CN113110316B - 一种联合循环机组汽机一次调频控制方法 - Google Patents

一种联合循环机组汽机一次调频控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种联合循环机组汽机一次调频控制方法，可用于联合循环机组汽机实际运行过程中的一次调频自动控制。一方面采用闭环控制方式，根据网频偏差动态实时修正热网温度设定值，有效避免热网温度闭环控制对一次调频的反调，确保在该方式下机组的一次调频性能同样具备快速性和精确性；另一方面，综合考虑机组一次调频控制性能，采用一次调频过程动态前馈控制，整体优化一次调频动作过程的控制性能与控制目标，有针对性的满足涉网考核规则要求。本发明可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平，并且实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。

Description

一种联合循环机组汽机一次调频控制方法
技术领域
本发明涉及联合循环机组自动控制技术领域，尤其是一种联合循环机组汽机一次调频控制方法。
背景技术
近年来随着新能源电力和风电的大规模接入，网源结构越来越复杂。为了保证电网安全，各区域电网相继出台了“两个细则”，明确要求上网机组必须具备一次调频功能，并对机组一次调频性能进行严格考核。
联合循环是一种使用多种热力学循环串联来获得更高热效率的方式，燃气-蒸汽联合循环机组是在燃机发电基础上，利用燃机排气排入余热锅炉加热蒸汽，进而驱动汽机联合发电的机组。燃气-蒸汽联合循环发电供热机组由燃机系统、汽机系统和热网系统组成。目前联合循环机组仅燃机具备一次调频功能，由于正常运行时汽机在IPC模式工作，进汽调门始终处于全开状态，无法实现汽机的功率调节，因此不具备汽机的一次调频功能。但对于电网来讲，联合循环机组中燃机及汽机属于各自独立的上网机组，需要同时具备一次调频的能力，并对一次调频的性能进行考核，因此，实现联合循环机组汽机的一次调频功能具有十分重要的意义。
近些年众多研究机构和发电企业对联合循环机组一次调频控制方法的分析研究主要集中在燃机的一次调频控制方法，对汽机一次调频的控制方法鲜有报道。中国专利《一种基于联合循环燃机系统模型的调速方法》（专利申请号CN201410360669.1），提出了联合循环燃机系统模型，在调节系统模型单元中同时采用了前馈控制和PID无差反馈控制，降低了稳态误差，提高系统精度。文献《节能技术》的《燃气轮机联合循环机组一次调频能力分析与优化方法研究》中提出联合循环机组一次调频能力的分析与优化，构建了能够考虑燃气轮机、余热锅炉、汽轮发电机组等主设备出力调节速率限制因素，并且可以兼顾机组运行状态分析的通用燃气-蒸汽联合循环机组一次调频能力分析模型。对不同发电负荷下联合循环机组一次调频能力及其影响因素进行了分析，并提出了通过机组一次调频响应滞后时间补偿、实际转速不等率补偿两种方法来实现机组一次调频能力的优化。
上述专利及文献均是针对联合循环机组中燃机进行一次调频功能的优化，未考虑到汽机的一次调频功能，因此有必要对联合循环机组中汽机的一次调频控制方法进行深入研究，实现联合循环机组汽机的一次调频功能。
发明内容
本发明的目的在于实现联合循环机组汽机的一次调频功能，提出一种在供热方式下的汽机一次调频控制方法，采用闭环控制方式，根据网频偏差动态实时修正供热温度设定值，有效避免热网温度闭环控制对一次调频的反调，同时采用一次调频过程动态前馈控制，确保在该方式下机组的一次调频性能同样具备快速性和精确性，满足电网考核要求。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种联合循环机组汽机一次调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频负荷拉回控制逻辑，用于计算一次调频热网温度设定值修正量Pf；增加一次调频前馈控制逻辑，用于计算一次调频前馈控制量Cf；
第二步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频温度设定值修正量控制回路接口，并将一次调频负荷拉回控制逻辑的输出引入到此回路接口中；在热网温度控制回路组态中增加一次调频前馈控制回路接口，并将一次调频前馈控制逻辑的输出引入到此回路接口中；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定联合循环机组汽机一次调频控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
进一步的，所述一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出；设定值为一次调频动作开始时的机组实际负荷瞬时值MWact与一次调频负荷增量指令MWf之和，被调量过程值为机组实际负荷MW；当一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，切除时间T3可根据机组涉网考核规则设定；出于安全考虑，计算输出经过PID控制器内部限幅后输出Pf，其中上限幅值、下限幅值可根据机组实际需要设定。
进一步的，所述一次调频前馈控制量Cf由负荷-阀位前馈曲线输出值Ff和一次调频前馈控制修正量Kf相乘计算得出；负荷-阀位前馈曲线输出值Ff为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系可根据机组一次调频响应快速性实际需要设定；当一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，切除时间T3可根据机组涉网考核规则设定；一次调频前馈控制修正量Kf由一次调频动作时间判断条件和过程修正增益获得；Kf初始设定为启动增益K0；当一次调频连续动作启动时间T1时，Kf设定为加速增益K1；当一次调频连续动作加速时间T2时，Kf设定为稳定增益K2；其中过程修正增益K0、K1和K2以及延迟时间T1和T2可根据机组涉网考核规则设定。
