CN115823575A - 基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本方案公开了一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，笨方法将再热器减温水导前温度设定值作为烟气挡板动态设定值基准线，直接控制低温再热器出口温度，使再热烟气挡板控制对象的滞后性大大降低，并且能够有效减少减温水的动作频次。同时通过高温再热器出口温度设定值与实际值的偏差动态修正再热烟气挡板设定值，在再热器减温水动作前进行超前调节，优化闭环，能够进一步提高响应速度。所以本方案既能够避免因为减温水频繁大量投入对于锅炉的热效率影响，又能够提高机组的经济性，还能够有效减少出现超温和欠温的震荡现象，提高烟气挡板自动投入率，减轻操作人员劳动强度。

Description

基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种基于动态参数优化的超超临界火电机组再热蒸汽出口温度控制方法。

背景技术

在目前超超临界火电机组中，为了提高运行机组的热效率及带压蒸汽的利用率，通常设计有再热系统，将已经做过功的低压蒸汽通过再热系统进行进一步的加热，实现蒸汽的二次利用。再热蒸汽温度过高或过低都会影响电厂的安全性和经济性，因此，火电机组再热蒸汽温度的控制就显的尤为重要，必须要在保证安全的范围内进行高效的调节。

水蒸气在管道内的流向为，低温再热器4--高温再热器3，高温再热器3出来的即经过再热处理后的再热蒸汽，我们需要控制这个再热蒸汽在一定范围内以确保安全性。

如图1所示，煤粉在π型炉膛7内燃烧，产生的很热的烟气流向为：屏式过热器1--高温过热器2--高温再热器3--尾部烟道并列的低温再热器4和低温过热器5+省煤器6，并对这些部件放热。尾部的再热烟气挡板A1、B1和过热烟气挡板A2、B2通过开度变化控制尾部烟道的烟气量分配，以达到控制流经低温再热器4的蒸汽吸热量。其中再热烟气挡板A1和过热烟气挡板A2一组，再热烟气挡板B1和过热烟气挡板B2一组，组内的再热烟气挡板和过热烟气挡板的开度为此消彼长的耦合关系。

目前超超临界机组调节再热蒸汽出口温度的方式普遍为，以高温再热器出口温度为目标，通过调整低温再热器4和省煤器6烟道出口的烟气挡板开度来调节流经的烟气量，达到调节高温再热器出口温度的目的，采用的是常规的PID控制，在高温再热器出口温度超温需要紧急干预时，通过再热器减温水调节手段进行控制。然而，由于烟气挡板调节的是低温再热器，对于经高温再热器的再热蒸汽温度的控制具有的极大滞后性，汽温调节不灵敏，很容易造成过调，虽然具有减温水控制手段，但是由于烟气挡板滞后性高，单纯的烟气挡板控制很容易造成较大幅度的温度过高或过低问题。若温度过高，则需要较多的减温水进行作用，减温水量过多或汽温过低都将引起机组循环效率降低，降低了机组的经济性。所以目前的控制方式，一方面减温水频繁大量投入对于机组的热效率将产生很大的影响，降低机组的经济性，另一方面再热蒸汽出口温度容易反复出现超温以及欠温的震荡现象，较难保证再热蒸汽温度在需要的范围内，影响机组的安全性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，包括：

S1.获取高温再热器的高温再热器出口温度实际值；

S2.第一控制逻辑基于高温再热器出口温度实际值与高温再热器出口温度设定值生成使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内的减温水导前温度设定值；

S4.以减温水导前温度设定值为基准确定低温再热器出口温度设定值；

S5.比较低温再热器出口温度实际值与低温再热器出口温度设定值，经过第二控制逻辑调节烟气挡板，以使低温再热器出口温度实际值不断接近低温再热器出口温度设定值；

S6.第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值的变化，以及减温水导前温度设定值不断调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内；

S7.不断重复步骤S5-S6直到减温水阀完全关闭；

在高温再热器出口温度实际值超出高温再热器出口温度设定值的允许偏差范围时，重复步骤S1-S7。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，步骤S2和S4之间，还包括S3：

