CN113050410B - 一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统及方法，基于该控制系统，通过检测RB发生前煤质变化系数及给水流量比值修正系数并对煤质变化系数进行优化选择，对RB过程中燃料量设定值及给水流量设定值进行修正，准确的提供RB过程中燃料量设定值及给水流量设定值，达到准确控制燃料量设定值与给水流量设定值下降幅度并保持RB过程中水煤基础配比关系不发生改变的目的，从而解决了因煤质变化导致RB过程中水煤配比关系失调加剧及燃料量设定值和给水流量设定值下降至目标值后水煤基础配比关系处于失调状态的问题。

Description

一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统及方法
技术领域
本发明涉及超超临界燃煤发电机组技术领域，特别涉及一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统及方法。
背景技术
水煤配比的合理性直接影响超超临界机组运行安全性，水煤配比关系控制不当将会引起锅炉受热面超温、主蒸汽温度过高或过低等后果，导致机组被迫停机，严重时造成设备损坏，带来巨大的经济损失。超超临界机组广泛采用间接能量平衡为基础的锅炉跟随控制策略，水煤配比控制采用以燃料量为基础，通过修正给水流量调整水煤配比关系的“水跟煤”控制方法，或以给水流量为基础，通过修正燃料量调整水煤配比关系的“煤跟水”控制方法，其中调整给水流量或燃料量的控制回路称之为“水煤比”调节回路。
现有技术水煤配比关系控制方案为：锅炉主控给出基础的燃料量设定值及给水流量设定值，以中间点温度或过热度作为水煤配比关系失调的观测量，通过PID闭环调节修正燃料量或给水流量，修正方法为将“水煤比”调节输出与基础的燃料量设定值或给水流量设定值进行叠加。
煤质变化引起的入炉热量变化是导致水煤配比关系失调的主要原因。煤质变化后，为保证锅炉出力与机组实际出力平衡，锅炉主控指令与机组实际出力会产生较大偏差，导致RB动作时锅炉主控下降幅度偏离RB需求下降幅度。煤质变化同时引起“水煤比”调节回路输出偏离合理范围，采用现有水煤比调节技术的叠加修正控制方法，一方面引起燃料量设定值和给水流量设定值同步下降过程中水煤配比关系失调加剧，另一方面导致燃料量和给水流量设定值下降至目标值后，水煤基础配比关系处于失调状态，容易引起RB动作时中间点温度或过热度大幅度偏离需求范围，影响机组安全运行。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统及方法，通过检测RB发生前煤质变化系数及给水流量比值修正系数，对RB过程中燃料量设定值及给水流量设定值进行修正，达到准确控制其下降幅度并保持RB过程中水煤基础配比关系不发生改变的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统，包括机组负荷AI输入1，所述机组负荷AI输入1连接第一量纲转换模块7输入，第一量纲转换模块7输出连接第一除法器9除数，第一除法器9被除数与锅炉主控指令AI输入3连接，第一除法器9的输出连接修正系数优选模块10变量输入A，修正系数优选模块10状态输入D与机组稳态运行DI输入5连接，修正系数优选模块10输出连接第一模拟量选择模块11输入N，第一模拟量选择模块11输入Y与第一模拟量选择模块11输出连接，第一模拟量选择模块11选择条件S与RB动作DI输入6连接；
第一模拟量选择模块11输出接第一乘法器12输入，第一乘法器12输入还与第二量纲转换模块8输出连接，第二量纲转换模块8输入与RB负荷设定值AI输入2连接；
第一乘法器12输出连接第二模拟量选择模块13输入Y，第二模拟量选择模块13输入N与锅炉主控指令AI输入3连接，第二模拟量选择模块13选择条件S与RB动作DI输入6连接；
