CN112363543B - 一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，该方法首先根据机组水煤比实时统计数据进行滤波处理，其次根据滤波后的水煤比统计数据进行时均积分计算，再次根据时均计算的水煤比系数与机组燃料量相乘得到机组未约束前的给水流量，并根据机组负荷滤波值、机组燃料量滤波值和DCS系统历史数据库运行记录参数进行线性拟合，得到稳态负荷工况下的机组负荷—给水流量线性模型和机组燃料量—给水流量线性模型，并根据两个线性模型和未约束线的给水流量值建立给水流量进一步的约束模型，最终得到机组自适应给水流量值，该方法能使机组更加安全、经济、稳定运行。

Description

一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法
技术领域
本发明属于燃煤超临界机组给水调节领域，具体涉及一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法。
背景技术
我国以燃煤电站为主的电力供应格局在未来相当长的时间内不会发生根本性改变，而随着我国火力发电机组的能源结构变化，超临界机组的占比越来越大，其中一个重要的问题就是如何在煤质变化的客观现实下更好的实现机组水煤比的稳定控制。目前，超临界机组锅炉给水控制大多数仍然是以煤定水加分离器温度偏差校正或者是以煤定水加分离器出口焓值校正为主，这两种方式都无法根据煤质变化的情况而实现给水的自适应校正，而如何根据外部条件变化自适应调整超临界机组水煤比控制一直以来是一个难点，也是一个被忽略的盲点。
目前来说，煤水比自适应控制的研究比较少，有限公开的文献大部分采用基于神经网络分析的大数据拟合和基于专家经验的模糊控制等方法，前者由于结构复杂，不便于理解，很难做到控制的实时在线自适应，后者由于受限于专家经验，很难做到大范围的实时自适应。
发明内容
本发明的目的在于针对现有超临界机组水煤比自适应控制的不足，提供了一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，通过对机组实际运行的水煤比进行实时的时均统计，并采用煤量-水量和负荷水量的综合约束，使该方法在煤质变化的全范围均具有较好的适应性。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，包括以下步骤：
1)超临界机组水煤比实时计算数据、超临界机组燃料量和超临界机组实际运行负荷的采集与处理；
2)对步骤1)中的水煤比处理信号进行实时时均积分计算；
3)对步骤2)中水煤比实时时均积分计算构建约束条件；
4)根据步骤3)中根据水煤比实时时均积分计算所得到的水煤比滤波时均值和机组燃料量计算超临界机组给水流量；
5)对步骤4)中计算的超临界给水流量，根据DCS(Distributed Control System，分散控制系统)控制系统中稳态煤量给水流量分段函数和稳态负荷给水流量分段函数建立约束条件，最终实现超临界机组给水流量自适应控制。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，将步骤1)采集的超临界机组水煤比实时统计值M(k)、超临界机组燃料量W(k)和超临界机组实际运行负荷S(k)信号处理，如下：
其中k为计算机离散控制系统中的采样值，假设v(k)为上述任意三个变量之一在计算机离散控制系统中第k步被采集的实时数据，则对v(k)的计算处理如下：
x1(k+1)＝x1(k)+hx2(k)
x2(k+1)＝x2(k)+hfst(x1(k)-v(t),x2(k),r,h)
其中x1(k)、x1(k+1)分别为v(k)在第k步计算和第k+1步计算的信号滤波计算值，x1(k)、x1(k+1)分别为v(k)在第k步计算和第k+1步计算的信号微分计算值，r为速度因子，h为滤波因子，fst(·)为最优综合函数，其中fst(·)的计算如下：
d＝rh
d0＝dh
y＝x1(k)+hx2(k)
Figure BDA0002791117470000021
Figure BDA0002791117470000031
Figure BDA0002791117470000032
上述各式中d、d0、y、a0分别为中间过程计算值，sgn(a)为符号函数；当a＞0时，sgn(a)＝1；当a＝0时，sgn(a)＝0；当a＜0时，sgn(a)＝-1；fst即为最优综合函数计算值；根据上述方法将M(k)、W(k)和S(k)分别处理为水煤比统计滤波值m(k)、机组燃料量滤波值w(k)和机组负荷滤波值s(k)。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，将步骤2)所得的水煤比统计滤波值进行时均积分计算，具体如下：
