CN113464920A - 一种母管蒸汽压力协调控制方法及系统 - Google Patents

一种母管蒸汽压力协调控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种母管蒸汽压力协调控制方法及系统，本发明涉及一种采用母管制运行方式的锅炉母管压力协调控制方法及系统，它为解决各锅炉之间如何合理分配负载的问题，所述方法包括步骤一、获取数据；步骤二、计算调压锅炉的数量；步骤三、判断外扰状态；步骤四、计算总蒸汽流量调整量；步骤五、计算分配系数；步骤六、输出数据；所述系统包括母管协调控制器，母管协调控制器包括信息输入模块、调压锅炉统计模块、外扰判断模块、总蒸汽流量调整量计算模块、分配系数计算模块和信息输出模块；本发明用于合理的分配各锅炉之间的负载。

Description

一种母管蒸汽压力协调控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种采用母管制运行方式的锅炉母管压力协调控制方法及系统。
背景技术
母管制运行方式是指多台锅炉并列运行，锅炉产生的蒸汽都进入主蒸汽母管，汽轮机进汽及其它外供热负荷全部来自主蒸汽母管。当其中一台锅炉出现故障时可直接切除，不影响其他机炉的运行，提高了机组安全性和稳定性。在石油、化工、冶金、制药等行业的自备热电厂及集中供热等行业，广泛采用多台锅炉并列运行方式。
母管制机组的运行是一个复杂的热能过程，为保证机组安全、稳定运行，需要对蒸汽温度、给水流量和母管蒸汽压力等大量参数进行控制，其中尤其以母管蒸汽压力控制最为重要。母管蒸汽压力过高、过低或变化过快都会影响机组的安全稳定运行。母管蒸汽压力过高容易发生爆炸事故，对设备和人身安全带来严重危害。母管蒸汽压力过低将使汽耗和煤耗增大，直接影响发电和供热的经济性,母管蒸汽压力变化过快会使锅炉水循环恶化。
母管上的多个锅炉之间蒸汽压力耦合严重，尤其是只有两个炉进行压力协调时耦合影响更为明显；而且当发生外部负荷扰动时比如汽机因故障等原因快速甩负荷或外网用热装置事故停车等，将引起主蒸汽母管压力参数大幅度波动，造成在网发电机组的经济运行性能下降，影响机组安全运行；现有锅炉均采用固定调压锅炉的做法，没有考虑调压锅炉数量的动态变化，无法长期稳定运行，因此如何合理分配负载就成了棘手的问题。
发明内容
本发明为解决各锅炉之间如何合理分配负载的问题，进而提供一种母管蒸汽压力协调控制方法及系统。
本发明的技术方案是：
一种母管蒸汽压力协调控制方法，包括以下步骤：
步骤一、获取数据；
获取蒸汽母管的蒸汽压力给定值、蒸汽母管的蒸汽压力实测值、每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值、每个锅炉燃烧系统的控制模式和每个锅炉燃烧系统的给煤量实测值；
步骤二、计算调压锅炉的数量；
根据步骤一中获取的每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统的控制模式统计符合条件1的锅炉燃烧系统的数量，所述条件1为：锅炉燃烧系统的控制模式为协调调压模式，且蒸汽流量在运行下限与运行上限之间，将符合条件1的锅炉燃烧系统作为调压锅炉，当调压锅炉的数量少于两台时，不需要进行协调控制，锅炉燃烧系统正常运行，当调压锅炉的数量大于两台时，则需进行协调控制，转入步骤三；
步骤三、判断外扰状态；
根据步骤一中获取的蒸汽母管的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值，利用外扰判断算法计算蒸汽母管的蒸汽压力是否为外扰状态，当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相反时，判断为外扰状态，此时所有锅炉燃烧系统自动调整为前馈补偿方式，获取每个锅炉燃烧系统的外扰前馈状态值，转入步骤四，当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相同时，判断为非外扰状态，所有锅炉燃烧系统正常运行，转入步骤四；
步骤四、计算总蒸汽流量调整量；
根据步骤一中获取的蒸汽母管的蒸汽压力给定值和蒸汽母管的蒸汽压力实测值，利用增量式PID算法和蒸汽母管的蒸汽压力误差计算蒸汽母管总蒸汽流量调整量，转入步骤五；
步骤五、计算分配系数；
根据步骤一中获取的每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统的给煤量实测值，以及步骤四中获取的总蒸汽流量调整量，利用归一化算法计算非归一化分配系数向量B和归一化分配系数A，当||B||≠0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求，当||B||＝0时，表明当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求，将每个锅炉燃烧系统设置为非协调模式，交由司炉手动调节，获取每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统的控制模式给定值；
步骤六、输出数据；
将步骤三中获取的每个锅炉燃烧系统的外扰前馈状态值，以及步骤五中获取的每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统的控制模式给定值发送给每个锅炉燃烧系统。
一种母管蒸汽压力协调控制系统，它包括母管协调控制器，母管协调控制器输出控制信号发送给多个锅炉燃烧系统，每个锅炉燃烧系统输出相应的蒸汽流量到蒸汽母管，母管协调控制器包括信息输入模块、调压锅炉统计模块、外扰判断模块、总蒸汽流量调整量计算模块、分配系数计算模块和信息输出模块；
信息输入模块，同时与每个锅炉燃烧系统和蒸汽母管连接，用于获取蒸汽母管的蒸汽压力给定值、蒸汽母管的蒸汽压力实测值、每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值、每个锅炉燃烧系统的控制模式和每个锅炉燃烧系统的给煤量实测值，并将蒸汽母管的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值发送给外扰判断模块，同时将蒸汽母管的蒸汽压力给定值和蒸汽母管的蒸汽压力实测值发送给总蒸汽流量调整量计算模块，将每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统的给煤量实测值发送给分配系数计算模块；
调压锅炉统计模块，与信息输入模块连接，用于接收信息输入模块发送的每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统的控制模式，根据接收的数据统计符合条件1的锅炉燃烧系统的数量，所述条件1为：锅炉燃烧系统的控制模式为协调调压模式，且蒸汽流量在运行下限与运行上限之间；将符合条件1的锅炉燃烧系统作为调压锅炉，根据调压锅炉的数量判断是否需要进行协调，如需进行协调控制，则将协调指令发送至外扰判断模块，如不需协调控制，则锅炉燃烧系统正常运行；