第二模拟量选择模块13输出连接燃料量设定值模块14输入、给水流量设定值模块15输入，燃料量设定值模块14输出连接燃料量设定值AO输出24；给水流量设定值模块15输出连接减法器16减数，减法器16被减数与第二乘法器21输出连接，第二乘法器21输入与第二PID调节器19输出及给水流量设定值模块15输出连接，第二PID调节器19偏差输入ERR与中间点温度偏差AI输入4连接；
减法器16输出连接第一PID调节器18跟踪量输入TR，第一PID调节器18跟踪条件TS与RB动作DI输入6连接，RB动作DI输入6连接逻辑非模块22输入，逻辑非模块22输出连接第二PID调节器19跟踪条件TS，第二PID调节器19跟踪量输入TR与第二除法器17输出连接；
第一PID调节器18偏差输入ERR与中间点温度偏差AI输入4连接，加法器20的输入与第一PID调节器18输出及给水流量设定值模块15输出连接；加法器20输出连接第二除法器17被除数，第二除法器17除数与给水流量设定值模块15输出连接，加法器20输出连接第三模拟量选择模块23输入N，第三模拟量选择模块23输入Y与第二乘法器21输出连接，第三模拟量选择模块23选择条件S与RB动作DI输入6连接，第三模拟量选择模块23输出连接给水流量设定值AO输出25。
所述的修正系数优选模块10采集煤质变化系数a及机组稳态运行工况信号，选取机组稳态运行工况下的煤质变化系数a，并对选取的系数按照设定时长计算平均值并输出优选后煤质变化系数b，RB动作时对优选后的煤质变化系数b进行保持并输出RB工况煤质变化系数c。
一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制方法，具体控制方法如下：
(1)、对锅炉主控指令与经量纲转换后的机组负荷进行除法计算得到煤质变化系数a，修正系数优选模块10采集煤质变化系数a及机组稳态运行工况信号，选取机组稳态运行工况下的煤质变化系数a，并对选取的系数按照设定时长计算平均值并输出优选后煤质变化系数b，RB动作时对优选后的煤质变化系数b进行保持并输出RB工况煤质变化系数c；
(2)、量纲转换后RB负荷设定值d与RB工况煤质变化系数c进行乘法计算并形成修正后锅炉主控RB设定值e，RB未动作时，最终锅炉主控指令m与锅炉主控指令相等，RB动作时最终锅炉主控指令m与修正后锅炉主控RB设定值e相等；
(3)、最终锅炉主控指令m经燃料量设定值模块计算得出燃料量基础设定值f，经给水流量设定值模块计算得出给水流量基础设定值g，燃料量基础设定值f通过燃料量设定值AO输出送至下一级控制回路，对给水流量基础设定值g按照RB动作或未动作工况分别进行水煤比调节修正，并选择后再通过给水流量设定值AO输出送至下一级控制回路；
(4)、RB未动作时，第一PID调节器接收中间点温度偏差AI输入，经PID计算输出非RB工况水煤比调节指令h，并与给水流量基础设定值g进行加法运算后输出非RB工况给水流量设定值i；RB动作时，第二PID调节器19接收中间点温度偏差AI输入，经PID计算输出RB工况水煤比调节指令j，并与给水流量基础设定值g进行乘法运算后输出RB工况给水流量设定值k；
(5)、RB未动作时，连续计算非RB工况给水流量设定值i与给水流量基础设定值g的比值并输出给水流量比值修正系数i/g，第二PID调节器19转为跟踪状态并将输出RB工况水煤比调节指令j跟踪至与给水流量比值修正系数i/g相等，给水流量基础设定值g与RB工况水煤比调节指令j进行乘法运算后，其输出RB工况给水流量设定值k与非RB工况给水流量设定值i保持相等；RB动作时，连续计算RB工况给水流量设定值k与给水流量基础设定值g的差值并输出给水流量叠加修正值k-g，第一PID调节器18转为跟踪状态并将输出非RB工况水煤比调节指令i跟踪至与给水流量叠加修正值k-g相等，给水流量基础设定值g与给水流量叠加修正值k-g进行加法运算后其输出非RB工况给水流量设定值与RB工况给水流量设定值k相等；无论是RB未动作或是RB动作，非RB工况给水流量设定值、RB工况给水流量设定值及给水流量设定值AO输出三者时刻相等，实现无扰切换；