假设计算机离散控制系统采样时间为τ，单位为毫秒；则水煤比统计滤波时均值mf(k)计算如下：
Figure BDA0002791117470000033
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，水煤比统计滤波时均值mf(k)计算约束如下：
根据机组负荷滤波值s(k)进行微分处理，s(k)的微分计算信号为：
Figure BDA0002791117470000034
其中，T为上述F(t)滤波模块的滤波时间常数，取T＝60秒，s为拉普拉斯算子；将s(k)的微分计算信号与1进行比较，当s(k)的微分计算信号小于1时，切换块的输入值为m(k)，当s(k)的微分计算信号大于1时，切换块的输入值为其输出值，即切换块自保持，防止在机组负荷变化过程中，水煤比调节失配，造成mf(k)统计产生误差。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，水煤比滤波时均值和机组燃料量计算超临界机组给水流量，如下：
计算离散控制系统中第k步计算的超临界机组给水流量Q(k)为：
Q(k)＝mf(k)·w(k)。
本发明进一步的改进在于，步骤5)中，将计算的超临界机组给水流量Q(k)利用稳态煤量给水流量分段函数和稳态负荷给水流量分段函数建立约束条件如下：
(1)机组负荷滤波值s(k)经函数发生器F1(x)得到稳态给水流量计算值，其中F1(x)为线性函数，其表达形式为y1＝a1+b1·x1，其中x1、y1为函数发生器F1(x)的形参，而a1、b1则为函数发生器F1(x)的线性函数参数，其值可通过DCS历史数据库中稳态负荷工况下，导出机组负荷值和给水流量值，进行线性拟合得到；
(2)将拟合得到的机组负荷—给水流量值与A1值进行大值选取，拟合得到机组负荷—给水流量大值选取值，A1为机组给水流量最低保护值；
(3)机组燃料量滤波值w(k)经函数发生器F2(x)得到稳态给水流量计算值，其中F2(x)为线性函数，其表达形式为y2＝a2+b2·x2，其中x2、y2为函数发生器F2(x)的形参，而a2、b2则为函数发生器F2(x)的线性函数参数，其值可通过DCS历史数据库中稳态负荷工况下，导出机组燃料量和给水流量值，进行线性拟合得到；
(4)将拟合得到的机组燃料量—给水流量值与A1值进行大值选取，得到机组燃料量—给水流量大值选取值；
(5)将机组负荷—给水流量大值选取值与系数A2进行相乘，将机组燃料量—给水流量大值选取值与(1-A2)进行相乘，并将两个相乘的值进一步进行相加，得到机组基本给水流量值，其中A2为可调节系数，其取值范围为[0,1]；
(6)将机组给水流量值Q(k)与(机组基本给水流量值-50)进行大值选取，同时将该选取的大值与(机组基本给水流量值+50)进行小值选取，最终得到机组自适应给水流量值q(k)。
相对于现有技术，本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提出首先根据机组水煤比实时统计数据进行滤波处理，其次根据滤波后的水煤比统计数据进行时均积分计算，再次根据时均计算的水煤比系数与机组燃料量相乘得到机组未约束前的给水流量，并根据机组负荷滤波值、机组燃料量滤波值和DCS系统历史数据库运行记录参数进行线性拟合，得到稳态负荷工况下的机组负荷—给水流量线性模型和机组燃料量—给水流量线性模型，并根据两个线性模型和未约束线的给水流量值建立给水流量进一步的约束模型，最终得到机组自适应给水流量值。
附图说明
图1为水煤比统计滤波值进行时均积分计算逻辑图。
图2为水煤比统计滤波时均值计算约束逻辑图。
图3为机组自适应给水流量计算逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，以1000MW超超临界机组为例，进行具体说明，包括以下步骤：
1、超临界机组水煤比实时计算数据、超临界机组燃料量和超临界机组实际运行负荷的采集与处理；
2、将步骤1)采集的超临界机组水煤比实时统计值M(k)、超临界机组燃料量W(k)和超临界机组实际运行负荷S(k)信号处理，如下：
其中k为计算机离散控制系统中的采样值，假设v(k)为上述任意三个变量之一在计算机离散控制系统中第k步被采集的实时数据，则对v(k)的计算处理如下：
