CN112947160B - 一种锅炉主控前馈控制方法 - Google Patents

一种锅炉主控前馈控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种锅炉主控前馈控制方法，包括以下步骤：获取电网调度下发的AGC负荷指令，机组协调控制系统生成的机组实际负荷指令、主蒸汽压力设定值，机组实际主蒸汽压力；根据机组实际负荷指令微分数值、AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值，判断机组处于升/降负荷运行工况；在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置动态修正环节对其幅值进行修正；在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置惯性环节，同时根据机组主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值对惯性时间常数进行动态校正。本发明一种锅炉主控前馈控制方法，保证了机组AGC指令频繁小幅度反向变化时的负荷响应能力。

Description

一种锅炉主控前馈控制方法
技术领域
本发明属于火力发电机组协调控制方法技术领域，具体涉及一种锅炉主控前馈控制方法。
背景技术
AGC是一种自动发电的控制系统。按照电网调度规则的控制目标从而将电力负荷指令发送至有关机组或者发电厂，通过对它们的自动控制调节设备进行操控，达到对发电机功率的自动控制目的。
为满足电网AGC相关指标考核要求，目前常规火电机组均在协调控制系统锅炉主控中设计有负荷指令微分前馈作用。通过在AGC指令变化过程中快速调整给煤量达到提高机组负荷响应能力的目的。
近年来，我国新能源持续快速增长，在电网中占比日益提高，逐步进入大规模发展阶段。以光伏、风电、径流式小水电为代表的间歇性能源已在电网大规模接入，此类能源发电的不确定特性使得电网在调频方面临新的挑战。导致火电机组AGC负荷指令频繁变化工况的持续时间日益增加。该工况下AGC指令具有以下特点：
1、AGC指令变化幅度较小，主要为5MW～15MW之间；
2、AGC指令变化间隔时间较短，主要为1min～3min之间；
3、AGC指令频繁出现反向变化的情况。
当发生AGC指令频繁小幅度反向变化的情况时，可能出现以下问题：
1、锅炉主控负荷指令微分前馈频繁反向作用，导致锅炉给煤量长时间大幅波动，容易造成制粉系统发生堵煤、断煤、设备故障跳闸等事故；
2、由于锅炉给煤量大幅波动，导致锅炉风量控制、一次风压控制、给水流量控制等相关随动系统出现震荡现象，严重时可能导致相应设备发生故障跳闸，危及机组运行安全；
3、由于锅炉给煤量大幅波动，导致锅炉主汽温和再热汽温变化剧烈，严重时可能造成锅炉频繁超温，影响锅炉安全经济运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉主控前馈控制方法，解决了现有技术中当发生AGC指令频繁小幅度反向变化时带来的机组安全隐患。
本发明所采用的技术方案是：一种锅炉主控前馈控制方法，包括以下步骤：
步骤1：获取电网调度下发的AGC负荷指令；
步骤2：获取机组协调控制系统生成的机组实际负荷指令；
步骤3：获取机组协调控制系统生成的主蒸汽压力设定值；
步骤4：获取机组实际主蒸汽压力；
步骤5：根据机组实际负荷指令微分数值，同时根据AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值，判断机组处于升负荷运行工况或降负荷运行工况；
步骤6：在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置动态修正环节，当机组处于AGC指令频繁小幅度反向变化工况时对负荷指令微分前馈环节的幅值进行修正；
步骤7：在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置针对机组AGC指令频繁小幅度反向变化工况的惯性环节，同时根据机组主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值对惯性时间常数进行动态校正。
本发明的特点还在于，
步骤5具体为：当机组实际负荷指令微分的数值大于0.1，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于0.1时，判断机组处于升负荷运行工况；当机组实际负荷指令微分的数值小于-0.1，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于-0.1时，判断机组处于降负荷运行工况。
步骤6具体包括以下步骤：
步骤6.1：将机组实际负荷指令与微分环节、第一乘法器、限速环节依次串联，将第一切换模块与第一乘法器连接；
步骤6.2：判断当机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15，下降沿延时3min；
步骤6.3：判断当机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15；
步骤6.4：当步骤6.2和步骤6.3中的条件同时触发时将第一切换模块输出由1.0切换至0.7；
步骤6.5：判断机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15，下降沿延时3min；
步骤6.6：判断机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15；
步骤6.7：当步骤6.5和步骤6.6中的条件同时触发时将第一切换模块输出由1.0切换至0.7。
步骤7具体包括以下步骤：
步骤7.1：将限速环节与惯性环节连接，输出形成锅炉主控负荷指令微分前馈；
步骤7.2：将主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值，与函数发生器连接，将函数发生器输出送至第二乘法器，与60相乘形成惯性时间常数，惯性时间常数与第二切换模块、惯性环节依次串联连接；
步骤7.3：判断当机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15，下降沿延时3min；
步骤7.4：判断当机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15；
步骤7.5：当步骤7.3和步骤7.4中的条件同时触发时将第二切换模块输出由1切换至惯性时间常数；
步骤7.6：判断机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15，下降沿延时3min；
步骤7.7：判断机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15；
