CN113805542A - 火电机组高压旁路区间自适应控制方法 - Google Patents

火电机组高压旁路区间自适应控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种火电机组高压旁路区间自适应控制方法。包括：步骤1：在原火电机组高压旁路系统的逻辑组态中增加区间自适应控制回路模块；步骤2：增加升压切换接口，主蒸汽压力设定值由传统PI自整定回路切换至区间自适应控制回路；步骤3：控制系统投入实际运行，整定自适应模块区间控制参数，在机组启动时的升压工况检验控制效果。本发明通过现有DCS高压旁路控制系统，实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。本发明充分发挥模块化设计的优势，满足机组启动过程中的蒸汽参数控制要求，保证系统具备良好的抗干扰能力。

Description

火电机组高压旁路区间自适应控制方法
技术领域
本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种火电机组高压旁路区间自适应控制方法。
背景技术
火电机组启动期间，旁路系统能够加快锅炉和主蒸汽、再热蒸汽的升温升压速度，使蒸汽参数尽快的达到汽轮机的冲转要求，同时在机组启动期间回收工质、降低噪音。在建设智慧型电厂的过程中，高压旁路控制系统的全自动运行是机组实现一键启停APS功能的一个重要节点，完善的控制功能使机组在启动过程中具备较强的抗干扰能力，从而达到少人或无人值守、缩短启动时间、节约机组启动费用的目标。
历史上，CCI公司曾经为其高压旁路系统设计了较为详细的启动曲线，用以适配CCI公司提供的高压旁路阀在火电机组中的全程控制，在众多火电机组的实际组态设计中均参考了该公司的设计理念。刘禾，白炎，李新利所著的《火电厂热工自动控制技术及应用》一书中将其控制过程分为五个阶段：最小阀位控制、最小压力控制、升压控制、定压控制、压力跟踪控制。除了升压控制阶段，其它四个过程较为容易实现，在升压控制阶段，其实现方式为应用PI控制器形成主蒸汽压力设定值，达到升压阶段随燃烧率扰动自适应控制主蒸汽压力的目的，其控制原理为随着锅炉的燃烧，主蒸汽压力会上升，减压阀开度Y会开增大，当Y大于设定开度Ym时，PI控制器输出增加，主蒸汽压力的设定值增加，直至升至冲转压力。在实际的应用中，国内大部分火电机组也是按此进行设计组态，但其全自动投入率是较低的。
以固定点设定开度Ym为目标的PI控制器自整定方案在实际运行过程中抗干扰能力与自适应能力较差，当燃烧率增速率稳定的情况下，调节效果尚可，但当锅炉出现扰动，燃烧率增减速率不同的工况下，较难跟随机组当前状态，经常造成主蒸汽压力定值和高压旁路阀开度大幅变化、波动，影响机组的主要运行参数的稳定，这也是目前高压旁路控制系统较难实现全程控制的关键所在，控制回路切为手动控制后失去了少人值守或无人值守的意义，使得机组旁路全程控制不能够完整实现。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种火电机组高压旁路区间自适应控制方法，是一种机组在升温升压过程中高压旁路区间自适应控制方法，其目的是为了解决控制能力差，人工干预过多失去全自动运行意义的缺陷，充分发挥模块化设计的优势，满足机组启动过程中的蒸汽参数控制要求，保证系统具备良好的抗干扰能力。
火电机组高压旁路区间自适应控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在原火电机组高压旁路系统的逻辑组态中增加区间自适应控制回路模块；
步骤2：增加升压切换接口，主蒸汽压力设定值由传统PI自整定回路切换至区间自适应控制回路；
步骤3：控制系统投入实际运行，整定自适应模块区间控制参数，在机组启动时的升压工况检验控制效果。
进一步的，所述自适应控制回路模块针对高压旁路启动过程中的升压控制阶段。
进一步的，所述自适应控制回路模块引入火力发电机组高压旁路控制逻辑后具备强鲁棒性特征；自适应控制回路模块中使用下列运行信号：高压旁路阀设定开度Ym、高压旁路阀开度Y、高压旁路阀前汽压PT、升压控制方式开关S。
进一步的，所述自适应控制模块以基于高压旁路阀开度的区间控制形成回路；在机组燃烧率上升、下降或保持稳定的不同状态，利用主蒸汽压力设定值升速率锁定/开放、降速率锁定/开放功能，按机组冷态、温态、热态不同工况自适应形成主蒸汽压力设定值；在燃烧率快速增加或减少时使高压旁路快速跟踪，缩短机组启动时间。