获取此时低温再热器出口温度实际值，第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值和减温水导前温度设定值调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内；

步骤S6为：第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值的变化，以及最新生成的减温水导前温度设定值不断调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内；且步骤S7为：不断重复步骤S4-S6直到减温水阀完全关闭，且高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，步骤S3中，将所述的减温水导前温度设定值作为低温再热器出口温度设定值。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，步骤S3之前还包括：

使用偏差修正函数f₂(x)，基于高温再热器出口温度实际值与高温再热器出口温度设定值偏差对低温再热器出口温度设定值进行超前修正；

步骤S3中，将超前修正结果与减温水导前温度设定值叠加作为低温再热器出口温度设定值。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，步骤S3中，将所述的减温水导前温度设定值与用户设置的偏置值叠加作为低温再热器出口温度设定值；

或者，步骤S3中，将超前修正结果、减温水导前温度设定值以及用户设置的偏置值叠加作为低温再热器出口温度设定值。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，步骤S2之前，先判断减温水控制是否处于自动状态，若是，则直接取高温再热器出口温度设定值本身；否则，根据负荷确定自适应设定值，将该自适应设定值作为高温再热器出口温度设定值。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，步骤S4之前，先判断烟气挡板是否处于自动状态，若是，则执行后续步骤，否则，第二控制逻辑不作用。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，所述的第一控制逻辑和第二控制逻辑均为PID控制逻辑。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，系统根据不同的负荷区间预存有不同的第二控制逻辑，步骤S5中，根据当前负荷自适应选择相应的第二控制逻辑。

在上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法中，A侧低温再热器出口连接至B侧高温再热器入口，B侧低温再热器出口连接至A侧高温再热器入口，以使水蒸气在A侧和B侧之间交叉流动。

一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制系统，用于执行上述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法。

本发明的优点在于：本方案区别于传统烟气挡板控制再热蒸汽出口温度(即高温再热器出口温度实际值)这种大滞后参数，将再热器减温水导前温度设定值作为烟气挡板动态设定值基准线，直接控制低温再热器出口温度，使再热烟气挡板控制对象的滞后性大大降低，并且能够有效减少减温水的动作频次。同时通过高温再热器出口温度设定值与实际值的偏差动态修正再热烟气挡板设定值，在再热器减温水动作前进行超前调节，优化闭环，能够进一步提高响应速度。所以本方案既能够避免因为减温水频繁大量投入对于锅炉的热效率影响，又能够提高机组的经济性，还能够有效减少出现超温和欠温的震荡现象，提高烟气挡板自动投入率，减轻操作人员劳动强度。

附图说明

图1为某超超临界机组炉膛烟气流向效果图；

图2是本发明动态参数优化的超超临界火电机组的控制流程图；

图3是本发明动态参数优化的超超临界火电机组再热器挡板逻辑示意图；

图4是本发明动态参数优化的超超临界火电机组再热器挡板控制与常规控制逻辑接口图；

图5是本发明超超临界火电机组在400MW—900MW负荷区间再热器挡板优化控制应用图；

附图标记：屏式过热器1；高温过热器2；高温再热器3；低温再热器4；低温过热器5；省煤器6；炉膛7；再热烟气挡板A1、B1；过热烟气挡板A2、B2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本实施例提出一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法及其系统。该方法根据传热学原理，忽略连接管线吸热放热影响，由于处于同一管线上，在不投入减温水的情况下，低温再热器出口温度的变化才会与高温再热器出口温度直接相关。首先通过第一PID控制逻辑调节获取减温水导前调节设定值，然后基于前述传热学原理，将高温再热器入口设定温度，即减温水导前温度设定值，作为低温再热器出口温度设定值的调整基准，通过第二PID控制逻辑调节再热烟气挡板，使低温再热出口温度在设定范围内，不断通过烟气挡板的调节来代替减温水的控制效果，从而实现保证控制精度、响应速度的前提下最大限度减少减温水的使用量。具体实现方法如下：

获取高温再热器出口温度实际值，第一PID控制逻辑基于高温再热器出口温度实际值与高温再热器出口温度设定值生成使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内的减温水导前温度设定值；

