CN113238589B - 一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法，属于热工自动控制技术领域。该方法在常规锅炉过热汽温减温喷水串级控制系统中增加一个负荷前馈控制。本发明提出负荷前馈控制器结构，并根据燃料量扰动、给水扰动和减温喷水扰动对过热汽温的动态特性，提出了设计负荷前馈控制器参数的方法。应用本发明方法可有效减小机组升降负荷过程中过热汽温偏差，并且设计方法简单、有效，易于工程实现。

Description

一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法

技术领域

本发明属于热工自动控制技术领域，尤其涉及一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法。

背景技术

过热汽温是单元机组一个重要参数。过高的过热汽温会引起蒸汽管道强度下降，甚至导致爆管的发生；过热汽温过低会导致机组的热经济性降低，而且蒸汽进入汽轮机之后有可能出现水击现象，影响汽轮机的安全运行。过热汽温控制品质的优劣影响着机组的经济性与整个机组的安全性。

对于直流锅炉，过热汽温受煤水比影响较大。由于燃料量扰动和给水扰动对过热汽温影响的动态特性差异较大，燃料量扰动的惯性远大于给水扰动的惯性，导致机组在升级负荷时常常出现较大的过热汽温偏差，严重影响机组运行安全。

近年来，随着光伏、风电等新能源的发展，火电机组要承担调峰的任务，机组负荷常常大幅度变化。目前电厂对过热汽温的控制主要采用串级控制，已很难适应机组的调峰要求。

发明内容

针对直流锅炉在机组升降负荷过程中过热汽温偏差较大问题，本发明提出一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法，通过设计负荷前馈控制器的参数控制减小机组升降负荷过程中过热汽温偏差。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法，在过热汽温减温喷水串级控制系统中增加一个负荷前馈控制器，前馈控制器G_F(s)采用如下形式的传递函数：

K_F、T₁和T₂为前馈控制器的参数，机组功率Ne经负荷处理模块处理后的输出Ne'作为前馈控制器的输入，前馈控制器输出与串级控制系统副调节器输出相加；

所述负荷处理模块按如下方法计算模块的输出：

其中，Ne_max、Ne_min分别为机组的最大、最小负荷；

所述前馈控制器G_F(s)的参数设置步骤如下：

步骤1)，将机组负荷控制系统切手动，过热气温、再热汽温控制系统切手动，锅炉燃烧控制系统投自动，并使机组处于稳定状态；

步骤2)，在步骤1)稳定状态下，将机组给煤量阶跃减小额定给煤量的1％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应数据ΔT₁(k)，k＝1，2，…，N，N为采样数据个数；

步骤3)，使机组处于步骤1)稳定状态下，将机组给水量阶跃减小额定给水量的1％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应数据ΔT₂(k)；

步骤4)，计算数据序列ΔT(k)，ΔT(k)＝ΔT₁(k)+ΔT₂(k)，查找数据序列ΔT(k)的最大值和最大值对应的采样时间，分别记为K₀和T₀；计算数据序列DT(k)，其中，k＝1，2，…，N-1，DT(k)＝ΔT(k+1)-ΔT(k)，查找数据序列DT(k)中最大值对应的采样时间，记为T_q；

步骤5)，使机组处于步骤1)稳定状态下，将过热减温喷水调门开度阶跃减小5％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应曲线，并计算该阶跃响应曲线的特征参数τ、T_p和K_p；

τ为滞后时间，其值为阶跃响应曲线上拐点处的切线与横坐标轴的交点值；T_p为时间常数，其值为以阶跃响应曲线上的最大速度，从拐点值变化到最终平衡值所需要的时间；

K_p为稳态增益，其值为过热汽温的变化量稳态值与过热减温喷水调门开度变化量之比；

步骤6)，根据步骤4)和步骤5)的计算结果，按如下方法计算前馈控制器G_F(s)的参数K_F：

按如下方法计算前馈控制器G_F(s)的参数T₁和T₂：

其中，x表示中间变量。

有益效果：采用本发明方法根据燃料量扰动、给水扰动和减温喷水扰动对过热汽温的动态特性，设置过热汽温负荷前馈控制器的参数，能有效减小机组升降负荷过程中的过热汽温偏差，提高机组安全经济运行水平；本发明方法简单易行，易于工程实现。

附图说明

图1为过热汽温控制原理方框图；

图2过程阶跃响应曲线及其特征参数。

具体实施方式

为了更好的说明本发明公开的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施案例做进一步的阐述。

本发明在常规锅炉过热汽温减温喷水串级控制系统中增加一个负荷前馈控制，如图1所示。图中G₂(s)、G₁(s)分别为过热汽温德导前区和惰性区的传递函数，G_c1(s)、G_c2(s)分别为串级控制系统主调节器和副调节器，Y和R分别为过热汽温及其设定值，Y’为导前汽温。

G_F(s)为前馈控制器，采用如下形式的传递函数：

K_F、T₁和T₂为前馈控制器的参数，机组功率Ne经负荷处理模块处理后的输出Ne'作为前馈控制器的输入，前馈控制器输出与串级控制系统副调节器输出相加。

所述负荷处理模块按如下方法计算模块的输出：

其中，Ne_max、Ne_min分别为机组的最大、最小负荷。

所述前馈控制器G_F(s)的参数采用如下方法与步骤确定：

步骤1)，将机组负荷控制系统切手动，过热气温、再热汽温控制系统切手动，锅炉燃烧控制系统投自动，并使机组处于稳定状态；

步骤2)，在步骤1)稳定状态下，将机组给煤量阶跃减小额定给煤量的1％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应数据ΔT₁(k)，k＝1，2，…，N，N为采样数据个数；