进一步的，所述自适应控制回路模块的控制阶段，当系统越过旁路全程控制中最小压力阶段，即高压旁路阀阀位超过Ym，机组进入到升压阶段；高压旁路阀以曲线形式运行。
进一步的，所述高压旁路阀以曲线形式运行，包括：
当系统处于运行曲线①处时，升速率开放状态，降速率锁定状态，主蒸汽压力设定点按冷态、温态、热态速率上升；燃烧率下降，高压旁路阀将自适应关小进入α区间；若燃烧率保持不变，则维持在设定值Ym附近；若燃烧率上升过快，超过机组启动曲线的允许速率，由于升速率方向的开放作用和调整燃烧率，高压旁路不继续向上过多远离Ym位置，控制燃烧率恢复正常后，将使其返回在设定值Ym位置。
进一步的，所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线②处时，高旁阀运行在α区间，升速率开放状态，降速率锁定状态，即主蒸汽压力设定点按冷态、温态、热态速率上升；若燃烧率上升过快，超过机组启动曲线的允许速率，由于升速率方向的开放作用，高压旁路将不继续向上过多；燃烧率保持稳定或下降后，则高旁阀由于降速率锁定状态将继续向下运行到曲线③范围。
进一步的，所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线③处时，高旁阀运行在β区间，升速率闭锁状态，降速率处于脉冲开放状态，即主蒸汽压力设定点在脉冲时间内向下开放，T1秒后锁定；若燃烧率上升过快，由于升速率方向锁定状态，则高压旁路阀按冷态、温态、热态速率返回到α区间；若燃烧率下降，则高旁阀在降速率脉冲时间内，降低高旁阀下降速率，试图维持其当前状态，结束后若燃烧率仍然不及时调整，将继续向下运行到运行曲线④范围。
进一步的，所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线④处时，高旁阀运行在β区间之下，升速率闭锁状态，降速率始终开放状态；若燃烧率持续上升，则高压旁路阀按冷态、温态、热态设定速率返回到β区间；若燃烧率持续下降，则高旁阀由于主蒸汽设定值自适应下降，同时发出报警提示，调整燃烧率，共同抑制高压旁路阀过度关闭，保证机组具备通流量。
进一步的，所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线⑤处时，高旁阀运行在β区间，其动作过程同c；
当系统处于运行曲线⑥处时，高旁阀运行在α区间，其动作过程同b；
当系统处于运行曲线⑦处时，高旁阀运行在α区间之上，其动作过程同a。
本发明具有以下有益效果及优点：
(1)通过使用高压旁路区间自适应控制模块，保证机组在启动过程中的升温升压工况旁路系统能够自适应跟踪机组燃烧率的增速，达到缩短机组启动时间，节约机组启动费用的目的。
(2)通过使用高压旁路区间自适应控制模块，提高机组在升温升压过程中的抗干扰能力，当系统故障燃烧率降低使主蒸汽压力下降后，通过脉冲锁定/开放压力速率和控制区间下限来自动适配当前主蒸汽压力，机组可保持一定的蒸汽通流量。
(3)实现高压旁路从投入至退出的全程控制，可有效降低运行人员的劳动强度，达到旁路控制少人值守或无人值守目标，即控制效果不依赖于运行人员的技术水平。
(4)实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。
本发明以高压旁路阀阀位设定点为边界，确定所需的工作区间，生产现场参数整定简单，可用于多种类型的启动旁路系统，参与机组一键启停APS自动控制，保证机组启动的升温升压工况高压旁路阀可经受多种扰动，能够自动将主要参数控制在合理范围内。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明设计原理逻辑图；
图2是本发明对应的高压旁路阀运行区间示意图；
图3是本发明的工作流程框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1-图3描述本发明一些实施例的技术方案。
实施例1
本发明是一种火电机组高压旁路区间自适应控制方法，是通过优化火电机组分散控制系统DCS的控制逻辑，真正实现火电机组高压旁路全自动自适应运行。本发明的核心思想是在机组启动升温升压工况，使用一种自适应控制方法替代传统PI控制器，提高高压旁路系统的抗干扰能力，使其实现全程控制并成为机组自启停APS系统的一个有效断点。
如图3所示，图3是本发明的工作流程框图。
本发明具体包括以下步骤：
步骤1：在原火电机组高压旁路系统的逻辑组态中增加区间自适应控制回路模块；