(6)、RB未动作时，对非RB工况给水流量设定值i与给水流量基础设定值g进行除法运算，得到实时的给水流量比值修正系数i/g；
(7)、非RB工况给水流量设定值i由给水流量基础设定值g与非RB工况水煤比调节指令h通过加法计算叠加形成，RB工况给水流量设定值k由给水流量基础设定值g与RB工况水煤比调节指令j乘法计算相乘形成，RB未动作时，水煤比调节采用叠加控制方式，RB动作时，水煤比调节采用比值控制方式。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统及方法在具体工作时，机组RB未动作期间，能够采集煤质变化系数并对其进行优化选择，同时采集给水流量比值修正系数；机组RB动作时，能够根据煤质变化系数对RB负荷设定值进行修正，根据给水流量比值修正系数对给水流量基础设定值进行比值修正。
通过以上修正，能够准确提供RB过程中燃料量设定值及给水流量设定值，达到准确控制其下降幅度并保持RB过程中水煤基础配比关系不发生改变的目的，从而解决因煤质变化导致RB过程中水煤配比关系失调加剧及燃料量设定值和给水流量设定值达到目标后水煤基础配比关系处于失调状态的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，机组负荷AI输入1、RB负荷设定值AI输入2、锅炉主控指令AI输入3、中间点温度偏差AI输入4、机组稳态运行DI输入5、RB动作DI输入6、第一量纲转换模块7、第二量纲转换模块8、第一除法器9、修正系数优选模块10、第一模拟量选择模块11、第一乘法器12、第二模拟量选择模块13、燃料量设定值模块14、给水流量设定值模块15、减法器16、第二除法器17、第一PID调节器18、第二PID调节器19、加法器20、第二乘法器21、逻辑非模块22、第三模拟量选择模块23、燃料量设定值AO输出24、给水流量设定值AO输出25。
a-煤质变化系数；b-优选后煤质变化系数；c RB工况煤质变化系数；d-量纲转换后RB负荷设定值；e-修正后锅炉主控RB设定值；f-燃料量基础设定值；g-给水流量基础设定值；h-非B工况水煤比调节指令；i-非RB工况给水流量设定值；j-RB工况水煤比调节指令；k-RB工况给水流量设定值；n-最终锅炉主控指令；i/g给水流量比值修正系数；k-g-给水流量疊加修正值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统，包括：机组负荷AI输入1、RB负荷设定值AI输入2、锅炉主控指令AI输入3、中间点温度偏差AI输入4、机组稳态运行DI输入5、RB动作DI输入6、第一量纲转换模块7、第二量纲转换模块8、第一除法器9、修正系数优选模块10、第一模拟量选择模块11、第一乘法器12、第二模拟量选择模块13、燃料量设定值模块14、给水流量设定值模块15、减法器16、第二除法器17、第一PID调节器18、第二PID调节器19、加法器20、第二乘法器21、逻辑非模块22、第三模拟量选择模块23、燃料量设定值AO输出24和给水流量设定值AO输出25。
第一量纲转换模块7输入与机组负荷AI输入1连接，用于将机组负荷转换为与锅炉主控指令同一量纲；第二量纲转换模块8输入与RB负荷设定值AI输入2连接，用于将RB负荷设定值转换为与锅炉主控指令同一量纲；
第一除法器9被除数与锅炉主控指令AI输入3连接，第一除法器9除数与第一量纲转换模块7输出连接；
修正系数优选模块10状态输入D与机组稳态运行DI输入5连接，修正系数优选模块10变量输入A与第一除法器9的输出连接；
