CN112459853B - 一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法，该方法采用基于主汽压力偏差的动态特征，以及负荷指令变化方向的需求，通过动态偏置模型确定汽机指令动态偏置的叠加量，解决负荷响应慢、机组负荷与负荷指令在动态跟踪过程中偏差消除慢、机组负荷指令到达目标负荷后，由于PID输入偏差逐步减小，负荷跟踪至目标负荷缓慢等问题，显著提高机组的AGC负荷响应性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法，属于火力发电厂协调控制领域。
背景技术
随着省调中心对火力发电机组的自动控制要求越来越严格，不但要求电厂的协调控制能够精确的执行AGC的指令，而且要求机组能快速响应AGC的负荷指令并且具有更高的变负荷速率。火电机组在控制特性上汽机具有快速响应负荷需求的特点，采用传统PID控制器能够满足机组负荷跟踪的控制要求，但机组协调控制系统对负荷的动态响应过程中，由于锅炉制粉、燃烧及传热过程的固有的大迟延和大惯性特征，直接影响汽机对负荷的响应。
为了进一步提高汽机对负荷的快速响应要求，一般在汽机负荷控制PID中设置有负荷指令动作前馈，但仍无法满足变工况过程中的负荷响应要求，在欠压升负荷和超压降负荷过中，汽机指令动作，但负荷响应慢、机组负荷与负荷指令在动作过程中偏差消除慢、机组负荷指令到达目标值后，由于PID输入偏差逐步减小，负荷跟踪至目标负荷过程缓慢。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法，在机组工况变化过程中，根据机组的蓄热情况，在保证锅炉工况富裕的前提下，快速提高汽机主控在变负荷期间的动作速率，减小负荷响应时间，并可消除负荷动态跟踪过程中的静态偏差，使机组负荷紧密贴合机组指令；在负荷达到目标负荷时保证适量的超调量，使得机组在整个负荷跟踪过程中保持稍高于机组设定的负荷动作速率。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法，在基于目标负荷P经速率限制后得到的机组负荷指令P1的基础上，叠加动态偏置分量ΔP和一次调频负荷分量PF，得到动态修正汽机负荷指令P2，与机组实发功率P0的偏差经PID闭环控制回路后得到汽机主控指令。
动态偏置分量ΔP是基于负荷指令方向以及主汽压力与主汽压力设定值的偏差的动态特征的模型得到，模型具体如下：
D1：采集机组的机前主汽压力实时值与主汽压力设定值的偏差E、机组负荷指令P1以及机组目标负荷P作为模型函数的输入变量，其中机组目标负荷P与机组指令P1的差值的正负作为确定动态偏置分量ΔP的正负依据，主汽压力偏差E通过模型函数确定动态偏置分量大小；
D2：D1中动态偏置分量ΔP具体为：
根据第一公式组计算得到动态偏置分量ΔP；
所述第一公式组为：ΔP＝LAG[F(P,P1,E),TG]
其中LAG[F(P,P1,E),TG]为一个惯性时间常数可变的惯性环节，其传递函数为
其输入信号为函数F(P,P1,E)，S为拉普拉斯变换算子，TG为设置的可调惯性时间常数，其大小可调整机组负荷响应时间以及负荷到达目标值后的超调量；
D3：D2中第一公式组中函数F(P,P1,E)为一个分段函数，其具体为：
基于主汽压力偏差E的连续分段函数，E的大小决定输出量绝对值的大小，其总的性能为：在增负荷过程中，E在允许动作区间内(大于+4％额定主汽压力)，E绝对值越大，输出值越大；在降负荷过程中，E在允许动作区间内(小于-4％额定主汽压力)，E绝对值越大，输出值越大；其中，sgn(P-P1)为取符号函数，大于0为增负荷，小于0时为减负荷。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：充分挖掘机组的蓄热能力，在保证锅炉工况富裕的前提下，快速提高汽机主控在变负荷期间的动作速率，减小负荷响应时间，并可消除负荷动态跟踪过程中的静态偏差，使机组负荷紧密贴合机组指令；负荷达到目标负荷保证适量的超调量，使得机组在整个负荷跟踪过程中保持稍高于机组设定的负荷动作速率。
附图说明
图1是本发明实施例中控制系统原理框架图；
图2是本发明在实际运行过程中的控制结果图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中，一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法，在基于目标负荷P经速率限制后得到的机组负荷指令P1的基础上，叠加动态偏置分量ΔP和一次调频负荷分量PF，得到动态修正汽机负荷指令P2，与机组实发功率P0的偏差经PID闭环控制回路后得到汽机主控指令。