步骤7.8：当步骤7.7和步骤7.8中的条件同时触发时将第二切换模块输出由1切换至惯性时间常数。
AGC负荷指令、机组实际负荷指令、主蒸汽压力设定值、实际主蒸汽压力、升负荷运行工况、降负荷运行工况均设置于火力发电机组的DCS控制系统。
本发明的有益效果是：本发明一种锅炉主控前馈控制方法，设计合理、实现方便且使用操作简便、使用效果好，既保证机组AGC指令频繁小幅度反向变化时的负荷响应能力，同时又防止由于锅炉给煤量大幅波动造成自动控制系统调节震荡，相关设备故障导致机组非停等事件的发生。
附图说明
图1是本发明一种锅炉主控前馈控制方法步骤5中判断机组处于升负荷运行工况的逻辑框图；
图2是本发明一种锅炉主控前馈控制方法步骤5中判断机组处于降负荷运行工况的逻辑框图；
图3是本发明一种锅炉主控前馈控制方法中步骤6和步骤7的逻辑框图。
图中，Ⅰ.机组实际负荷指令，Ⅱ.AGC负荷指令，Ⅲ.升负荷运行工况，Ⅳ.降负荷运行工况，Ⅴ.主蒸汽压力设定值，Ⅵ.实际主蒸汽压力，Ⅶ.锅炉主控负荷指令微分前馈。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种锅炉主控前馈控制方法，包括以下步骤：
步骤1：获取电网调度下发的AGC负荷指令；
步骤2：获取机组协调控制系统生成的机组实际负荷指令；
步骤3：获取机组协调控制系统生成的主蒸汽压力设定值；
步骤4：获取机组实际主蒸汽压力；
步骤5：根据机组实际负荷指令微分数值、AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值，判断机组处于升负荷运行工况或降负荷运行工况；
步骤6：在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置动态修正环节，当机组处于AGC指令频繁小幅度反向变化工况时对负荷指令微分前馈环节的幅值进行修正；
步骤7：在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置针对机组AGC指令频繁小幅度反向变化工况的惯性环节，同时根据机组主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值对惯性时间常数进行动态校正。
本实施例中，为实现方便，AGC负荷指令、机组实际负荷指令、主蒸汽压力设定值、实际主蒸汽压力、升负荷运行工况、降负荷运行工况均属于火力发电机组的DCS控制系统。
本发明具体实现方式如下：
(1)从DCS系统获取电网调度下发的AGC负荷指令；
(2)从DCS系统获取机组协调控制系统生成的机组实际负荷指令；
(3)从DCS系统获取机组协调控制系统生成的主蒸汽压力设定值；
(4)从DCS系统获取机组实际主蒸汽压力；
(5)如图1所示，通过DCS控制逻辑将机组实际负荷指令微分的数值、AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值分别和0.1进行比较。当机组实际负荷指令微分的数值大于0.1，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于0.1时，判断机组处于升负荷运行工况；
(6)如图2所示，通过DCS控制逻辑将机组实际负荷指令微分的数值、AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值分别和-0.1进行比较。当机组实际负荷指令微分的数值小于-0.1，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于-0.1时，判断机组处于降负荷运行工况；
(7)如图3所示，在DCS控制逻辑中将机组实际负荷指令与微分环节、第一乘法器、限速环节依次串联，将第一切换模块与第一乘法器连接；
(8)通过DCS控制逻辑判断当机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15，延时3min(下降沿延时)；
(9)通过DCS控制逻辑判断当机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15；
(10)通过DCS控制逻辑判断当(8)、(9)条件同时触发时将第一切换模块输出由1.0切换至0.7，通过改变修正系数减小实际负荷指令微分环节输出的数值；
(11)通过DCS控制逻辑判断机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15，延时3min(下降沿延时)；
(12)通过DCS控制逻辑判断机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15；
(13)通过DCS控制逻辑判断当(11)、(12)条件同时触发时将第一切换模块输出由1.0切换至0.7，通过改变修正系数减小实际负荷指令微分环节输出的数值；
(14)在DCS控制逻辑中将限速环节与惯性环节连接，惯性环节输出形成锅炉主控负荷指令微分前馈；
(15)在DCS控制逻辑中将主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值，与函数发生器连接，将函数发生器输出送至第二乘法器，与60相乘形成惯性时间常数。将惯性时间常数与第二切换模块、惯性环节依次串联连接；
(16)函数发生器的输出数值由主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值确定，取值范围为0.1至1之间。当差值越趋近于0说明实际值偏离设定值越小，此时锅炉主控负荷指令微分前馈的输出量应越平缓，通过函数发生器输出校正使惯性环节的惯性时间常数增大。例如下表所示：
Figure BDA0002921171370000081
(17)通过DCS控制逻辑判断当(8)、(9)条件同时触发时将第二切换模块输出由1切换至惯性时间常数；
(18)通过DCS控制逻辑判断当(11)、(12)条件同时触发时将第二切换模块输出由1切换至惯性时间常数。
通过上述方式，本发明一种锅炉主控前馈控制方法具有以下优点：
1、设计合理、实现方便且投入成本低，使用操作简便，利用现有的DCS控制系统即可实现。
2、当机组处于AGC指令频繁小幅度反向变化工况时，通过对负荷指令微分前馈环节进行幅值修正和惯性环节处理，防止因锅炉给煤量长时间大幅波动导致的自动控制系统调节震荡、相关设备故障、机组重要参数超限引发机组非停事件的发生。
3、根据主蒸汽压力设定值与实际值偏差，对锅炉主控负荷指令微分前馈动作量进行自动校正，提高了前馈作用的动态响应能力。
综上所述，本发明设计合理、实现方便且使用操作简便、使用效果好，既保证机组AGC指令变化时的负荷响应能力，同时又防止由于锅炉给煤量大幅波动造成自动控制系统调节震荡，相关设备故障导致机组非停等事件的发生。