获取此时低温再热器出口温度实际值，第一PID控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值和减温水导前温度设定值调节再热器减温水阀，使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。即，第一PID控制逻辑以减温水阀为被控对象，以高温再热器出口温度实际值、高温再热器出口温度设定值、低温再热器出口温度实际值为输入参数。

随后，以减温水导前温度设定值为基准确定低温再热器出口温度设定值，该实施例中直接以减温水导前温度设定值作为低温再热器出口温度设定值；

比较低温再热器出口温度实际值与低温再热器出口温度设定值，经过第二控制逻辑调节烟气挡板，以使低温再热器出口温度实际值不断接近低温再热器出口温度设定值；

同时，第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值的变化，以及最新生成的减温水导前温度设定值不断调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。理论上，在负荷等外部因素稳定地情况下，减温水导前温度设定值是保持不变的，这种情况下可以直接根据一开始生成的减温水导前温度设定值和不断变化的低温再热器出口温度实际值来不断调整再热器减温水阀。

但是实际情况下，烟气挡板和减温水阀联动调节的过程中，减温水导前温度设定值是有可能发生变化的。而且在实际使用过程中，通常会有外部因素的干扰，如负荷变化就可能导致高温再热器出口温度实际值超出允许范围，从而导致减温水导前温度设定值发生变化。所以这里优选为，每次生成最新的减温水导前温度设定值，用这个最新的减温水导前温度设定值和不断变化的低温再热器出口温度实际值来调节再热器减温水阀，即使超出允许范围，也能够将高温再热器出口温度实际值拉回至高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。

最后，不断重复上述步骤直到减温水阀完全关闭，且高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。

上述方案的实现需要减温水和烟气挡板处于自动调节状态。但是本方案在投入使用时，实际情况也可能面临减温水或烟气挡板处于手动调节状态，对此，本方案也提出了应对方案。另外，为了实现更好的传热效果，本方案的锅炉再热蒸汽在A侧B侧交叉流动，即A侧再热蒸汽流经A侧低温再热器后流向B侧高温再热器继续吸热，相反B侧再热蒸汽流经B侧低温再热器后流向A侧高温再热器继续吸热。如图3所示，下面以A侧低温再热器流向B侧高温再热器为例，结合可能出现手动调节的情况进行流程说明：B侧到A侧类似，不再赘述。

S1.首先判断减温水是否撤出自动控温模式，若是，则通过负荷基准温度自适应设定值，否则直接取B侧高温再热器出口温度设定值。

即在减温水撤出自动调节，处于手动状态下，其不再根据高温再热器出口温度实际值来调整水阀，减温水侧设定值(即高温再热器入口温度设定值)均跟踪实际温度，通过再热器烟气挡板单独控温效果没有减温水自动状态下好，容易出现过调的情况，负荷越高，过调将越严重，所以此时通过机组负荷以及运行经验自适应产生高温再热器出口温度设定值，与减温水投入自动时的高温再热器出口温度设定值有一些偏差，一般比减温水投入自动时的高温再热器出口温度设定值要小一些，负荷越高，越接近减温水投入自动时的高温再热器出口温度设定值，比如减温水投入自动时的高温再热器出口温度设定值为600℃，自适应设定值可能是597、598℃这样。具体系统中存储有根据经验获取的各种机组负荷下的自适应设定值或设定偏差值，偏差率，从而直接根据机组负荷获取自适应设定值或根据设定偏差值/偏差率和减温水投入自动时的高温再热器出口温度设定值计算出自适应设定值作为高温再热器出口温度设定值。

S2.获取B侧高温再热器出口温度实际值(图中简称为B侧高再出口温度)，将B侧高温再热器出口温度设定值与B侧高温再热器出口温度实际值进行比较，然后通过第一PID控制逻辑基于比较结果控制减温水阀使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内，此时会生成一个减温水设定值，这里也称减温水导前温度设定值。