步骤2：增加升压切换接口，主蒸汽压力设定值由传统PI自整定回路切换至区间自适应控制回路；
步骤3：控制系统投入实际运行，整定自适应模块区间控制参数，在机组启动时的升压工况检验控制效果。
所述自适应控制回路模块，仅针对高压旁路启动过程中的升压控制阶段。
所述自适应控制回路模块，引入分散控制系统DCS后具备强鲁棒性特征；自适应控制回路模块中使用下列运行信号：高压旁路阀设定开度Ym、高压旁路阀开度Y、高压旁路阀前汽压PT、升压控制方式开关S。
所述自适应控制模块，以基于高压旁路阀开度的区间控制替代传统PID自整定形成回路，提高高压旁路阀在机组启动过程中的抗干扰能力。在机组燃烧率上升、下降或保持稳定的不同状态，利用主蒸汽压力设定值升速率锁定/开放、降速率锁定/开放功能，按机组冷态、温态、热态不同工况自适应形成主蒸汽压力设定值。在燃烧率快速增加或减少时能够使高压旁路快速跟踪，缩短机组启动时间达到节能增效目标；在燃烧率过低或其它故障发生时避免高压旁路阀运行至下限，机组保持一定的蒸汽通流量，确保机组参数安全。
如图1和2所示，图1是本发明设计原理逻辑图，即火电机组高压旁路自适应控制原理图。图2是本发明对应的高压旁路阀运行区间示意图，即高压旁路阀实际曲线运行区间控制示意图。
当系统越过旁路全程控制中最小压力阶段，即高压旁路阀阀位超过Ym，机组进入到升压阶段。在这个阶段，高压旁路阀以图2中所示的曲线形式运行，替代固定点Ym的PI自整定控制方式，用以提高升压阶段的旁路系统鲁棒性。具体包括以下若干内容：
a.当系统处于图2中所示的运行曲线①处时，图1中所示的升速率开放状态，降速率锁定状态，主蒸汽压力设定点只可按冷态、温态、热态速率上升。燃烧率下降，高压旁路阀将自适应关小进入α区间。若燃烧率保持不变，则维持在设定值Ym附近；若燃烧率上升过快，超过了机组启动曲线的允许速率，由于升速率方向的开放作用和调整燃烧率，高压旁路将不会继续向上过多远离Ym位置，控制燃烧率恢复正常后，将使其返回在设定值Ym位置；
b.当系统处于图2中所示的运行曲线②处时，高旁阀运行在α区间，图1中所示的的升速率开放状态，降速率锁定状态，即主蒸汽压力设定点只可按冷态、温态、热态速率上升。若燃烧率上升过快，超过了机组启动曲线的允许速率，由于升速率方向的开放作用，高压旁路将不会继续向上过多；燃烧率保持稳定或下降后，则高旁阀由于降速率锁定状态将继续向下运行到图2运行曲线③范围；
c.当系统处于图2中所示的运行曲线③处时，高旁阀运行在β区间，图1中所示的升速率闭锁状态，降速率处于脉冲开放状态，即主蒸汽压力设定点在脉冲时间内向下开放，T1秒后锁定。若燃烧率上升过快，由于升速率方向锁定状态，则高压旁路阀按冷态、温态、热态速率返回到α区间；若燃烧率下降，则高旁阀在降速率脉冲时间内，降低高旁阀下降速率，试图维持其当前状态，结束后若燃烧率仍然不及时调整，将继续向下运行到图2中所示的运行曲线④范围；
d.当系统处于图2中所示的运行曲线④处时，高旁阀运行在β区间之下，图1中所示的升速率闭锁状态，降速率始终开放状态。若燃烧率持续上升，则高压旁路阀按冷态、温态、热态设定速率返回到β区间；若燃烧率持续下降，则高旁阀由于主蒸汽设定值自适应下降，同时发出报警提示，调整燃烧率，共同抑制高压旁路阀过度关闭，保证机组具备一定的通流量；
e.当系统处于图2中所示的运行曲线⑤处时，高旁阀运行在β区间，其动作过程同c；
f.当系统处于图2中所示的运行曲线⑥处时，高旁阀运行在α区间，其动作过程同b；
d.当系统处于图2中所示的运行曲线⑦处时，高旁阀运行在α区间之上，其动作过程同a。
Ym由机组运行人员设定，表1中的其它参数由设计人员固化在系统中，这种方式替代了由传统PID控制器自整定形成主蒸汽压力定值的方法，在升温升压阶段，具备系统故障安全返回能力，区间范围内将自适应燃烧率带来的主蒸汽压力变化，避免主蒸汽压力大幅度的摆动，缩短了启动时间，有效降低了运行人员的劳动强度，在机组一键启停APS中使旁路全程控制具备现实意义。现场调试过程简单，便于工程实现。
表1升温升压阶段自适应旁路区间参数整定
序号 变量名 中文描述 整定值
1 Ym 高压旁路阀设定开度 52％
2 α 区间范围 10％
3 β 区间范围 10％
4 v<sub>1</sub> 冷态速率 0.30MPa/min
5 v<sub>2</sub> 温态速率 0.35MPa/min
6 v<sub>3</sub> 热态速率 0.40MPa/min
7 △<sub>1</sub> 偏置1 10％