Claims (3)

1.一种锅炉主控前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取电网调度下发的AGC负荷指令；
步骤2：获取机组协调控制系统生成的机组实际负荷指令；
步骤3：获取机组协调控制系统生成的主蒸汽压力设定值；
步骤4：获取机组实际主蒸汽压力；
步骤5：根据机组实际负荷指令微分数值，同时根据AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值，判断机组处于升负荷运行工况或降负荷运行工况；
步骤6：在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置动态修正环节，当机组处于AGC指令频繁小幅度反向变化工况时对负荷指令微分前馈环节的幅值进行修正；具体包括以下步骤：
步骤6.1：将机组实际负荷指令与微分环节、第一乘法器、限速环节依次串联，将第一切换模块与第一乘法器连接；
步骤6.2：判断当机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15，下降沿延时3min；
步骤6.3：判断当机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15；
步骤6.4：当步骤6.2和步骤6.3中的条件同时触发时将第一切换模块输出由1.0切换至0.7；
步骤6.5：判断机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15，下降沿延时3min；
步骤6.6：判断机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15；
步骤6.7：当步骤6.5和步骤6.6中的条件同时触发时将第一切换模块输出由1.0切换至0.7；
步骤7：在协调控制系统锅炉主控的负荷指令微分前馈中设置针对机组AGC指令频繁小幅度反向变化工况的惯性环节，同时根据机组主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值对惯性时间常数进行动态校正；具体包括以下步骤：
步骤7.1：将限速环节与惯性环节连接，输出形成锅炉主控负荷指令微分前馈；
步骤7.2：将主蒸汽压力设定值与实际主蒸汽压力之间差值，与函数发生器连接，将函数发生器输出送至第二乘法器，与60相乘形成惯性时间常数，惯性时间常数与第二切换模块、惯性环节依次串联连接；
步骤7.3：判断当机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15，下降沿延时3min；
步骤7.4：判断当机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15；
步骤7.5：当步骤7.3和步骤7.4中的条件同时触发时将第二切换模块输出由1切换至惯性时间常数；
步骤7.6：判断机组处于降负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于-15，下降沿延时3min；
步骤7.7：判断机组处于升负荷运行工况，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于15；
步骤7.8：当步骤7.7和步骤7.8中的条件同时触发时将第二切换模块输出由1切换至惯性时间常数。
2.如权利要求1所述的一种锅炉主控前馈控制方法，其特征在于，所述步骤5具体为：当机组实际负荷指令微分的数值大于0.1，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值大于0.1时，判断机组处于升负荷运行工况；当机组实际负荷指令微分的数值小于-0.1，且AGC负荷指令与机组实际负荷指令之间差值小于-0.1时，判断机组处于降负荷运行工况。
3.如权利要求1所述的一种锅炉主控前馈控制方法，其特征在于，所述AGC负荷指令、机组实际负荷指令、主蒸汽压力设定值、实际主蒸汽压力、升负荷运行工况、降负荷运行工况均设置于火力发电机组的DCS控制系统。
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Applicant after: Northwest Electric Power Test and Research Institute of China Datang Group Science and Technology Research Institute Co.,Ltd.

Applicant after: SHANXI DATANG INTERNATIONAL YUNGANG CO-GENERATION CO.,LTD.

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Applicant before: Northwest Electric Power Test and Research Institute of China Datang Group Science and Technology Research Institute Co.,Ltd.