外扰判断模块，同时与信息输入模块、调压锅炉统计模块和信息输出模块连接，用于接收信息输入模块发送的蒸汽母管的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值，以及调压锅炉统计模块发送的协调指令，根据接收的数据利用外扰判断算法计算蒸汽母管的蒸汽压力是否为外扰状态，并将每个锅炉燃烧系统的外扰前馈状态值发送给信息输出模块；
总蒸汽流量调整量计算模块，同时与信息输入模块、调压锅炉统计模块和分配系数计算模块连接，用于接收信息输入模块发送的蒸汽母管的蒸汽压力给定值和蒸汽母管的蒸汽压力实测值，以及调压锅炉统计模块发送的协调指令，根据接收的数据利用增量式PID算法和蒸汽母管的蒸汽压力误差计算蒸汽母管的总蒸汽流量调整量，并将总蒸汽流量调整量发送给分配系数计算模块；
分配系数计算模块，同时与信息输入模块、总蒸汽流量调整量计算模块和信息输出模块连接，用于接收信息输入模块发送的每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统的给煤量实测值，以及总蒸汽流量调整量计算模块发送的总蒸汽流量调整量，利用归一化算法计算非归一化分配系数向量B和归一化分配系数A，并将每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统的控制模式给定值发送给信息输出模块；
信息输出模块，同时与外扰判断模块、分配系数计算模块和每个锅炉燃烧系统连接，用于接收外扰判断模块发送的每个锅炉燃烧系统的外扰前馈状态值，以及分配系数计算模块发送的每个锅炉燃烧系统的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统的控制模式给定值，并将接收的数据发送给每个锅炉燃烧系统。
有益效果：
本发明从多个锅炉之间存在蒸汽压力耦合问题，外部负荷扰动影响蒸汽压力和固定调压锅炉三方面去解决如何合理分配负载的问题，本发明以母管蒸汽压力为外环控制量，通过调节各锅炉燃烧系统产生的蒸汽流量，实现母管蒸汽压力的稳定控制。本发明通过引入控制模式加权系数，实现参与调压锅炉的动态变化，不用固定某个锅炉作为调压锅炉，特别是当只有两个锅炉进行调压时，可以对控制模式加权系数进行修正，当单个锅炉蒸汽调节满足总蒸汽调整量时使用单炉进行调节，从而能够降低蒸汽压力耦合的影响，本发明通过外扰判断算法计算外扰状态，锅炉通过前馈补偿方式，在机组甩负荷、外网负荷突变时，能够快速调节锅炉燃烧系统克服外扰影响，实现母管压力的稳定或降低其波动幅度，从而合理的分配负载，使锅炉燃烧系统能够长期稳定运行。在实际应用中有效降低了煤耗水平，实现现场机组安全、稳定、经济运行。
附图说明
图1是母管蒸汽压力协调控制系统框图；
图2是母管压力协调控制计算流程图；
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制方法，包括以下步骤：
步骤一、获取数据；
获取蒸汽母管3的蒸汽压力给定值、蒸汽母管3的蒸汽压力实测值、每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值、每个锅炉燃烧系统2的控制模式和每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值；
步骤二、计算调压锅炉的数量；
根据步骤一中获取的每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统2的控制模式统计符合条件1的锅炉燃烧系统2的数量，所述条件1为：锅炉燃烧系统2的控制模式为协调调压模式，且蒸汽流量在运行下限与运行上限之间，将符合条件1的锅炉燃烧系统2作为调压锅炉，当调压锅炉的数量少于两台时，不需要进行协调控制，锅炉燃烧系统2正常运行，当调压锅炉的数量大于两台时，则需进行协调控制，转入步骤三；
步骤三、判断外扰状态；
根据步骤一中获取的蒸汽母管3的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值，利用外扰判断算法计算蒸汽母管3的蒸汽压力是否为外扰状态，当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相反时，判断为外扰状态，此时所有锅炉燃烧系统2自动调整为前馈补偿方式，获取每个锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值，转入步骤四，当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相同时，判断为非外扰状态，所有锅炉燃烧系统2正常运行，转入步骤四；
步骤四、计算总蒸汽流量调整量；
根据步骤一中获取的蒸汽母管3的蒸汽压力给定值和蒸汽母管3的蒸汽压力实测值，利用增量式PID算法和蒸汽母管3的蒸汽压力误差计算蒸汽母管3总蒸汽流量调整量，转入步骤五；
步骤五、计算分配系数；
根据步骤一中获取的每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值，以及步骤四中获取的总蒸汽流量调整量，利用归一化算法计算非归一化分配系数向量B和归一化分配系数A，当||B||≠0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求，当||B||＝0时，表明当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求，将每个锅炉燃烧系统2设置为非协调模式，交由司炉手动调节，获取每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统2的控制模式给定值；
步骤六、输出数据；
将步骤三中获取的每个锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值，以及步骤五中获取的每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统2的控制模式给定值发送给每个锅炉燃烧系统2。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制方法，所述步骤一中蒸汽母管3的蒸汽压力给定值为Psp1；
蒸汽母管3的蒸汽压力实测值为Py1；
锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值为Dy0，
Figure BDA0003152329020000051
Figure BDA0003152329020000052
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值，T为矩阵转置；
锅炉燃烧系统2的控制模式为My0，
Figure BDA0003152329020000053
Figure BDA0003152329020000054
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的控制模式；
锅炉燃烧系统2的给煤量实测值为Cy0，
Figure BDA0003152329020000055
Figure BDA0003152329020000056