动态偏置分量ΔP是基于负荷指令方向以及主汽压力与主汽压力设定值的偏差的动态特征的模型得到，模型具体如下：
D1：采集机组的机前主汽压力实时值与主汽压力设定值的偏差E、机组负荷指令P1以及机组目标负荷P作为模型函数的输入变量，其中机组目标负荷P与机组指令P1的差值的正负作为确定动态偏置分量ΔP的正负依据，主汽压力偏差E通过模型函数确定动态偏置分量大小；
D2：D1中动态偏置分量ΔP具体为：
根据第一公式组计算得到动态偏置分量ΔP；
所述第一公式组为：ΔP＝LAG[F(P,P1,E),TG]
其中LAG[F(P,P1,E),TG]为一个惯性时间常数可变的惯性环节，其传递函数为
其输入信号为函数F(P,P1,E)，S为拉普拉斯变换算子，TG为设置的可调惯性时间常数，其大小可调整机组负荷响应时间以及负荷到达目标值后的超调量；
D3：D2中第一公式组中函数F(P,P1,E)为一个分段函数，其具体为：
基于主汽压力偏差E的连续分段函数，E的大小决定输出量绝对值的大小，其总的性能为：在增负荷过程中，E在允许动作区间内(大于+4％额定主汽压力)，E绝对值越大，输出值越大；在降负荷过程中，E在允许动作区间内(小于-4％额定主汽压力)，E绝对值越大，输出值越大；其中，sgn(P-P1)为取符号函数，大于0为增负荷，小于0时为减负荷。
具体的，图1为本发明的系统原理框架图，其中包括目标负荷、负荷指令、主汽压力、主汽压力设定值、一次调频负荷分量作为输入变量。本实施例中的提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法主要分为两部分：动态偏置分量ΔP计算环节和机组负荷PID闭环控制环节。
第一部分：目标负荷P与机组指令P1的差值与±0.01进行比较，大于+0.01判断为增负荷，小于-0.01判断为减负荷，增负荷设置符号系数从0变为+1，减负荷设置符号系数从0变为-1；主汽压力设定值与主汽压力的差值设置为E，分别经过增负荷系数函数F1(x)和减负荷系数函数F2(x)；增负荷符号系数乘以增负荷系数函数F1(x)的输出值作为增负荷过程动态偏置分量目标值，减负荷符号系数乘以减负荷系数函数F2(x)的输出值作为减负荷过程动态偏置分量目标值；两个目标值相加后经过一个惯性环节后的输出即为动态偏置分量ΔP。
第二部分：P1叠加动态偏置分量ΔP和一次调频负荷分量PF后与机组实际负荷P0作差，得到的差值进入汽机主控PID控制器进行计算，得到汽机主控指令。
从图2的数据曲线分析，对比叠加动态偏置分量和未叠加动态偏置分量的负荷动态响应曲线，负荷指令变化后，汽机主控指令比未叠加动态偏置分量时跟快速，机组负荷响应时间缩短，且紧贴负荷指令线，也消除了快达到目标负荷时负荷变化放缓的问题。
现场实际投入运行结果表明，提出的提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法有效地提高机组对AGC负荷指令跟踪速率，缩短了负荷响应时间。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种提高火电机组负荷动态响应性能的汽机控制方法，其特征在于：在基于目标负荷P经速率限制后得到的机组负荷指令P1的基础上，叠加动态偏置分量ΔP和一次调频负荷分量PF，得到动态修正汽机负荷指令P2，与机组实发功率P0的偏差经PID闭环控制回路后得到汽机主控指令；
动态偏置分量ΔP是基于负荷指令方向以及主汽压力与主汽压力设定值的偏差的动态特征的模型得到，模型具体如下：
D1：采集机组的机前主汽压力实时值与主汽压力设定值的偏差E、机组负荷指令P1以及机组目标负荷P作为模型函数的输入变量，其中机组目标负荷P与机组指令P1的差值的正负作为确定动态偏置分量ΔP的正负依据，主汽压力偏差E通过模型函数确定动态偏置分量大小；
D2：D1中动态偏置分量ΔP具体为：
根据第一公式组计算得到动态偏置分量ΔP；
所述第一公式组为：ΔP＝LAG[F(P,P1,E),TG]
其中LAG[F(P,P1,E),TG]为一个惯性时间常数可变的惯性环节，其传递函数为
其输入信号为函数F(P,P1,E)，S为拉普拉斯变换算子，TG为设置的可调惯性时间常数，其大小可调整机组负荷响应时间以及负荷到达目标值后的超调量；
D3：D2中第一公式组中函数F(P,P1,E)为一个分段函数，其具体为：
基于主汽压力偏差E的连续分段函数，E的大小决定输出量绝对值的大小，其总的性能为：在增负荷过程中，E在大于+4％额定主汽压力的动作区间内，E绝对值越大，输出值越大；在降负荷过程中，E在小于-4％额定主汽压力的动作区间内，E绝对值越大，输出值越大；其中，sgn(P-P1)为取符号函数，大于0为增负荷，小于0时为减负荷。
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