(x)，对升负荷燃料预加量ηfuel进行f88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f77(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤2.7，初始化机组的升负荷给水预加量ηwater，预置ηwater为变负荷公共预加量θ，以煤水比函数f'77(x)修正变负荷公共预加量θ，ηwater＝θ×f'77(x)，对升负荷给水预加量ηwater进行f'88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f'77(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤2.8，初始化机组的升负荷风量预加量ηair，预置ηair为变负荷公共预加量θ，以风煤比函数f”77(x)修正变负荷公共预加量θ，即ηair＝θ×f”77(x)，对升负荷风量预加量ηair进行f”88(x)速率输出，其中，θ＝φ×f11(x)×f22(x)×f33(x)，并经过步骤2.5的回撤速率v限制，f”77(x)根据机组的风煤比例进行设置；
步骤3，当所述机组当前的运行工况是需要降负荷工况时，按下述步骤降负荷；
步骤3.1，初始化机组的基础预减量
Figure FDA0003709381780000021
步骤3.1.1，对基础预减量
Figure FDA0003709381780000022
进行初始化，预置
Figure FDA0003709381780000023
ε2为启动基础预减量，ε2＝f'1(x)×f'2(x)，其中：
f'1(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，即f'1(x)＝p2(t)-p1(t)，当|x|≤Δp1'时，f1'(x)＝x，当|x|＞Δp1'时，f'1(x)＝Δε'；f'2(x)是关于机组当前负荷指令p1(t)与目标负荷p2(t)差的函数，当|x|≤Δp1'时，f'2(x)＝1，当Δp1'≤|x|≤Δp2'时，f'2(x)＝k'1x+b'1，当|x|＞Δp2'时，f'2(x)＝b2'；
步骤3.1.2，降负荷基础预减量
Figure FDA0003709381780000024
增长至大于启动基础预减量ε2之后，
Figure FDA0003709381780000025
开始按照机组变负荷的速率及变负荷目标值变化，以适应机组大幅度负荷变化需求，此刻开始，基础预减量
Figure FDA0003709381780000026
是机组变负荷速率与变负荷目标之积，即
Figure FDA0003709381780000027
其中，f'3(x)是关于机组变负荷目标值的函数，通过f'3(x)动态修正基础预减量
Figure FDA0003709381780000028
的幅度；
步骤3.2，通过负荷变化率函数f55(x)对基础预减量
Figure FDA0003709381780000029
进行修正，即
Figure FDA00037093817800000210
步骤3.3，通过目标负荷与负荷指令偏差f66(x)对基础预减量
Figure FDA00037093817800000211
进行修正，即
Figure FDA00037093817800000212
f66(x)＝|p2(t)-p1(t)|；
步骤3.4，降负荷至快到目标值的时候，即|p2(t)-p1(t)|≤Δp'3时，以撤除函数f44(x)对基础预减量
Figure FDA00037093817800000213
进行修正回撤，即
Figure FDA00037093817800000214
步骤3.5，机组当前负荷指令p1(t)到达目标负荷p2(t)之际，即机组降负荷结束之际，伴随基础预减量
Figure FDA00037093817800000215
由
Figure FDA00037093817800000216
继续回撤至0的过程，这个过程根据机组当前运行压力参数选择回撤速率；
步骤3.6，初始化机组的降负荷燃料预减量η'fuel，预置η'fuel为变负荷公共预减量θ'，以煤水比函数f99(x)修正变负荷公共预减量θ'，即η'fuel＝θ′×f99(x)，对降负荷燃料预减量η'fuel进行f101(x)速率输出，其中，
Figure FDA00037093817800000217
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，f99(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤3.7，初始化机组的降负荷给水预减量η'water，预置η'water为变负荷公共预减量θ'，以煤水比函数f'99(x)修正变负荷公共预减量θ'，即η'water＝θ′×f'99(x)，对降负荷给水预减量η'water进行f'101(x)速率输出，其中，
Figure FDA00037093817800000218
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，其中f'99(x)根据不同机组的煤水比例进行设置；
步骤3.8，初始化机组的降负荷风量预减量η'air，预置η'air为变负荷公共预减量θ'，以风煤比函数f”99(x)修正变负荷公共预减量θ'，即η'air＝θ′×f”99(x)，对降负荷风量预减量η'air进行f”101(x)速率输出，其中，
Figure FDA0003709381780000031
并经过步骤3.5的回撤速率v'限制，f”99(x)根据不同机组的风煤比例进行设置；
步骤4，当所述机组当前的运行工况是负荷稳定工况时，初始化机组的基础预加量或基础预减量为0。
2.根据权利要求1所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤2.4中，基础预加量φ快速撤除至φ2的过程中，不对其回撤速率进行限制。
3.根据权利要求1或2所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤2.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤2.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差小于-Δm1，即m2(t)-m1(t)＜-Δm1时，机组需要保持基础预加量来维持升压力，以限制回撤速率v1对基础预加量φ回撤，延长机组的基础预加量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤2.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不小于-Δm1，即m2(t)-m1(t)≥-Δm1时，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f4(x)对回撤限制速率v1进行修正，当前基础预加量的回撤速率v＝v1+f4(x)。
4.根据权利要求1或2所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤3.4中，基础预减量
Figure FDA0003709381780000032
快速撤除至
Figure FDA0003709381780000033
过程中，不对其回撤速率进行限制。
5.根据权利要求3所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤3.4中，基础预减量
Figure FDA0003709381780000034
快速撤除至
Figure FDA0003709381780000035
过程中，不对其回撤速率进行限制。
6.根据权利要求1或2或5所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤3.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤3.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)＞Δm'1时，机组需要保持预减量来维持降压力，以限制速率v2对基础预减量
Figure FDA0003709381780000036
回撤，以延长机组预减量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤3.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm'2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm'2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)≤Δm'1时，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f'4(x)对回撤限制速率v2进行修正，当前基础预减量的回撤速率v'＝v2+f'4(x)。
7.根据权利要求3所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤3.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤3.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)＞Δm'1时，机组需要保持预减量来维持降压力，以限制速率v2对基础预减量
Figure FDA0003709381780000041
回撤，以延长机组预减量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤3.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm'2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm'2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)≤Δm'1时，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f'4(x)对回撤限制速率v2进行修正，当前基础预减量的回撤速率v'＝v2+f'4(x)。
8.根据权利要求4所述的超临界及超超临界火力发电机组多变量解耦控制方法，其特征在于步骤3.5中，根据机组当前的运行压力参数选择回撤速率的方法如下：
步骤3.5.1，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)＞Δm'1时，机组需要保持预减量来维持降压力，以限制速率v2对基础预减量
Figure FDA0003709381780000042
回撤，以延长机组预减量持续时间，弥补机组能量亏空；
步骤3.5.2，当前的机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力目标值m3(t)偏差不大于Δm'2，即|m3(t)-m1(t)|≤Δm'2时，且当前机组主汽压力指令m1(t)与主汽压力当前值m2(t)偏差不大于Δm'1，即m2(t)-m1(t)≤Δm'1时，机组根据当前压力跟踪情况以修正函数f'4(x)对回撤限制速率v2进行修正，当前基础预减量的回撤速率v'＝v2+f'4(x)。
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