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值；
锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值为UFbDis，
Figure BDA0003152329020000061
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值；
锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值为UDsp0，
Figure BDA0003152329020000062
Figure BDA0003152329020000063
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值；
锅炉燃烧系统2的控制模式给定值为UMsp0，
Figure BDA0003152329020000064
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的控制模式给定值，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制方法，所述步骤三中，判断外扰状态的方法为：
Figure BDA0003152329020000065
k为当前时刻；
ε为蒸汽压力外扰判断门限值，比如0.1MPa，具体数值根据实际工程调整；
D为多台锅炉燃烧系统2的总蒸汽流量，计算公式为：
Figure BDA0003152329020000066
当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相反时，判断为外扰状态，外扰状态包括正外扰状态和负外扰状态；锅炉通过前馈补偿方式，在机组甩负荷、外网负荷突变时，能够快速调节锅炉燃烧系统克服外扰影响，实现蒸汽母管3蒸汽压力的稳定，并降低其波动幅度。
UFbDis＝1，为正外扰状态，母管压力突然升高，影响系统安全，应减少母管上蒸汽流量；
UFbDis＝-1，为负外扰状态，母管压力突然降低，降低系统热效率，应增加母管上蒸汽流量；
UFbDis＝0，为无外扰状态，此时为正常工况，多个锅炉燃烧系统2正常运行，其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制方法，所述步骤四中，增量式PID算法和蒸汽母管3的蒸汽压力误差计算总蒸汽流量调整量的方法包括：
δUD(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Ki(e(k))+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)) (3)
其中，δUD(k)表示k时刻的总蒸汽流量调整量；
KP为比例控制系数，具体数值根据工程经验整定得到，如临界比列法或衰减曲线法；
Ki为积分控制系数，具体数值根据工程经验整定得到；
Kd为微分控制系数，具体数值根据工程经验整定得到；
e(k)表示k时刻的蒸汽母管3的蒸汽压力控制误差，
e(k)＝Psp1(k)-Py1(k) (4)
Psp1(k)表示k时刻的蒸汽母管3的蒸汽压力给定值；
Py1(k)表示k时刻的蒸汽母管3的蒸汽压力实测值，其它与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制方法，所述步骤五包括：锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值UDsp0(k)：
UDsp0(k)＝ΔUDsp0(k)+UDsp0(k-1) (5)
其中，UDsp0(k-1)为上一时刻锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值；
ΔUDsp0(k)为上一时刻与当前时刻的锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值的变化量；
ΔUDsp0(k)＝[α1,α2,…,αN]T*δUD(k) (6)
分配系数αi，i＝1,2，…，N，需满足：
Figure BDA0003152329020000071
N为锅炉燃烧系统2的数量；
综合各锅炉燃烧系统2的运行状态计算分配系数，每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量调整量的分配系数向量记为：
A＝[α1,α2,…,αN]T
非归一化分配系数向量：
B＝[β1,β2,…,βN]T
归一化计算：
Figure BDA0003152329020000081
非归一化系数：
Figure BDA0003152329020000082
其中，i＝1,2，…，N；
Figure BDA0003152329020000083
为煤耗特性加权系数；
Figure BDA0003152329020000084
为蒸汽流量裕度加权系数；
Figure BDA0003152329020000085
为控制模式加权系数；
Figure BDA0003152329020000086
其中，T为计算统计周期；
j为控制计算时刻；
单位煤耗产生的蒸汽流量越多，加权系数越大，提高机组经济性能；计算时长不足统计周期T时，煤耗特性加权系数相同；
Figure BDA0003152329020000087
其中，
Figure BDA0003152329020000088
为i号锅炉燃烧系统2蒸汽流量运行上限值；
Figure BDA0003152329020000091
为i号锅炉燃烧系统2蒸汽流量运行下限值；
每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量调整量在总流量调节区间中占比越高，相应的蒸汽流量裕度加权系数越大；
Figure BDA0003152329020000092
其中，
Figure BDA0003152329020000093
表示相应的锅炉燃烧系统2为协调模式；
Figure BDA0003152329020000094
表示相应的锅炉燃烧系统2为非协调模式；
引入控制模式加权系数，可实现参与调压锅炉的动态变化，不用固定某台锅炉燃烧系统2作为调压锅炉，特别是当只有两个锅炉燃烧系统2进行调压时，可以对控制模式加权系数进行修正，当单个锅炉燃烧系统2的蒸汽调节满足总蒸汽调整量时使用单个锅炉燃烧系统2进行调节，从而降低蒸汽压力耦合影响。通过各加权系数相乘得到非归一化分配系数βi，可得非归一化分配系数向量B。
控制模式输出：
Figure BDA0003152329020000095
其中，||B||≠0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求；