x1(k+1)＝x1(k)+hx2(k)
x2(k+1)＝x2(k)+hfst(x1(k)-v(t),x2(k),r,h)
其中x1(k)、x1(k+1)分别为v(k)在第k步计算和第k+1步计算的信号滤波计算值，x1(k)、x1(k+1)分别为v(k)在第k步计算和第k+1步计算的信号微分计算值，r为速度因子，取r＝100，h为滤波因子，取h＝12，fst(·)为最优综合函数。其中fst(·)的计算如下：
d＝rh
d0＝dh
y＝x1(k)+hx2(k)
Figure BDA0002791117470000061
Figure BDA0002791117470000062
Figure BDA0002791117470000063
上述各式中d、d0、y、a0分别为中间过程计算值，sgn(a)为符号函数。当a＞0时，sgn(a)＝1；当a＝0时，sgn(a)＝0；当a＜0时，sgn(a)＝-1；fst即为最优综合函数计算值。根据上述方法将M(k)、W(k)和S(k)分别处理为水煤比统计滤波值m(k)、机组燃料量滤波值w(k)和机组负荷滤波值s(k)。
3、将步骤2)中所的得到的水煤比统计滤波值进行时均积分计算，具体如下：
假设计算机离散控制系统采样时间为τ，单位为毫秒，一般性τ＝200；则水煤比统计滤波时均值mf(k)计算如下：
Figure BDA0002791117470000064
将上述计算式转变为计算机离散控制系统的计算逻辑图，如图1所示：
上图即为mf(k)计算逻辑表达式，其中图中的PID模块为比例积分微分计算模块，而在本逻辑计算中，将该模块的比例和微分作用禁止，只保留积分计算功能，该模块的积分时间长度为3600s。
4、将步骤3)中所得到的水煤比统计滤波时均值mf(k)计算约束如下：
如图2所示，以离散控制系统的计算逻辑图进行说明：
根据机组负荷滤波值s(k)进行微分处理，微分处理原理如上述逻辑图所示，s(k)的微分计算信号为：
Figure BDA0002791117470000071
其中，T为上述F(t)滤波模块的滤波时间常数，取T＝60秒，s为拉普拉斯算子。将s(k)的微分计算信号与1进行比较，当s(k)的微分计算信号小于1时，图中切换块的输入值为m(k)，当s(k)的微分计算信号大于1时，图中切换块的输入值为其输出值，即切换块自保持，防止在机组负荷变化过程中，水煤比调节失配，造成mf(k)统计产生误差。
5、将步骤4)中所得到的水煤比滤波时均值与机组燃料量计算超临界机组给水流量，如下：
计算离散控制系统中第k步计算的超临界机组给水流量Q(k)为：
Q(k)＝mf(k)·w(k)
6、将步骤5)中，所计算的超临界机组给水流量Q(k)利用稳态煤量给水流量分段函数和稳态负荷给水流量分段函数建立约束条件如下：
以离散控制系统计算的逻辑图进行说明：
(1)机组负荷滤波值s(k)经函数发生器F1(x)得到稳态给水流量计算值，其中F1(x)为线性函数，其表达形式为y1＝a1+b1·x1，其中x1、y1为函数发生器F1(x)的形参，而a1、b1则为函数发生器F1(x)的线性函数参数，其值可通过DCS历史数据库中稳态负荷工况下，导出机组负荷值和给水流量值，进行线性拟合得到，一般性a1＝12.54、b1＝2.631；
(2)将拟合得到的机组负荷—给水流量值与A1值进行大值选取，拟合得到机组负荷—给水流量大值选取值，A1为机组给水流量最低保护值，一般性A1＝900；
(3)机组燃料量滤波值w(k)经函数发生器F2(x)得到稳态给水流量计算值，其中F2(x)为线性函数，其表达形式为y2＝a2+b2·x2，其中x2、y2为函数发生器F2(x)的形参，而a2、b2则为函数发生器F2(x)的线性函数参数，其值可通过DCS历史数据库中稳态负荷工况下，导出机组燃料量和给水流量值，进行线性拟合得到，一般性a2＝-75.1、b2＝7.1675；
(4)将拟合得到的机组燃料量—给水流量值与A1值进行大值选取，得到机组燃料量—给水流量大值选取值；
(5)将机组负荷—给水流量大值选取值与系数A2进行相乘，将机组燃料量—给水流量大值选取值与(1-A2)进行相乘，并将两个相乘的值进一步进行相加，得到机组基本给水流量值，其中A2为可调节系数，其取值范围为[0,1]，一般取A2＝0.25；
(6)将机组给水流量值Q(k)与(机组基本给水流量值-50)进行大值选取，同时将该选取的大值与(机组基本给水流量值+50)进行小值选取，最终得到机组自适应给水流量值q(k)，如图3所示；
采用上述方法和基本参数可使机组给水流量在全程控制范围内实现自适应。