第一模拟量选择模块11输入N与修正系数优选模块10输出连接，第一模拟量选择模块11输入Y与第一模拟量选择模块11输出连接，第一模拟量选择模块11选择条件与RB动作DI输入6连接；
第一乘法器12输入与第一模拟量选择模块11输出及第二量纲转换模块8输出连接；
第二模拟量选择模块13输入N与锅炉主控指令AI输入3连接，第二模拟量选择模块13输入Y与第一乘法器12输出连接，第二模拟量选择模块13选择条件与RB动作DI输入6连接；
燃料量设定值模块14输入与第二模拟量选择模块13输出连接，给水流量设定值模块15输入与第二模拟量选择模块13输出连接；
第一PID调节器18偏差输入ERR与中间点温度偏差AI输入4连接，加法器20的输入与第一PID调节器输出及给水流量设定值模块15输出连接；
第二PID调节器19偏差输入ERR与中间点温度偏差AI输入4连接，第二乘法器21输入与第二PID调节器输出及给水流量设定值模块15输出连接；
减法器16被减数与第二乘法器21输出连接，减法器16减数与给水流量设定值模块15输出连接，第一PID调节器18跟踪条件TS与RB动作DI输入6连接，第一PID调节器18跟踪量输入TR与减法器16输出连接；
第二除法器17被除数与加法器20输出连接，第二除法器17除数与给水流量设定值模块15输出连接，逻辑非模块22输入与RB动作DI输入6连接，第二PID调节器19跟踪条件TS与逻辑非模块22输出连接，第二PID调节器19跟踪量输入TR与第二除法器17输出连接；
第三模拟量选择模块23输入N与加法器20输出连接，第三模拟量选择模块23输入Y与第二乘法器21输出连接，第三模拟量选择模块23选择条件与RB动作DI输入6连接；
燃料量设定值AO输出24与燃料量设定值模块14输出连接，给水流量设定值AO输出25与第三模拟量选择模块23输出连接。
所述的修正系数优选模块10采集煤质变化系数a及机组稳态运行工况信号，选取机组稳态运行工况下的煤质变化系数a，并对选取的系数按照设定时长计算平均值并输出优选后煤质变化系数b，RB动作时对优选后的煤质变化系数b进行保持并输出RB工况煤质变化系数c。
一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制方法，包括：煤质变化系数计算及优选保持、采用煤质变化系数对RB负荷设定值进行修正、采用修正后锅炉主控RB设定值计算燃料量基础设定值及给水流量基础设定值、区分RB未动作与RB动作两种工况给水流量设定值计算方法、检测给水流量比值修正系数、给水流量设定值无扰切换、RB动作时水煤比调节由叠加控制切换至比值控制，具体控制方法如下：
(1)、对锅炉主控指令与经量纲转换后的机组负荷进行除法计算得到煤质变化系数a，修正系数优选模块10采集煤质变化系数a及机组稳态运行工况信号，选取机组稳态运行工况下的煤质变化系数a，并对选取的系数按照设定时长计算平均值并输出优选后煤质变化系数b，RB动作时，对优选后的煤质变化系数b进行保持并输出RB工况煤质变化系数c；
(2)、量纲转换后RB负荷设定值d与RB工况煤质变化系数c进行乘法计算并形成修正后锅炉主控RB设定值e，RB未动作时，最终锅炉主控指令m与锅炉主控指令相等，RB动作时，最终锅炉主控指令m与修正后锅炉主控RB设定值e相等；
(3)、最终锅炉主控指令m经燃料量设定值模块计算得出燃料量基础设定值f，经给水流量设定值模块计算得出给水流量基础设定值g，燃料量基础设定值f通过燃料量设定值AO输出送至下一级控制回路，对给水流量基础设定值g按照RB动作或未动作工况分别进行水煤比调节修正，并选择后再通过给水流量设定值AO输出送至下一级控制回路；
(4)、RB未动作时，第一PID调节器接收中间点温度偏差AI输入，经PID计算输出非RB工况水煤比调节指令h，并与给水流量基础设定值g进行加法运算后输出非RB工况给水流量设定值i；RB动作时，第二PID调节器19接收中间点温度偏差AI输入，经PID计算输出RB工况水煤比调节指令j，并与给水流量基础设定值g进行乘法运算后，输出RB工况给水流量设定值k；