||B||＝0表示当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求，将每个锅炉燃烧系统2设置为非协调模式，由司炉手动调节，其它与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制系统，它包括母管协调控制器1，母管协调控制器1输出控制信号发送给多个锅炉燃烧系统2，每个锅炉燃烧系统2输出相应的蒸汽流量到蒸汽母管3，本发明的母管蒸汽压力协调控制系统中，以蒸汽母管3的蒸汽压力为外环控制量，通过调节各锅炉燃烧系统2产生的蒸汽流量，实现蒸汽母管3的蒸汽压力的稳定控制，母管协调控制器1包括信息输入模块、调压锅炉统计模块、外扰判断模块、总蒸汽流量调整量计算模块、分配系数计算模块和信息输出模块；
信息输入模块，同时与每个锅炉燃烧系统2和蒸汽母管3连接，用于获取蒸汽母管3的蒸汽压力给定值、蒸汽母管3的蒸汽压力实测值、每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值、每个锅炉燃烧系统2的控制模式和每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值，便于后续的计算，并将蒸汽母管3的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值发送给外扰判断模块，同时将蒸汽母管3的蒸汽压力给定值和蒸汽母管3的蒸汽压力实测值发送给总蒸汽流量调整量计算模块，将每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值发送给分配系数计算模块。
调压锅炉统计模块，与信息输入模块连接，用于接收信息输入模块发送的每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统2的控制模式，根据接收的数据统计符合条件1的锅炉燃烧系统2的数量，所述条件1为：锅炉燃烧系统2的控制模式为协调调压模式，且蒸汽流量在运行下限与运行上限之间；将符合条件1的锅炉燃烧系统2作为调压锅炉，根据调压锅炉的数量判断是否需要进行协调，如需进行协调控制，则将协调指令发送至外扰判断模块和总蒸汽流量调整量计算模块，如不需协调控制，则锅炉燃烧系统2正常运行。
外扰判断模块，同时与信息输入模块、调压锅炉统计模块和信息输出模块连接，用于接收信息输入模块发送的蒸汽母管3的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值，以及调压锅炉统计模块发送的协调指令，根据接收的数据利用外扰判断算法计算蒸汽母管3的蒸汽压力是否为外扰状态，并将每个锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值发送给信息输出模块。
总蒸汽流量调整量计算模块，同时与信息输入模块、调压锅炉统计模块和分配系数计算模块连接，用于接收信息输入模块发送的蒸汽母管3的蒸汽压力给定值和蒸汽母管3的蒸汽压力实测值，以及调压锅炉统计模块发送的协调指令，因锅炉控制对象具有时变、非线性、滞后特性，无具体数学模型，根据接收的数据采用控制工程中广泛应用的增量式PID算法，利用蒸汽母管3的蒸汽压力误差计算蒸汽母管3的总蒸汽流量调整量，并将总蒸汽流量调整量发送给分配系数计算模块。
分配系数计算模块，同时与信息输入模块、总蒸汽流量调整量计算模块和信息输出模块连接，用于接收信息输入模块发送的每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值，以及总蒸汽流量调整量计算模块发送的总蒸汽流量调整量，利用归一化算法计算非归一化分配系数向量B和归一化分配系数A，并将每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统2的控制模式给定值发送给信息输出模块。
信息输出模块，同时与外扰判断模块、分配系数计算模块和每个锅炉燃烧系统2连接，用于接收外扰判断模块发送的每个锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值，以及分配系数计算模块发送的每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统2的控制模式给定值，并将接收的数据发送给每个锅炉燃烧系统2。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制系统，所述蒸汽母管3的蒸汽压力给定值为Psp1；
蒸汽母管3的蒸汽压力实测值为Py1；
锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值为Dy0，
Figure BDA0003152329020000111
Figure BDA0003152329020000112
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量实测值，T为矩阵转置；
锅炉燃烧系统2的控制模式为My0，
Figure BDA0003152329020000113
Figure BDA0003152329020000114
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的控制模式；
锅炉燃烧系统2的给煤量实测值为Cy0，
Figure BDA0003152329020000115
Figure BDA0003152329020000116
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的给煤量实测值；
锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值为UFbDis，
Figure BDA0003152329020000117
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的外扰前馈状态值；
锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值为UDsp0，
Figure BDA0003152329020000118
Figure BDA0003152329020000119
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值；
锅炉燃烧系统2的控制模式给定值为UMsp0，
Figure BDA00031523290200001110
表示具体到每个锅炉燃烧系统2的控制模式给定值，其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制系统，所述外扰判断模块判断外扰状态的方法为：
Figure BDA00031523290200001111
k为当前时刻；
ε为蒸汽压力外扰判断门限值，比如0.1MPa，具体数值根据实际工程调整；
D为多个锅炉燃烧系统2的总蒸汽流量，计算公式为：
Figure BDA0003152329020000121
当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相反时，判断为外扰状态，外扰状态包括正外扰状态和负外扰状态；锅炉通过前馈补偿方式，在机组甩负荷、外网负荷突变时，能够快速调节锅炉燃烧系统克服外扰影响，实现蒸汽母管3蒸汽压力的稳定，并降低其波动幅度。
