CN113883497B - 一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，包括如下步骤：S1.从锅炉DCS历史数据库中导出影响再热蒸汽温度的各参数的历史运行数据；S2.将选取的各参数作为所选变量，对其历史数据进行相关性分析，选择相关性系数最高的变量，将其作为控制模型的前馈变量，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系；S3.计算再热器入口蒸汽温度动态设定值；S4.将实际的再热器入口蒸汽温度作为反馈，以再热器入口蒸汽温度动态设定值为目标，实时调节再热器烟气挡板开度；S5.设置设定限值，将减温水作为超限调整手段；S6.设置偏差修正环节，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则相应调整挡板开度。

Description

一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法

技术领域

本发明火电厂自动控制技术领域，具体涉及一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法。

背景技术

火电厂锅炉再热器是为了提高运行热效率，将做过功的低压蒸汽进一步加热，并保证进入汽轮机的蒸汽温度在允许的范围内。因此，火电厂锅炉再热汽温的控制是保证机组运行安全性、提高稳定性的重要环节，温度过高容易损坏受热面，过低则会使全厂热效率下降。而作为被控对象的再热汽温，大多电厂通过调节烟气挡板和喷水减温相结合的方式，采用常规的PID控制方法，当再热蒸汽超温，减温水自动调节方式投入时，PID控制器往往投入过量的减温水，容易使再热汽温欠温，此时烟气挡板再进行调节，容易导致再热汽温在“超温”与“欠温”的状态中震荡。同时，使用过多再热减温喷水，会降低机组循环热效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其通过提升烟气挡板控制效果，减少减温水的使用，从而提高机组运行经济效益。

为实现上述目的，本发明提供了一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，包括如下步骤：

步骤S1.从锅炉DCS历史数据库中导出影响再热蒸汽温度的各参数的历史运行数据；

步骤S2.将选取的各参数作为所选变量，将其划分为辅助变量和主导变量，并对其历史数据进行相关性分析，选择相关性系数最高的变量，并将其作为控制模型的前馈变量，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，结合各前馈变量实时数据，得到预测的再热器入口蒸汽温度；

步骤S3.根据再热器入口蒸汽温度、再热器出口蒸汽温度及出口蒸汽温度设定值，反算再热器入口蒸汽温度动态设定值；

步骤S4.将实际的再热器入口蒸汽温度作为反馈，以再热器入口蒸汽温度动态设定值为目标，实时调节再热器烟气挡板开度，从而实现控制再热器出口蒸汽温度；

步骤S5.设置设定限值，将减温水作为超限调整手段；

步骤S6.设置偏差修正环节，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则相应调整挡板开度。

在一优选实施方式中，步骤S1中，影响再热蒸汽温度的各参数包括机组负荷、汽轮机第一级压力、再热器入口蒸汽温度、再热器入口蒸汽压力、给水温度、主蒸汽温度、主蒸汽流量、再热蒸汽流量、总燃料量、再热器出口温度设定值、再热器挡板开度、再热减温水量、再热减温水调门开度。

在一优选实施方式中，步骤S2中，将选取的各参数作为所选变量，将其划分为辅助变量和主导变量，并对其历史数据进行相关性分析，确定各参数中与主导变量再热器出口蒸汽温度相关性高、优先于再热汽温变化且灵敏度最高的参数，将其作为控制模型的前馈变量，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，结合各前馈变量实时数据，得到预测的再热器入口蒸汽温度，包括如下步骤：

S21.将所选的辅助变量作为待选变量X，将所有变量转换为阶次序列的形式，并将所有阶次序列变量存入变量集H:

X→X(T-0*T),X(T-1*T),…,X(T-n*T)，

其中，T表示采样间隔，n表示最大延迟阶次；

S22.选取变量集H中降低了已选变量间的信息冗余后与再热器出口汽温的相关性系数J：

其中，h_i∈H为待选变量，c为主导变量再热汽温，β为惩罚因子，S_j∈S为已选变量；

S23.选择计算所得相关性系数值较高的阶次变量作为前馈，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，将实时前馈变量数据代入拟合函数中，得到预测的再热器入口蒸汽温度：

r(T_入)＝n(S₁,S₂,…,S_i)

r(T_入预)＝n(S′₁,S′₂,…,S′_i)