然后再将这个导前温度设定值作为低温再热器出口温度设定值，将对减温器的控制逐渐转移至对烟气挡板的控制，通过第二PID控制逻辑根据低温再热器出口温度设定值与低温再热器出口温度实际值的比较结果调节烟气挡板，使低温再热器出口温度实际值等于低温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。在调整烟气挡板的同时，由于烟气挡板的调节使低温再热器出口温度的实际值不断接近减温水设定值，所以减温水的调节力度不断降低，稳定状态下，调节完成后减温水阀是可以完全关闭的。

优选地，为了实现更好地控制效果，优选使用偏差修正函数f₂(x)对偏差进行先修正，生成规则由本领域技术人员事先根据机组特点和控制效果设定，以1000MW机组为例，f₂(x)的部分生成规则如下：

表1减温水自动投入下的偏差修正关系

偏差(℃)	-20	-10	0	10	50
						偏差修正(℃)	-10	-5	0	10	50

即当B侧高温再热器出口温度设定值与B侧高温再热器出口温度实际值出现偏差时，根据偏差结果超前调节烟气挡板设定值，即超前调节低温再热器出口温度设定值，修正以后，再与导前温度设定值叠加，叠加以前可以直接用超前修正的低温再热器出口温度设定值通过第二PID控制逻辑进行控制；叠加以后，则用叠加后的结果作为最新的低温再热器出口温度设定值通过第二个PID控制逻辑进行控制。即先根据高温再热器出口温度对烟气挡板的设定值进行粗调，进一步提高响应速度，然后根据导前温度设定值对烟气挡板的设定值进行细调，以提高控制精度。

进一步优选，还可以具有设定值偏置功能，能够弥补管线的吸热放热等外部影响，用户可以手动设计这个偏置值，再将这个偏置与超前调节的低温再热器出口温度设定值、导前温度设定值叠加，将最终的叠加结果作为最新的低温再热器出口温度设定值，然后通过第二PID控制逻辑进行控制。

进一步地，步骤S2之前，先判断A侧再热器挡板是否处于自动控制状态，若是，则执行上述步骤S2，实现挡板与减温水的联合控温，否则，挡板不参与控温，即此时第二PID控制逻辑输入侧的实际值和设定值是一样的，也可以说第二PID控制逻辑不作用。对应地，如图4所示，在最后对A侧再热烟气挡板发出调节指令时，若A侧再热烟气挡板处于自动控制状态，则由第二PID控制逻辑根据低温再热器出口温度设定值与低温再热器出口温度实际值的比较结果发出对A侧再热烟气挡板的调节指令，以通过A侧再热烟气挡板的开度调节使低温再热器出口温度实际值等于低温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。若A侧再热烟气挡板处于手动控制状态，则根据手动调节的A侧再热器挡板调节指令对A侧再热烟气挡板发出调节指令，一侧挡板有两个挡板，这里称为挡板1和挡板2，分别对两个挡板发出调节指令。通过切换模块无扰嵌入机组再热器烟气调节挡板控制逻辑，使用再热器烟气调节挡板动态优化控制投入模式触发，不对常规再热器烟气调节挡板控制产生影响，保证对机组控制的无扰性。图4中f₁(x)函数为再热器烟气挡板与过热器烟气挡板分配函数，再热器烟气挡板生成规则如下：

表2再热器烟气挡板生成规则关系

再热器烟气挡板指令(％)	0	55	110
				指令修正(％)	0	55	110

进一步优选地，本方案基于机组负荷区间，以及不同负荷下的热效率，动态调整自适应PID的上下限参数，使再热器烟气调节挡板开度与高温再热器出口温度匹配到合理的区间内，防止出现高负荷下由于再热器烟气挡板开度过小产生尾部烟道振动以及低负荷下低温再热器出口管壁温度超限等影响机组安全的现象。如图3中，900MW及以上有一个对应的PID，900MW以下有一个对应的PID，根据负荷自适应选择其中一个PID控制逻辑，即自适应PID的上下限参数。图2以两个区间为例，实际投入使用时，也可能只有一个区间，或者可以由三个及以上区间。