UFbDis＝1，为正外扰状态，母管压力突然升高，影响系统安全，应减少母管上蒸汽流量；UFbDis＝-1，为负外扰状态，母管压力突然降低，降低系统热效率，应增加母管上蒸汽流量；
UFbDis＝0，为无外扰状态；此时为正常工况，多个锅炉燃烧系统2正常运行。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制系统，所述总蒸汽流量调整量计算模块中增量式PID算法和蒸汽母管3的蒸汽压力误差计算总蒸汽流量调整量的方法包括：
δUD(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Ki(e(k))+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)) (14)
其中，δUD(k)表示k时刻的总蒸汽流量调整量；
Kp为比例控制系数，具体数值根据工程经验整定得到，如临界比列法或衰减曲线法；
Ki为积分控制系数，具体数值根据工程经验整定得到；
Kd为微分控制系数，具体数值根据工程经验整定得到；
e(k)表示k时刻的蒸汽母管3的蒸汽压力控制误差，
e(k)＝Psp1(k)-Py1(k) (15)
Psp1(k)表示k时刻的蒸汽母管3的蒸汽压力给定值；
Py1(k)表示k时刻的蒸汽母管3的蒸汽压力实测值；其它与具体实施方式六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1和图2说明本实施方式的一种母管蒸汽压力协调控制系统，所述分配系数计算模块包括：
锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值UDsp0(k)：
UDsp0(k)＝ΔUDsp0(k)+UDsp0(k-1) (16)
其中，UDsp0(k-1)为上一时刻锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值；
ΔUDsp0(k)为上一时刻与当前时刻的锅炉燃烧系统2的蒸汽流量给定值的变化量；
ΔUDsp0(k)＝[α1,α2,…,αN]T*δUD(k) (17)
分配系数αi,i＝1,2,…,N，需满足：
Figure BDA0003152329020000131
N为锅炉燃烧系统2的数量；
综合各锅炉燃烧系统2的运行状态计算分配系数，每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量调整量的分配系数向量记为：
A＝[α1,α2,…,αN]T
非归一化分配系数向量：
B＝[β1,β2,…,βN]T
归一化计算：
Figure BDA0003152329020000132
非归一化系数：
Figure BDA0003152329020000133
其中，i＝1,2，…N；
Figure BDA0003152329020000134
为煤耗特性加权系数；
Figure BDA0003152329020000135
为蒸汽流量裕度加权系数；
Figure BDA0003152329020000136
为控制模式加权系数；
Figure BDA0003152329020000141
其中，T为计算统计周期；
j为控制计算时刻；
单位煤耗产生的蒸汽流量越多，加权系数越大，提高机组经济性能；计算时长不足统计周期T时，煤耗特性加权系数相同。
Figure BDA0003152329020000142
其中，
Figure BDA0003152329020000143
为i号锅炉燃烧系统2蒸汽流量运行上限值；
Figure BDA0003152329020000144
为i号锅炉燃烧系统2蒸汽流量运行下限值；
每个锅炉燃烧系统2的蒸汽流量调整量在总流量调节区间中占比越高，相应的蒸汽流量裕度加权系数越大。
Figure BDA0003152329020000145
其中，
Figure BDA0003152329020000146
表示相应的锅炉燃烧系统2为协调模式；
Figure BDA0003152329020000147
表示相应的锅炉燃烧系统2为非协调模式；
引入控制模式加权系数，可实现参与调压锅炉的动态变化，不用固定某台锅炉燃烧系统2作为调压锅炉，特别是当只有两个锅炉燃烧系统2进行调压时，可以对控制模式加权系数进行修正，当单个锅炉燃烧系统2的蒸汽调节满足总蒸汽调整量时使用单个锅炉燃烧系统2进行调节，从而降低蒸汽压力耦合影响。通过各加权系数相乘得到非归一化分配系数βi，可得非归一化分配系数向量B。
控制模式输出：
Figure BDA0003152329020000148
其中，||B||≠0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求，
||B||＝0表示当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求，将各锅炉燃烧系统2的控制模式给定设置为非协调模式，交由司炉手动调节；其它与具体实施方式六、七、八或九相同。

Claims (10)

1.一种母管蒸汽压力协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、获取数据；
获取蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值、蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值、每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值、每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式和每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值；
步骤二、计算调压锅炉的数量；
根据步骤一中获取的每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式统计符合条件1的锅炉燃烧系统(2)的数量，所述条件1为：锅炉燃烧系统(2)的控制模式为协调调压模式，且蒸汽流量在运行下限与运行上限之间，将符合条件1的锅炉燃烧系统(2)作为调压锅炉，当调压锅炉的数量少于两台时，不需要进行协调控制，锅炉燃烧系统(2)正常运行，当调压锅炉的数量大于两台时，则需进行协调控制，转入步骤三；
步骤三、判断外扰状态；
根据步骤一中获取的蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值，利用外扰判断算法计算蒸汽母管(3)的蒸汽压力是否为外扰状态，当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相反时，判断为外扰状态，此时所有锅炉燃烧系统(2)自动调整为前馈补偿方式，获取每个锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值，转入步骤四，当蒸汽流量与蒸汽压力变化方向相同时，判断为非外扰状态，所有锅炉燃烧系统(2)正常运行，转入步骤四；