进一步的，所述一次调频负荷拉回控制逻辑和一次调频前馈控制逻辑中，机组实际负荷MW，一次调频负荷增量指令MWf等模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号均可直接从机组分散控制系统DCS实时数据库中读取；用于计算热网温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，其参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是保证机组在运行过程中满足一次调频性能要求。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）通过调整热网供热调门的开度改变汽机的进汽量，间接调节汽机负荷，实现了联合循环机组汽机的一次调频功能，填补了该技术领域的空白。
（2）不需要进行大量的静态试验，采用闭环控制方式，动态实时修正热网温度设定值，可有效避免热网温度闭环控制对一次调频的反调，确保机组的一次调频性能同样具备快速性和精确性，满足电网考核要求。
（3）采用一次调频过程动态前馈控制，整体优化一次调频动作过程的控制性能与控制目标，有针对性的满足涉网考核规则要求。
（4）可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。
（5）实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。
附图说明
图1是本发明实施例的一次调频控制逻辑图。
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。
本实施例中，一种联合循环机组汽机一次调频控制方法，包括以下步骤：
第一步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频负荷拉回控制逻辑，用于计算一次调频热网温度设定值修正量Pf；增加一次调频前馈控制逻辑，用于计算一次调频前馈控制量Cf；
第二步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频温度设定值修正量控制回路接口，并将一次调频负荷拉回控制逻辑的输出引入到此回路接口中；在热网温度控制回路组态中增加一次调频前馈控制回路接口，并将一次调频前馈控制逻辑的输出引入到此回路接口中；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定联合循环机组汽机一次调频控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
本发明一方面采用闭环控制方式，根据网频偏差动态实时修正热网温度设定值，有效避免热网温度闭环控制对一次调频的反调，确保在该方式下机组的一次调频性能同样具备快速性和精确性；另一方面，采用一次调频过程动态前馈控制，整体优化一次调频动作过程的控制性能与控制目标，有针对性的满足涉网考核规则要求。
本发明算法逻辑图，即本发明实施例的一次调频控制逻辑图，如图1所示。其中：
一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出；设定值为一次调频动作开始时的机组实际负荷瞬时值MWact与一次调频负荷增量指令MWf之和，被调量过程值为机组实际负荷MW；当一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，切除时间T3可根据机组涉网考核规则设定；出于安全考虑，计算输出经过PID控制器内部限幅后输出Pf，其中上限幅值、下限幅值可根据机组实际需要设定。
一次调频前馈控制量Cf由负荷-阀位前馈曲线输出值Ff和一次调频前馈控制修正量Kf相乘计算得出；负荷-阀位前馈曲线输出值Ff为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系可根据机组一次调频响应快速性实际需要设定；当一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，切除时间T3可根据机组涉网考核规则设定；一次调频前馈控制修正量Kf由一次调频动作时间判断条件和过程修正增益获得；Kf初始设定为启动增益K0；当一次调频连续动作启动时间T1时，Kf设定为加速增益K1；当一次调频连续动作加速时间T2时，Kf设定为稳定增益K2；其中过程修正增益K0、K1和K2以及延迟时间T1和T2可根据机组涉网考核规则设定。
如图1所示，一次调频负荷拉回控制逻辑和一次调频前馈控制逻辑中，机组实际负荷MW，一次调频负荷增量指令MWf等模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号均可直接从机组分散控制系统DCS实时数据库中读取；用于计算热网温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，其参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是保证机组在运行过程中满足一次调频性能要求。
下面以某9HA联合循环机组为例，介绍算法参数整定结果。
机组概况：该机组为国内首台9HA联合循环机组（燃机450MW，汽机200MW）。汽轮机数字电液调节系统（DEH）、燃机控制系统（TCS）都采用GE的Mark VI控制系统；DCS采用国电南自的Max-DNA分散控制系统，整套系统包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、旁路控制系统（BPS）等各项控制功能。