其中，S_i为选择出的阶次变量，S′_i为阶次变量实时值。

在一优选实施方式中，步骤S3中，根据再热器入口蒸汽温度、再热器出口蒸汽温度及出口蒸汽温度设定值，反算再热器入口蒸汽温度动态设定值包括：根据如下公式计算再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差在q时间段的加权均值：

其中，T_出、T_入分别表示实际再热器出口蒸汽温度、再热器入口蒸汽温度均值，表示再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差在q时间段的加权均值，q表示加权权重；

通过计算再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差，结合给定的再热器出口蒸汽温度设定值，得到再热器入口蒸汽温度动态设定值：

其中，sp_T入表示再热器入口蒸汽温度动态设定值，sp_T出表示再热器出口蒸汽温度设定值。

在一优选实施方式中，步骤S4中，实时调节再热器烟气挡板开度包括如下步骤：

计算挡板对通过前馈拟合的再热器入口蒸汽温度的影响变化值为ΔK₁，挡板调节开度对实际再热器入口蒸汽温度的影响变化值为ΔK₂，拟合函数G与L均随着实时数据不断更新：

G(ΔK₁)＝g(T_入预，K)

L(ΔK₂)＝l(T_入，K)

其中，ΔK₁、ΔK₂为挡板单位温度调节开度，T_入为实际再热器入口蒸汽温度，T_入预为根据实时前馈变量拟合的再热器入口蒸汽温度，K为挡板开度。

在一优选实施方式中，步骤S4中，实时调节再热器烟气挡板开度还包括如下步骤：

计算挡板调节幅度为：

ΔK＝ΔK₁×(T_入预－sp_T入)+ΔK₂×(T_入－sp_T入)；

其中，ΔK为挡板调节开度，T_入为再热器入口蒸汽温度；

挡板开度指令为：K_指令＝K_初+ΔK

其中，K_指令为挡板调节开度指令，K_初为投入优化时刻挡板当前开度。

在一优选实施方式中，步骤S5中，设置设定限值，将减温水作为超限调整手段包括如下步骤：

S51.设定减温水控制启动温度限值，当超过设定限值时，减温水参与调节；

S52.减温水初始调节水量按照运行数据中减温水用量对再热器出口温度的影响进行调整，并随着减温水量对再热器入口汽温的影响变化值进行不断修正：

其中，ΔR_初始为初始减温水单位调节量，ΔR为减温水量单位调节量，T_出为再热器出口蒸汽温度，Q为减温水量，Q_T为减温水温度，t＝0为投入减温水投入初始时刻；

S53.当再热器出口蒸汽温度超过设定限值时，减温水用量为：

其中，T_出为再热器出口蒸汽温度，Q为减温水量，sp_{减温水设定}为减温水投入设定限值。

在一优选实施方式中，步骤S5中，根据拟合减温水量与调门开度的函数确定所需减温水量、减温水调门开度：

K_{减温水调门}＝L(Q,K_{减温水调门})

其中，K_{减温水调门}为减温水调门开度，Q为减温水量。

在一优选实施方式中，步骤S6中，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则将再热蒸汽挡板作为偏差修正值进行调节：

计算再热器出口蒸汽温度和设定值在一段时间内的平均偏差：

其中，为再热器出口汽温和设定值在一段时间内的平均偏差。

在一优选实施方式中，当时，根据温度偏差修正再热器挡板开度：

其中，K₃为挡板修正开度；

挡板开度指令为：

K_指令＝K_初+ΔK+K₃。

与现有技术相比，本发明的效果是：本发明通过对影响再热蒸汽温度的各参数的历史运行数据进行分析，引入前馈信号，建立大数据动态数学控制模型，并形成再热器挡板预判指令。同时将再热器入口及出口蒸汽温度作为控制目标进行多目标动态跟踪，实时对挡板开度的预测目标进行动态调整，辅助调节事故减温水调门开度。本发明可有效解决现有火电机组在控制锅炉再热汽温时烟气挡板调节不及时、过量使用减温水造成资源浪费，进而显著达到节能降耗的目的。