步骤四、计算总蒸汽流量调整量；
根据步骤一中获取的蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值和蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值，利用增量式PID算法和蒸汽母管(3)的蒸汽压力误差计算蒸汽母管(3)总蒸汽流量调整量，转入步骤五；
步骤五、计算分配系数；
根据步骤一中获取的每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值，以及步骤四中获取的总蒸汽流量调整量，利用归一化算法计算非归一化分配系数向量B和归一化分配系数A，当||B||≠0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求，当||B||＝0时，表明当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求，将每个锅炉燃烧系统(2)设置为非协调模式，交由司炉手动调节，获取每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值；
步骤六、输出数据；
将步骤三中获取的每个锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值，以及步骤五中获取的每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值发送给每个锅炉燃烧系统(2)。
2.根据权利要求1所述一种母管蒸汽压力协调控制方法，其特征在于：所述步骤一中蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值为Psp1；
蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值为Py1；
锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值为Dy0，
Figure FDA0003152329010000021
Figure FDA0003152329010000022
Figure FDA0003152329010000023
Figure FDA0003152329010000024
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值，T为矩阵转置；
锅炉燃烧系统(2)的控制模式为My0，
Figure FDA0003152329010000025
Figure FDA0003152329010000026
Figure FDA0003152329010000027
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式；
锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值为Cy0，
Figure FDA0003152329010000028
Figure FDA0003152329010000029
Figure FDA00031523290100000210
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值；
锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值为UFbDis，
Figure FDA00031523290100000211
Figure FDA00031523290100000212
Figure FDA00031523290100000213
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值；
锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值为UDsp0，
Figure FDA00031523290100000214
Figure FDA00031523290100000215
Figure FDA00031523290100000216
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值；
锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值为UMsp0，
Figure FDA00031523290100000217
Figure FDA00031523290100000218
Figure FDA00031523290100000219
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值。
3.根据权利要求2所述一种母管蒸汽压力协调控制方法，其特征在于：所述步骤三中，判断外扰状态的方法为：
Figure FDA00031523290100000220
k为当前时刻；
ε为蒸汽压力外扰判断门限值；
D为多台锅炉燃烧系统(2)的总蒸汽流量，计算公式为：
Figure FDA0003152329010000031
外扰状态包括正外扰状态和负外扰状态；
UFbDis＝1，为正外扰状态；
UFbDis＝-1，为负外扰状态；
UFbDis＝0，为无外扰状态。
4.根据权利要求2所述一种母管蒸汽压力协调控制方法，其特征在于：所述步骤四中，增量式PID算法和蒸汽母管(3)的蒸汽压力误差计算总蒸汽流量调整量的方法包括：
δUD(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Ki(e(k))+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)) (3)
其中，δUD(k)表示k时刻的总蒸汽流量调整量；
KP为比例控制系数；
Ki为积分控制系数；
Kd为微分控制系数；
e(k)表示k时刻的蒸汽母管(3)的蒸汽压力控制误差，
e(k)＝Psp1(k)-Py1(k) (4)
Psp1(k)表示k时刻的蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值；
Py1(k)表示k时刻的蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值。
5.根据权利要求2所述一种母管蒸汽压力协调控制方法，其特征在于：所述步骤五包括：
锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值UDsp0(k)：
UDsp0(k)＝ΔUDsp0(k)+UDsp0(k-1) (5)
其中，UDsp0(k-1)为上一时刻锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值；
ΔUDsp0(k)为上一时刻与当前时刻的锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值的变化量；