一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出，修正量上、下限幅值设定为±5℃。为了避免机组一次调频动作时间过长影响热网温度控制，当机组一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，由于电网一次调频单次考核时间为60秒，因此切除时间T3适当延长，实际设定为70秒。
一次调频前馈控制量Cf由负荷-阀位前馈曲线输出值Ff和一次调频前馈控制修正量Kf相乘计算得出；负荷-阀位前馈曲线输出值Ff为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系设置为（-32MW，+6%）和（+32MW，-6%）。
一次调频前馈控制修正量Kf由一次调频动作时间判断条件和过程修正增益获得。Kf初始设定为启动增益K0；当一次调频连续动作启动时间T1时，Kf设定为加速增益K1；当一次调频连续动作加速时间T2时，Kf设定为稳定增益K2。由于电网既考核一次调频动作前期的响应快速性，又考核一次调频动作后期的稳定精度。因此将一次调频整个动作过程分解为启动阶段、加速阶段和稳定阶段三个过程。在启动阶段，考核要求一次调频3秒内正确动作，因此启动增益K0设定为最大的系数1.6，目的是确保一次调频动作启动瞬间克服系统的迟缓率，启动时间T1设定为3秒；在加速阶段，考核要求一次调频动作15秒时调频幅度应达到理论值的90%，因此加速增益K1设定为较大的系数1.4，该值较K0略小，目的是确保一次调频正确动作后能快速达到调频要求的幅度，但又不对协调控制系统造成过大的扰动，加速时间T2设定为15秒；在稳定阶段，考核要求单次一次调频精度达到25%以内，因此稳定增益K2设定为适当的系数1.2，目的是保证一次调频后期动作平稳，满足考核精度指标。不同的涉网考核规则对一次调频动作过程的要求不尽相同，过程参数可根据实际需要设定，由以上分析可见T1<T2，K0>K1>K2。
机组实际负荷MW，一次调频负荷指令增量等模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号由DCS实时数据库中读取，用于计算温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，比例、积分控制律。完成联合循环机组汽机一次调频控制回路逻辑组态，设定相关过程动态前馈控制参数，将系统投入实际运行，根据机组运行曲线，反复在线整定PID控制器参数，保证机组运行过程中满足一次调频要求。现场调试过程简单，便于工程实现。
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 (2)

1.一种联合循环机组汽机一次调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频负荷拉回控制逻辑，用于计算一次调频热网温度设定值修正量Pf；增加一次调频前馈控制逻辑，用于计算一次调频前馈控制量Cf；
第二步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频温度设定值修正量控制回路接口，并将一次调频负荷拉回控制逻辑的输出引入到此回路接口中；在热网温度控制回路组态中增加一次调频前馈控制回路接口，并将一次调频前馈控制逻辑的输出引入到此回路接口中；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定联合循环机组汽机一次调频控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果；
所述一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出；设定值为一次调频动作开始时的机组实际负荷瞬时值MWact与一次调频负荷增量指令MWf之和，被调量过程值为机组实际负荷MW；当一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，切除时间T3根据机组涉网考核规则设定；出于安全考虑，计算输出经过PID控制器内部限幅后输出Pf，其中上限幅值、下限幅值根据机组实际需要设定；
所述一次调频前馈控制量Cf由负荷-阀位前馈曲线输出值Ff和一次调频前馈控制修正量Kf相乘计算得出；负荷-阀位前馈曲线输出值Ff为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系根据机组一次调频响应快速性实际需要设定；当一次调频连续动作切除时间T3后，一次调频负荷增量指令MWf设定为0，切除时间T3根据机组涉网考核规则设定；一次调频前馈控制修正量Kf由一次调频动作时间判断条件和过程修正增益获得；Kf初始设定为启动增益K0；当一次调频连续动作启动时间T1时，Kf设定为加速增益K1；当一次调频连续动作加速时间T2时，Kf设定为稳定增益K2；其中过程修正增益K0、K1和K2以及延迟时间T1和T2根据机组涉网考核规则设定。
2.根据权利要求1所述的联合循环机组汽机一次调频控制方法，其特征在于，所述一次调频负荷拉回控制逻辑和一次调频前馈控制逻辑中，机组实际负荷MW、一次调频负荷增量指令MWf模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号均直接从机组分散控制系统DCS实时数据库中读取；用于计算热网温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，其参数根据实时曲线在线整定，整定的原则是保证机组在运行过程中满足一次调频性能要求。
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