附图说明

图1为背景技术的结构框图。

图2为本发明的优选实施方式的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明优选实施方式的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法包括如下步骤：

步骤S1.从锅炉DCS历史数据库中导出影响再热蒸汽温度的各参数的历史运行数据。

具体的，影响再热蒸汽温度的各参数包括机组负荷、汽轮机第一级压力、再热器入口蒸汽温度、再热器入口蒸汽压力、给水温度、主蒸汽温度、主蒸汽流量、再热蒸汽流量、总燃料量、再热器出口温度设定值、再热器挡板开度、再热减温水量、再热减温水调门开度。从DCS历史数据库中导出上述各参数的半年内的历史运行数据。

步骤S2.将选取的各参数作为所选变量，将其划分为辅助变量和主导变量，并对其历史数据进行相关性分析，确定各参数中与主导变量再热器出口蒸汽温度相关性最高、优先于再热汽温变化且灵敏度最高的参数，将其作为控制模型的前馈变量，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，结合各前馈变量实时数据，得到预测的再热器入口蒸汽温度。

具体的，将选取的各参数中其中机组负荷、汽轮机第一级压力、再热器入口蒸汽压力、给水温度、主蒸汽温度、主蒸汽流量、再热蒸汽流量、总燃料量作为辅助变量，与主导变量再热器出口蒸汽温度的历史数据进行相关性分析。

该计算过程可以具体描述为：

S21.将所选的辅助变量作为待选变量X，将所有变量转换为阶次序列的形式，并将所有阶次序列变量存入变量集H:

X→X(T-0*T),X(T-1*T),…,X(T-n*T)，

其中，T表示采样间隔，n表示最大延迟阶次；

S22.选取变量集H中降低了已选变量间的信息冗余后与再热器出口汽温的相关性系数J：

其中，h_i∈H为待选变量，c为主导变量再热汽温，β为惩罚因子，S_j∈S为已选变量；

S23.选择计算所得相关性系数值较高的阶次变量作为前馈，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，将实时前馈变量数据代入拟合函数中，得到预测的再热器入口蒸汽温度：

r(T_入)＝n(S₁,S₂,…,S_i)

r(T_入预)＝n(S′₁,S′₂,…,S′_i)

其中，S_i为选择出的阶次变量，S′_i为阶次变量实时值。

步骤S3.根据再热器入口蒸汽温度、再热器出口蒸汽温度及出口蒸汽温度设定值，反算再热器入口蒸汽温度动态设定值。

具体的，再热器入口蒸汽温度动态设定值计算过程如下：

S31.根据如下公式计算再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差在q时间段的加权均值：

其中，T_出、T_入分别表示实际再热器出口蒸汽温度、再热器入口蒸汽温度均值，表示再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差在q时间段的加权均值，q表示加权权重；

S32.通过计算再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差，结合给定的再热器出口蒸汽温度设定值，得到再热器入口蒸汽温度动态设定值：

其中，sp_T入表示再热器入口蒸汽温度动态设定值，sp_T出表示再热器出口蒸汽温度设定值。

步骤S4.将实际测得的再热器入口蒸汽温度作为反馈，以再热器入口蒸汽温度动态设定值为目标，实时调节再热器烟气挡板开度，从而实现控制再热器出口蒸汽温度。

具体的，步骤S4中，实时调节再热器烟气挡板开度包括如下步骤：

S41.计算挡板对通过前馈拟合的再热器入口蒸汽温度的影响变化值为ΔK₁，挡板调节开度对实际再热器入口蒸汽温度的影响变化值为ΔK₂，拟合函数G与L均随着实时数据不断更新：

G(ΔK₁)＝g(T_入预，K)

L(ΔK₂)＝l(T_入，K)

其中，ΔK₁、ΔK₂为挡板单位温度调节开度，T_入为实际再热器入口蒸汽温度，T_入预为根据实时前馈变量拟合的再热器入口蒸汽温度，即预测的再热器入口蒸汽温度，K为挡板开度。