步骤3)，使机组处于步骤1)稳定状态下，将机组给水量阶跃减小额定给水量的1％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应数据ΔT₂(k)，k＝1，2，…，N；

步骤4)，计算数据序列ΔT(k)，k＝1，2，…，N，ΔT(k)＝ΔT₁(k)+ΔT₂(k)，查找数据序列ΔT(k)的最大值和最大值对应的采样时间，分别记为K₀和T₀；计算数据序列DT(k)，k＝1，2，…，N-1，DT(k)＝ΔT(k+1)-ΔT(k)，查找数据序列DT(k)中最大值对应的采样时间，记为T_q；

步骤5)，使机组处于步骤1)稳定状态下，将过热减温喷水调门开度阶跃减小5％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温阶跃响应曲线，并计算该阶跃响应曲线的特征参数τ、T_p和K_p，如图2所示，其中τ为滞后时间，其值为阶跃响应曲线上拐点处的切线与横坐标轴的交点值，T_p为时间常数，其值为以阶跃响应曲线上的最大速度，从拐点值变化到最终平衡值所需要的时间，K_p为稳态增益，其值为过热汽温的变化量稳态值与过热减温喷水调门开度变化量之比；

步骤6)，采用步骤4)和步骤5)的计算结果，按如下方法计算前馈控制器G_F(s)的参数K_F：

按如下方法计算前馈控制器G_F(s)的参数T₁和T₂：

其中，x表示中间变量。

下面以某发电有限责任公司1000MW超临界机组采用本发明的前馈控制为例，详细说明本发明内容。基于本应用场景，上述相关参数选为：

负荷处理模块的机组最大、最小负荷取为Ne_max＝1000MW、Ne_min＝0MW；

步骤2)、3)和4)的阶跃响应曲线均在800MW负荷下进行，采样周期取T＝5s，采样个数N＝200；

步骤4)计算得到的参数为：K₀＝0.26、T₀＝235s和T_q＝125s；

步骤5)阶跃响应曲线的特征参数分别为：τ＝149.5s、T_p＝81.2s和K_p＝0.622；

按步骤6)计算的前馈控制器参数为：K_F＝10.2、T₁＝63.2和T₂＝118.3。

采用本发明的方法进行测试，1000MW机组以20MW/min的速率从800MW增加到900MW，机组过热汽温最大动态偏差从12℃降至4.5℃，表明本发明方法可有效提高机组运行的安全性和经济性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种过热汽温负荷前馈控制器参数的设置方法，其特征在于：在过热汽温减温喷水串级控制系统中增加一个负荷前馈控制器，前馈控制器G_F(s)采用如下形式的传递函数：

K_F、T₁和T₂为前馈控制器的参数，机组功率Ne经负荷处理模块处理后的输出Ne'作为前馈控制器的输入，前馈控制器输出与串级控制系统副调节器输出相加；

所述负荷处理模块按如下方法计算模块的输出：

其中，Ne_max、Ne_min分别为机组的最大、最小负荷；

所述前馈控制器G_F(s)的参数设置步骤如下：

步骤1)，将机组负荷控制系统切手动，过热气温、再热汽温控制系统切手动，锅炉燃烧控制系统投自动，并使机组处于稳定状态；

步骤2)，在步骤1)稳定状态下，将机组给煤量阶跃减小额定给煤量的1％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应数据ΔT₁(k)，k＝1，2，…，N，N为采样数据个数；

步骤3)，使机组处于步骤1)稳定状态下，将机组给水量阶跃减小额定给水量的1％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应数据ΔT₂(k)；

步骤4)，计算数据序列ΔT(k)，ΔT(k)＝ΔT₁(k)+ΔT₂(k)，查找数据序列ΔT(k)的最大值和最大值对应的采样时间，分别记为K₀和T₀；计算数据序列DT(k)，其中，k＝1，2，…，N-1，DT(k)＝ΔT(k+1)-ΔT(k)，查找数据序列DT(k)中最大值对应的采样时间，记为T_q；

步骤5)，使机组处于步骤1)稳定状态下，将过热减温喷水调门开度阶跃减小5％，并以T秒为采样周期，采集过热汽温的变化量，获得过热汽温单位阶跃响应曲线，并计算该阶跃响应曲线的特征参数τ、T_p和K_p；

τ为滞后时间，其值为阶跃响应曲线上拐点处的切线与横坐标轴的交点值；T_p为时间常数，其值为以阶跃响应曲线上的最大速度，从拐点值变化到最终平衡值所需要的时间；

K_p为稳态增益，其值为过热汽温的变化量稳态值与过热减温喷水调门开度变化量之比；

步骤6)，根据步骤4)和步骤5)的计算结果，按如下方法计算前馈控制器G_F(s)的参数K_F：

按如下方法计算前馈控制器G_F(s)的参数T₁和T₂：

其中，x表示中间变量。

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