Claims (5)

1.一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)超临界机组水煤比实时计算数据、超临界机组燃料量和超临界机组实际运行负荷的采集与处理；
2)将步骤1)采集的超临界机组水煤比实时统计值M(k)、超临界机组燃料量W(k)和超临界机组实际运行负荷S(k)信号处理，如下：
其中k为计算机离散控制系统中的采样值，假设v(k)为上述任意三个变量之一在计算机离散控制系统中第k步被采集的实时数据，则对v(k)的计算处理如下：
x1(k+1)＝x1(k)+hx2(k)
x2(k+1)＝x2(k)+hfst(x1(k)-v(t)，x2(k)，r，h)
其中x1(k)、x1(k+1)分别为v(k)在第k步计算和第k+1步计算的信号滤波计算值，x1(k)、x1(k+1)分别为v(k)在第k步计算和第k+1步计算的信号微分计算值，r为速度因子，h为滤波因子，fst(·)为最优综合函数，其中fst(·)的计算如下：
d＝rh
d0＝dh
y＝x1(k)+hx2(k)
Figure FDA0003967875640000011
Figure FDA0003967875640000012
Figure FDA0003967875640000013
上述各式中d、d0、y、a0分别为中间过程计算值，sgn(a)为符号函数；当a＞0时，sgn(a)＝1；当a＝0时，sgn(a)＝0；当a＜0时，sgn(a)＝-1；fst即为最优综合函数计算值；根据上述方法将M(k)、W(k)和S(k)分别处理为水煤比统计滤波值m(k)、机组燃料量滤波值w(k)和机组负荷滤波值s(k)；
3)对步骤2)中水煤比实时时均积分计算构建约束条件；具体如下：
假设计算机离散控制系统采样时间为τ，单位为毫秒；则水煤比统计滤波时均值mf(k)计算如下：
Figure FDA0003967875640000021
4)根据步骤3)中根据水煤比实时时均积分计算所得到的水煤比滤波时均值和机组燃料量计算超临界机组给水流量；其中，水煤比统计滤波时均值mf(k)计算约束如下：
根据机组负荷滤波值s(k)进行微分处理，s(k)的微分计算信号为：
Figure FDA0003967875640000022
其中，T为F(t)滤波模块的滤波时间常数，S为拉普拉斯算子；将s(k)的微分计算信号与1进行比较，当s(k)的微分计算信号小于1时，切换块的输入值为m(k)，当s(k)的微分计算信号大于1时，切换块的输入值为其输出值，即切换块自保持，防止在机组负荷变化过程中，水煤比调节失配，造成mf(k)统计产生误差；
5)对步骤4)中计算的超临界给水流量，根据DCS控制系统中稳态煤量给水流量分段函数和稳态负荷给水流量分段函数建立约束条件，最终实现超临界机组给水流量自适应控制。
2.根据权利要求1所述的一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，其特征在于，取T＝60秒。
3.根据权利要求1所述的一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，其特征在于，步骤4)中，水煤比滤波时均值和机组燃料量计算超临界机组给水流量，如下：
计算离散控制系统中第k步计算的超临界机组给水流量Q(k)为：
Q(k)＝mf(k)·w(k)。
4.根据权利要求3所述的一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，其特征在于，步骤5)中，将计算的超临界机组给水流量Q(k)利用稳态煤量给水流量分段函数和稳态负荷给水流量分段函数建立约束条件如下：
(1)机组负荷滤波值s(k)经函数发生器F1(x)得到稳态给水流量计算值，其中F1(x)为线性函数，其表达形式为y1＝a1+b1·x1，其中x1、y1为函数发生器F1(x)的形参，而a1、b1则为函数发生器F1(x)的线性函数参数，其值可通过DCS历史数据库中稳态负荷工况下，导出机组负荷值和给水流量值，进行线性拟合得到；
(2)将拟合得到的机组负荷-给水流量值与A1值进行大值选取，拟合得到机组负荷-给水流量大值选取值，A1为机组给水流量最低保护值；
(3)机组燃料量滤波值w(k)经函数发生器F2(x)得到稳态给水流量计算值，其中F2(x)为线性函数，其表达形式为y2＝a2+b2·x2，其中x2、y2为函数发生器F2(x)的形参，而a2、b2则为函数发生器F2(x)的线性函数参数，其值可通过DCS历史数据库中稳态负荷工况下，导出机组燃料量和给水流量值，进行线性拟合得到；
(4)将拟合得到的机组燃料量-给水流量值与A1值进行大值选取，得到机组燃料量-给水流量大值选取值；
(5)将机组负荷-给水流量大值选取值与系数A2进行相乘，将机组燃料量-给水流量大值选取值与(1-A2)进行相乘，并将两个相乘的值进一步进行相加，得到机组基本给水流量值，其中A2为可调节系数，其取值范围为[0，1]；
(6)将机组给水流量值Q(k)与(机组基本给水流量值-50)进行大值选取，同时将该选取的大值与(机组基本给水流量值+50)进行小值选取，最终得到机组自适应给水流量值q(k)。
5.根据权利要求4所述的一种自适应水煤比的超临界机组给水控制方法，其特征在于，可调节系数A2的取值范围为[0，1]。
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Assignee: Huaneng Longdong Energy Co.,Ltd. Zhengning Power Plant

Assignor: Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980052171

Denomination of invention: A self-adaptive water coal ratio based feedwater control method for supercritical units

Granted publication date: 20230124

License type: Common License

Record date: 20231213

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