(5)、RB未动作时，连续计算非RB工况给水流量设定值i与给水流量基础设定值g的比值并输出给水流量比值修正系数i/g，第二PID调节器19转为跟踪状态并将输出RB工况水煤比调节指令j跟踪至与给水流量比值修正系数i/g相等，给水流量基础设定值g与RB工况水煤比调节指令j进行乘法运算后，其输出RB工况给水流量设定值k与非RB工况给水流量设定值i保持相等；RB动作时，连续计算RB工况给水流量设定值k与给水流量基础设定值g的差值并输出给水流量叠加修正值k-g，第一PID调节器18转为跟踪状态，并将输出非RB工况水煤比调节指令i跟踪至与给水流量叠加修正值k-g相等，给水流量基础设定值g与给水流量叠加修正值k-g进行加法运算后，其输出非RB工况给水流量设定值与RB工况给水流量设定值k相等；无论是RB未动作或是RB动作，非RB工况给水流量设定值、RB工况给水流量设定值及给水流量设定值AO输出三者时刻相等，实现无扰切换；
(6)、RB未动作时，对非RB工况给水流量设定值i与给水流量基础设定值g进行除法运算，得到实时的给水流量比值修正系数i/g；
(7)、非RB工况给水流量设定值i由给水流量基础设定值g与非RB工况水煤比调节指令h通过加法计算叠加形成，RB工况给水流量设定值k由给水流量基础设定值g与RB工况水煤比调节指令j乘法计算相乘形成，RB未动作时，水煤比调节采用叠加控制方式，RB动作时，水煤比调节采用比值控制方式。

Claims (3)

1.一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统，其特征在于，包括机组负荷AI输入(1)，所述机组负荷AI输入(1)连接第一量纲转换模块(7)输入，第一量纲转换模块(7)输出连接第一除法器(9)除数，第一除法器(9)被除数与锅炉主控指令AI输入(3)连接，第一除法器(9)的输出连接修正系数优选模块(10)变量输入A，修正系数优选模块(10)状态输入D与机组稳态运行DI输入(5)连接，修正系数优选模块(10)输出连接第一模拟量选择模块(11)输入N，第一模拟量选择模块(11)输入Y与第一模拟量选择模块(11)输出连接，第一模拟量选择模块(11)选择条件S与RB动作DI输入(6)连接；
第一模拟量选择模块(11)输出连接第一乘法器(12)输入，第一乘法器(12)输入还与第二量纲转换模块(8)输出连接，第二量纲转换模块(8)输入与RB负荷设定值AI输入(2)连接；
第一乘法器(12)输出连接第二模拟量选择模块(13)输入Y，第二模拟量选择模块(13)输入N与锅炉主控指令AI输入(3)连接，第二模拟量选择模块(13)选择条件S与RB动作DI输入(6)连接；
第二模拟量选择模块(13)输出连接燃料量设定值模块(14)输入、给水流量设定值模块(15)输入，燃料量设定值模块(14)输出连接燃料量设定值AO输出(24)；给水流量设定值模块(15)输出连接减法器(16)减数，减法器(16)被减数与第二乘法器(21)输出连接，第二乘法器(21)输入与第二PID调节器(19)输出及给水流量设定值模块(15)输出连接，第二PID调节器(19)偏差输入ERR与中间点温度偏差AI输入(4)连接；
减法器(16)输出连接第一PID调节器(18)跟踪量输入TR，第一PID调节器(18)跟踪条件TS与RB动作DI输入(6)连接，RB动作DI输入(6)连接逻辑非模块(22)输入，逻辑非模块(22)输出连接第二PID调节器(19)跟踪条件TS，第二PID调节器(19)跟踪量输入TR与第二除法器(17)输出连接；