步骤S4中，实时调节再热器烟气挡板开度还包括如下步骤：

S42.计算挡板调节幅度为：

ΔK＝ΔK₁×(T_入预－sp_T入)+ΔK₂×(T_入－sp_T入)；

其中，ΔK为挡板调节开度，T_入为再热器入口蒸汽温度；

计算得到再热器挡板调节开度指令：K_指令＝K_初+ΔK，将该挡板调节开度指令传输给挡板控制单元从而进行挡板开度调节，其中，K_指令为挡板调节开度指令，K_初为投入优化时刻挡板当前开度。

步骤S5.设置设定限值，将减温水作为超限调整手段。

具体的，设置设定限值，将减温水作为超限调整手段包括如下步骤：

S51.设定减温水控制启动温度限值，当超过设定限值时，减温水参与调节；

S52.减温水初始调节水量按照运行数据中减温水用量对再热器出口温度的影响进行调整，并随着减温水量对再热器入口汽温的影响变化值进行不断修正：

其中，ΔR_初始为初始减温水单位调节量，ΔR为减温水量单位调节量，T_出为实际再热器出口蒸汽温度，Q为减温水量，Q_T为减温水温度，t＝0为投入减温水投入初始时刻；

S53.当再热器出口蒸汽温度超过设定限值时，减温水用量为：

其中，T_出为实际再热器出口蒸汽温度，Q为减温水量，sp_{减温水设定}为减温水投入设定限值。

进一步的，步骤S5中，根据拟合减温水量与调门开度的函数确定所需减温水量、减温水调门开度：

K_{减温水调门}＝L(Q,K_{减温水调门})

其中，K_{减温水调门}为减温水调门开度，Q为减温水量。

步骤S6.设置偏差修正环节，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则相应调整挡板开度。

具体的，步骤S6中，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则将再热蒸汽挡板作为偏差修正值进行调节：

计算再热器出口蒸汽温度和设定值在一段时间内的平均偏差，该时间根据控制情况进行调整：

其中，为再热器出口汽温和设定值在一段时间内的平均偏差。

进一步的，当时，根据温度偏差修正再热器挡板开度：

其中，K₃为挡板修正开度，经现场调节后确定作用时间MIN，每经MIN时间后，作用在挡板上；

进一步的，计算得到挡板开度指令，将该挡板开度指令传输给挡板控制单元从而进行挡板开度调节：

K_指令＝K_初+ΔK+K₃。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其特征在于：所述火电厂锅炉再热汽温优化控制方法包括如下步骤：

步骤S1.从锅炉DCS历史数据库中导出影响再热蒸汽温度的各参数的历史运行数据；

步骤S2.将选取的各参数作为所选变量，将其划分为辅助变量和主导变量，并对其历史数据进行相关性分析，选择相关性系数最高的变量，并将其作为控制模型的前馈变量，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，结合各前馈变量实时数据，得到预测的再热器入口蒸汽温度；

步骤S3.根据再热器入口蒸汽温度、再热器出口蒸汽温度及出口蒸汽温度设定值，反算再热器入口蒸汽温度动态设定值；

步骤S4.将实际再热器入口蒸汽温度作为反馈，以再热器入口蒸汽温度动态设定值为目标，实时调节再热器烟气挡板开度；

步骤S5.设置设定限值，将减温水作为超限调整手段；

步骤S6.设置偏差修正环节，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则相应调整挡板开度；

步骤S2中，将选取的各参数作为所选变量，将其划分为辅助变量和主导变量，对其历史数据进行相关性分析，确定各参数中与主导变量再热器出口蒸汽温度相关性高、优先于再热汽温变化且灵敏度最高的参数，将其作为控制模型的前馈，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，包括如下步骤：

S21.将所选的辅助变量作为待选变量X，将所有变量转换为阶次序列的形式，并将所有阶次序列变量存入变量集H:

X→X(T-0*T),X(T-1*T),…,X(T-n*T)，

其中，T表示采样间隔，n表示最大延迟阶次；

S22.选取变量集H中降低了已选变量间的信息冗余后与再热器出口汽温的相关性系数J：

其中，h_i∈H为待选变量，c为主导变量再热汽温，β为惩罚因子，S_j∈S为已选变量；

S23.选择计算所得相关性系数值较高的阶次变量作为前馈，拟合各前馈变量和再热器入口蒸汽温度的函数关系，将实时前馈变量数据代入拟合函数中，得到预测的再热器入口蒸汽温度：

r(T_入)＝n(S₁,S₂,…,S_i)

r(T_入预)＝n(S′₁,S′₂,…,S′_i)