ΔUDsp0(k)＝[α1,α2,…,αN]T*δUD(k) (6)
分配系数αi，i＝1,2，…，N，需满足：
Figure FDA0003152329010000041
N为锅炉燃烧系统(2)的数量；
综合各锅炉燃烧系统(2)的运行状态计算分配系数，每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量调整量的分配系数向量记为：
A＝[α1,α2,…,αN]T
非归一化分配系数向量：
B＝[β1,β2,…,βN]T
归一化计算：
Figure FDA0003152329010000042
非归一化系数：
Figure FDA0003152329010000043
其中，i＝1,2，…，N；
Figure FDA0003152329010000044
为煤耗特性加权系数；
Figure FDA0003152329010000045
为蒸汽流量裕度加权系数；
Figure FDA0003152329010000046
为控制模式加权系数；
Figure FDA0003152329010000047
其中，T为计算统计周期；
j为控制计算时刻；
Figure FDA0003152329010000051
其中，
Figure FDA0003152329010000052
为i号锅炉燃烧系统(2)蒸汽流量运行上限值；
Figure FDA0003152329010000053
为i号锅炉燃烧系统(2)蒸汽流量运行下限值；
Figure FDA0003152329010000054
其中，
Figure FDA0003152329010000055
表示相应的锅炉燃烧系统(2)为协调模式；
Figure FDA0003152329010000056
表示相应的锅炉燃烧系统(2)为非协调模式；
控制模式输出：
Figure FDA0003152329010000057
其中，||B||≠0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求；
||B||＝0表示当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求，将每个锅炉燃烧系统(2)设置为非协调模式，由司炉手动调节。
6.一种母管蒸汽压力协调控制系统，它包括母管协调控制器(1)，母管协调控制器(1)输出控制信号发送给多个锅炉燃烧系统(2)，每个锅炉燃烧系统(2)输出相应的蒸汽流量到蒸汽母管(3)，其特征在于：
母管协调控制器(1)包括信息输入模块、调压锅炉统计模块、外扰判断模块、总蒸汽流量调整量计算模块、分配系数计算模块和信息输出模块；
信息输入模块，同时与每个锅炉燃烧系统(2)和蒸汽母管(3)连接，用于获取蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值、蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值、每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值、每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式和每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值，并将蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值发送给外扰判断模块，同时将蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值和蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值发送给总蒸汽流量调整量计算模块，将每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值发送给分配系数计算模块；
调压锅炉统计模块，与信息输入模块连接，用于接收信息输入模块发送的每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式，根据接收的数据统计符合条件1的锅炉燃烧系统(2)的数量，所述条件1为：锅炉燃烧系统(2)的控制模式为协调调压模式，且蒸汽流量在运行下限与运行上限之间；将符合条件1的锅炉燃烧系统(2)作为调压锅炉，根据调压锅炉的数量判断是否需要进行协调，如需进行协调控制，则将协调指令发送至外扰判断模块和总蒸汽流量调整量计算模块，如不需协调控制，则锅炉燃烧系统(2)正常运行；
外扰判断模块，同时与信息输入模块、调压锅炉统计模块和信息输出模块连接，用于接收信息输入模块发送的蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值，以及调压锅炉统计模块发送的协调指令，根据接收的数据利用外扰判断算法计算蒸汽母管(3)的蒸汽压力是否为外扰状态，并将每个锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值发送给信息输出模块；
总蒸汽流量调整量计算模块，同时与信息输入模块、调压锅炉统计模块和分配系数计算模块连接，用于接收信息输入模块发送的蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值和蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值，以及调压锅炉统计模块发送的协调指令，根据接收的数据利用增量式PID算法和蒸汽母管(3)的蒸汽压力误差计算蒸汽母管(3)的总蒸汽流量调整量，并将总蒸汽流量调整量发送给分配系数计算模块；
分配系数计算模块，同时与信息输入模块、总蒸汽流量调整量计算模块和信息输出模块连接，用于接收信息输入模块发送的每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值和每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值，以及总蒸汽流量调整量计算模块发送的总蒸汽流量调整量，利用归一化算法计算非归一化分配系数向量B和归一化分配系数A，并将每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值发送给信息输出模块；
信息输出模块，同时与外扰判断模块、分配系数计算模块和每个锅炉燃烧系统(2)连接，用于接收外扰判断模块发送的每个锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值，以及分配系数计算模块发送的每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值和每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值，并将接收的数据发送给每个锅炉燃烧系统(2)。
7.根据权利要求6所述一种母管蒸汽压力协调控制系统，其特征在于：
蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值为Psp1；
蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值为Py1；
锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值为Dy0，
Figure FDA0003152329010000071
Figure FDA0003152329010000072
Figure FDA0003152329010000073
Figure FDA0003152329010000074
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量实测值，T为矩阵转置；
锅炉燃烧系统(2)的控制模式为My0，
Figure FDA0003152329010000075
Figure FDA0003152329010000076
Figure FDA0003152329010000077
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式；
锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值为Cy0，
Figure FDA0003152329010000078
Figure FDA0003152329010000079
Figure FDA00031523290100000710
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的给煤量实测值；
锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值为UFbDis，
Figure FDA00031523290100000711
Figure FDA00031523290100000712
Figure FDA00031523290100000713
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的外扰前馈状态值；
锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值为UDsp0，
Figure FDA00031523290100000714
Figure FDA00031523290100000715
Figure FDA00031523290100000716
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值；
锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值为UMsp0，
Figure FDA00031523290100000717
Figure FDA00031523290100000718
Figure FDA00031523290100000719
表示具体到每个锅炉燃烧系统(2)的控制模式给定值。
8.根据权利要求7所述一种母管蒸汽压力协调控制系统，其特征在于：所述外扰判断模块判断外扰状态的方法为：
Figure FDA00031523290100000720
k为当前时刻；
ε为蒸汽压力外扰判断门限值；
D为多台锅炉燃烧系统(2)的总蒸汽流量，计算公式为：
Figure FDA00031523290100000721
外扰状态包括正外扰状态和负外扰状态；
UFbDis＝1，为正外扰状态；
UFbDis＝-1，为负外扰状态；
UFbDis＝0，为无外扰状态。
9.根据权利要求7所述一种母管蒸汽压力协调控制系统，其特征在于：所述总蒸汽流量调整量计算模块中增量式PID算法和蒸汽母管(3)的蒸汽压力误差计算总蒸汽流量调整量的方法包括：
δUD(k)＝Kp(e(k)-e(k-1))+Ki(e(k))+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2)) (14)
其中，δUD(k)表示k时刻的总蒸汽流量调整量；
Kp为比例控制系数；
Ki为积分控制系数；
Kd为微分控制系数；
e(k)表示k时刻的蒸汽母管(3)的蒸汽压力控制误差，
e(k)＝Psp1(k)-Py1(k) (15)
Psp1(k)表示k时刻的蒸汽母管(3)的蒸汽压力给定值；
Py1(k)表示k时刻的蒸汽母管(3)的蒸汽压力实测值。
10.根据权利要求9所述一种母管蒸汽压力协调控制系统，其特征在于：所述分配系数计算模块包括：
锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值UDsp0(k)：
UDsp0(k)＝ΔUDsp0(k)+UDsp0(k-1) (16)
其中，UDsp0(k-1)为上一时刻锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值；
ΔUDsp0(k)为上一时刻与当前时刻的锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量给定值的变化量；
ΔUDsp0(k)＝[α1,α2,…,αN]T*δUD(k) (17)
分配系数αi,i＝1,2,…,N，需满足：
Figure FDA0003152329010000081
N为锅炉燃烧系统(2)的数量；
综合各锅炉燃烧系统(2)的运行状态计算分配系数，每个锅炉燃烧系统(2)的蒸汽流量调整量的分配系数向量记为：
A＝[α1,α2,…,αN]T
非归一化分配系数向量：
B＝[β1,β2,…,βN]T
归一化计算：
Figure FDA0003152329010000091
非归一化系数：
Figure FDA0003152329010000092
其中，i＝1,2，…N；
Figure FDA0003152329010000093
为煤耗特性加权系数；
Figure FDA0003152329010000094
为蒸汽流量裕度加权系数；
Figure FDA0003152329010000095
为控制模式加权系数；
Figure FDA0003152329010000096
其中，T为计算统计周期；
j为控制计算时刻；
Figure FDA0003152329010000097
其中，DRHi为i号锅炉燃烧系统(2)蒸汽流量运行上限值；
Figure FDA0003152329010000101
为i号锅炉燃烧系统(2)蒸汽流量运行下限值；
Figure FDA0003152329010000102
其中，
Figure FDA0003152329010000103
表示相应的锅炉燃烧系统(2)为协调模式；
Figure FDA0003152329010000104
表示相应的锅炉燃烧系统(2)为非协调模式；
控制模式输出：
Figure FDA0003152329010000105
其中，||B||＝0表示当前时刻满足蒸汽压力协调需求；
||B||≠0表示当前时刻不能满足蒸汽压力协调需求。
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