第一PID调节器(18)偏差输入ERR与中间点温度偏差AI输入(4)连接，加法器(20)的输入与第一PID调节器(18)输出及给水流量设定值模块(15)输出连接；加法器(20)输出连接第二除法器(17)被除数，第二除法器(17)除数与给水流量设定值模块(15)输出连接，加法器(20)输出连接第三模拟量选择模块(23)输入N，第三模拟量选择模块(23)输入Y与第二乘法器(21)输出连接，第三模拟量选择模块(23)选择条件S与RB动作DI输入(6)连接，第三模拟量选择模块(23)输出连接给水流量设定值AO输出(25)。
2.根据权利要求1所述的一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统，其特征在于，修正系数优选模块(10)采集煤质变化系数a及机组稳态运行工况信号，选取机组稳态运行工况下的煤质变化系数a，并对选取的系数按照设定时长计算平均值并输出优选后煤质变化系数b，RB动作时对优选后的煤质变化系数b进行保持并输出RB工况煤质变化系数c。
3.基于权利要求1所述的一种辅机故障减负荷过程中水煤配比关系控制系统，其特征在于，
(1)、对锅炉主控指令与经量纲转换后的机组负荷进行除法计算，得到煤质变化系数a，修正系数优选模块(10)采集煤质变化系数a及机组稳态运行工况信号，选取机组稳态运行工况下的煤质变化系数a，并对选取的系数按照设定时长计算平均值并输出优选后煤质变化系数b，RB动作时，对优选后的煤质变化系数b进行保持并输出RB工况煤质变化系数c；
(2)、量纲转换后RB负荷设定值d与RB工况煤质变化系数c进行乘法计算并形成修正后锅炉主控RB设定值e，RB未动作时，最终锅炉主控指令m与锅炉主控指令相等，RB动作时，最终锅炉主控指令m与修正后锅炉主控RB设定值e相等；
(3)、最终锅炉主控指令m经燃料量设定值模块计算得出燃料量基础设定值f，经给水流量设定值模块计算，得出给水流量基础设定值g，燃料量基础设定值f通过燃料量设定值AO输出送至下一级控制回路，对给水流量基础设定值g按照RB动作或未动作工况分别进行水煤比调节修正，并选择后再通过给水流量设定值AO输出送至下一级控制回路；
(4)、RB未动作时，第一PID调节器接收中间点温度偏差AI输入，经PID计算输出非RB工况水煤比调节指令h，并与给水流量基础设定值g进行加法运算后输出非RB工况给水流量设定值i；RB动作时，第二PID调节器(19)接收中间点温度偏差AI输入，经PID计算，输出RB工况水煤比调节指令j，并与给水流量基础设定值g进行乘法运算后输出RB工况给水流量设定值k；
(5)、RB未动作时，连续计算非RB工况给水流量设定值i与给水流量基础设定值g的比值并输出给水流量比值修正系数i/g，第二PID调节器(19)转为跟踪状态并将输出RB工况水煤比调节指令j跟踪至与给水流量比值修正系数i/g相等，给水流量基础设定值g与RB工况水煤比调节指令j进行乘法运算后，其输出RB工况给水流量设定值k与非RB工况给水流量设定值i保持相等；RB动作时，连续计算RB工况给水流量设定值k与给水流量基础设定值g的差值并输出给水流量叠加修正值k-g，第一PID调节器(18)转为跟踪状态并将输出非RB工况水煤比调节指令i跟踪至与给水流量叠加修正值k-g相等，给水流量基础设定值g与给水流量叠加修正值k-g进行加法运算后，其输出非RB工况给水流量设定值与RB工况给水流量设定值k相等；无论是RB未动作或是RB动作，非RB工况给水流量设定值、RB工况给水流量设定值及给水流量设定值AO输出三者时刻相等，实现无扰切换；
(6)、RB未动作时，对非RB工况给水流量设定值i与给水流量基础设定值g进行除法运算，得到实时的给水流量比值修正系数i/g；
(7)、非RB工况给水流量设定值i由给水流量基础设定值g与非RB工况水煤比调节指令h通过加法计算叠加形成，RB工况给水流量设定值k由给水流量基础设定值g与RB工况水煤比调节指令j乘法计算相乘形成，RB未动作时，水煤比调节采用叠加控制方式，RB动作时，水煤比调节采用比值控制方式。
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