其中，S_i为选择出的阶次变量，S′_i为阶次变量实时值；

步骤S3中，根据再热器入口蒸汽温度、再热器出口蒸汽温度及出口蒸汽温度设定值，反算再热器入口蒸汽温度动态设定值包括：根据如下公式计算再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差在q时间段的加权均值：

其中，T_出、T_入分别表示实际再热器出口蒸汽温度、再热器入口蒸汽温度均值，表示再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差在q时间段的加权均值，q表示加权权重；

通过计算再热器入口蒸汽温度和再热器出口蒸汽温度偏差，结合给定的再热器出口蒸汽温度设定值，得到再热器入口蒸汽温度动态设定值：

其中，sp_T入表示再热器入口蒸汽温度动态设定值，sp_T出表示再热器出口蒸汽温度设定值；

步骤S6中，若再热器出口蒸汽温度长期偏离设定值，则将再热蒸汽挡板作为偏差修正值进行调节：

计算再热器出口蒸汽温度和设定值在一段时间内的平均偏差：

其中，为再热器出口汽温和设定值在一段时间内的平均偏差；

当时，根据温度偏差修正再热器挡板开度：

其中，K₃为挡板修正开度；

挡板开度指令为：

K_指令＝K_初+ΔK+K₃。

2.根据权利要求1所述的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其特征在于：步骤S1中，影响再热蒸汽温度的各参数包括机组负荷、汽轮机第一级压力、再热器入口蒸汽温度、再热器入口蒸汽压力、给水温度、主蒸汽温度、主蒸汽流量、再热蒸汽流量、总燃料量、再热器出口温度设定值、再热器挡板开度、再热减温水量、再热减温水调门开度。

3.根据权利要求2所述的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其特征在于：步骤S4中，实时调节再热器烟气挡板开度包括如下步骤：

计算挡板对通过前馈拟合的再热器入口蒸汽温度的影响变化值为ΔK₁，挡板调节开度对实际再热器入口蒸汽温度的影响变化值为ΔK₂，拟合函数G与L均随着实时数据不断更新：

G(ΔK₁)＝g(T_入预，K)

L(ΔK₂)＝l(T_入，K)

其中，ΔK₁、ΔK₂为挡板单位温度调节开度，T_入为再热器入口蒸汽温度，T_入预为根据实时前馈变量拟合的再热器入口蒸汽温度，K为挡板开度。

4.根据权利要求3所述的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其特征在于：还包括如下步骤：步骤S4中，实时调节再热器烟气挡板开度还包括如下步骤：

计算挡板调节幅度为：

ΔK＝ΔK₁×(T_入预－sp_T入)+ΔK₂×(T_入－sp_T入)；

其中，ΔK为挡板调节开度；

挡板开度指令为：K_指令＝K_初+ΔK

其中，K_指令为挡板调节开度指令，K_初为投入优化时刻挡板当前开度。

5.根据权利要求4所述的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其特征在于：步骤S5中，设置设定限值，将减温水作为超限调整手段包括如下步骤：

S51.设定减温水控制启动温度限值，当超过设定限值时，减温水参与调节；

S52.减温水初始调节水量按照运行数据中减温水用量对再热器出口温度的影响进行调整，并随着减温水量对再热器入口汽温的影响变化值进行不断修正：

其中，ΔR_初始为初始减温水单位调节量，ΔR为减温水量单位调节量，T_出为再热器出口蒸汽温度，Q为减温水量，Q_T为减温水温度，t＝0为投入减温水投入初始时刻；

S53.当再热器出口蒸汽温度超过设定限值时，减温水用量为：

其中，T_出为实际再热器出口蒸汽温度，Q为减温水量，sp_{减温水设定}为减温水投入设定限值。

6.根据权利要求5所述的火电厂锅炉再热汽温优化控制方法，其特征在于：步骤S5中，根据拟合减温水量与调门开度的函数确定所需减温水量、减温水调门开度：

K_{减温水调门}＝L(Q,K_{减温水调门})

其中，K_{减温水调门}为减温水调门开度，Q为减温水量。