8 △<sub>2</sub> 偏置2 20％
9 △<sub>3</sub> 偏置3 10％
10 △<sub>4</sub> 偏置4 20％
11 T<sub>1</sub> 脉冲时间 60s
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：在原火电机组高压旁路系统的逻辑组态中增加区间自适应控制回路模块；
步骤2：增加升压切换接口，主蒸汽压力设定值由传统PI自整定回路切换至区间自适应控制回路；
步骤3：控制系统投入实际运行，整定自适应模块区间控制参数，在机组启动时的升压工况检验控制效果。
2.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述自适应控制回路模块针对高压旁路启动过程中的升压控制阶段。
3.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述自适应控制回路模块引入火力发电机组高压旁路控制逻辑后具备强鲁棒性特征；自适应控制回路模块中使用下列运行信号：高压旁路阀设定开度Ym、高压旁路阀开度Y、高压旁路阀前汽压PT、升压控制方式开关S。
4.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述自适应控制模块以基于高压旁路阀开度的区间控制形成回路；在机组燃烧率上升、下降或保持稳定的不同状态，利用主蒸汽压力设定值升速率锁定/开放、降速率锁定/开放功能，按机组冷态、温态、热态不同工况自适应形成主蒸汽压力设定值；在燃烧率快速增加或减少时使高压旁路快速跟踪，缩短机组启动时间。
5.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述自适应控制回路模块的控制阶段，当系统越过旁路全程控制中最小压力阶段，即高压旁路阀阀位超过Ym，机组进入到升压阶段；高压旁路阀以曲线形式运行。
6.根据权利要求5所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述高压旁路阀以曲线形式运行，包括：
当系统处于运行曲线①处时，升速率开放状态，降速率锁定状态，主蒸汽压力设定点按冷态、温态、热态速率上升；燃烧率下降，高压旁路阀将自适应关小进入α区间；若燃烧率保持不变，则维持在设定值Ym附近；若燃烧率上升过快，超过机组启动曲线的允许速率，由于升速率方向的开放作用和调整燃烧率，高压旁路不继续向上过多远离Ym位置，控制燃烧率恢复正常后，将使其返回在设定值Ym位置。
7.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线②处时，高旁阀运行在α区间，升速率开放状态，降速率锁定状态，即主蒸汽压力设定点按冷态、温态、热态速率上升；若燃烧率上升过快，超过机组启动曲线的允许速率，由于升速率方向的开放作用，高压旁路将不继续向上过多；燃烧率保持稳定或下降后，则高旁阀由于降速率锁定状态将继续向下运行到曲线③范围。
8.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线③处时，高旁阀运行在β区间，升速率闭锁状态，降速率处于脉冲开放状态，即主蒸汽压力设定点在脉冲时间内向下开放，T1秒后锁定；若燃烧率上升过快，由于升速率方向锁定状态，则高压旁路阀按冷态、温态、热态速率返回到α区间；若燃烧率下降，则高旁阀在降速率脉冲时间内，降低高旁阀下降速率，试图维持其当前状态，结束后若燃烧率仍然不及时调整，将继续向下运行到运行曲线④范围。
9.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线④处时，高旁阀运行在β区间之下，升速率闭锁状态，降速率始终开放状态；若燃烧率持续上升，则高压旁路阀按冷态、温态、热态设定速率返回到β区间；若燃烧率持续下降，则高旁阀由于主蒸汽设定值自适应下降，同时发出报警提示，调整燃烧率，共同抑制高压旁路阀过度关闭，保证机组具备通流量。
10.根据权利要求1所述的火电机组高压旁路区间自适应控制方法，其特征是：所述高压旁路阀以曲线形式运行，还包括：
当系统处于运行曲线⑤处时，高旁阀运行在β区间，其动作过程同c；
当系统处于运行曲线⑥处时，高旁阀运行在α区间，其动作过程同b；
当系统处于运行曲线⑦处时，高旁阀运行在α区间之上，其动作过程同a。
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