图5以1050MW超超临界火电机组实际运行为例，使用本方案实现再热器挡板优化控制的应用图。从图中可以看到，本方案实现的控制过程中，减温水总体用量非常的少，这是因为本方案通过控制高再入口温度和低再出口温度接近，通过消除高再入口温度与低再出口温度的偏差使减温水用量最少。另外，可以看到挡板指令有几个明显向下走的阶段，而且可以发现这些阶段都是发生在负荷往上走的时候，这是因为，在动态过程中，当负荷增加的时候，烟气量会增加，在同样挡板开度下，再热器吸温会增加，所以在这几个阶段挡板开度会明显减少，所以可以看到，应用本方案实现的控制方法，即使在负荷变动情况下也能够在减温水量大幅度减少使用的情况下实现比较好的控制效果，在保证机组经济性的同时保证再热蒸汽出口温度的控制效果，能够在更大程度上保证电厂的安全性和经济性。

本文所述的获取XX温度实际值，都是使用安装在相应位置的温度传感器或其他能够检测温度的设备获取。本文所述的各个允许偏差范围由本领域技术人员根据具体情况确定，根据实际情况，各个允许偏差范围之间可以一样也可以不一样。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，包括：

S1.获取高温再热器的高温再热器出口温度实际值；

S2.第一控制逻辑基于高温再热器出口温度实际值与高温再热器出口温度设定值生成使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内的减温水导前温度设定值；

S4.以减温水导前温度设定值为基准确定低温再热器出口温度设定值；

S5.比较低温再热器出口温度实际值与低温再热器出口温度设定值，经过第二控制逻辑调节烟气挡板，以使低温再热器出口温度实际值不断接近低温再热器出口温度设定值；

S6.第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值的变化，以及减温水导前温度设定值不断调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内；

S7.不断重复步骤S5-S6直到减温水阀完全关闭；

在高温再热器出口温度实际值超出高温再热器出口温度设定值的允许偏差范围时，重复步骤S1-S7。

2.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，步骤S2和S4之间，还包括S3：

获取此时低温再热器出口温度实际值，第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值和减温水导前温度设定值调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内；

步骤S6为：第一控制逻辑根据低温再热器出口温度实际值的变化，以及最新生成的减温水导前温度设定值不断调节再热器减温水阀，以使高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内；且步骤S7为：不断重复步骤S4-S6直到减温水阀完全关闭，且高温再热器出口温度实际值等于高温再热器出口温度设定值或其允许偏差范围内。

3.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，步骤S3中，将所述的减温水导前温度设定值作为低温再热器出口温度设定值。

4.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，步骤S3之前还包括：

使用偏差修正函数f₂(x)，基于高温再热器出口温度实际值与高温再热器出口温度设定值偏差对低温再热器出口温度设定值进行超前修正；

步骤S3中，将超前修正结果与减温水导前温度设定值叠加作为低温再热器出口温度设定值。

5.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，步骤S3中，将所述的减温水导前温度设定值与用户设置的偏置值叠加作为低温再热器出口温度设定值；

或者，步骤S3中，将超前修正结果、减温水导前温度设定值以及用户设置的偏置值叠加作为低温再热器出口温度设定值。

6.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，步骤S2之前，先判断减温水控制是否处于自动状态，若是，则直接取高温再热器出口温度设定值本身；否则，根据负荷确定自适应设定值，将该自适应设定值作为高温再热器出口温度设定值。

7.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，步骤S4之前，先判断烟气挡板是否处于自动状态，若是，则执行后续步骤，否则，第二控制逻辑不作用。

8.根据权利要求1所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，系统根据不同的负荷区间预存有不同的第二控制逻辑，步骤S5中，根据当前负荷自适应选择相应的第二控制逻辑；

所述的第一控制逻辑和第二控制逻辑均为PID控制逻辑。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法，其特征在于，A侧低温再热器出口连接至B侧高温再热器入口，B侧低温再热器出口连接至A侧高温再热器入口，以使水蒸气在A侧和B侧之间交叉流动。

10.一种基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制系统，其特征在于，用于执行权利要求1-9任意一项所述的基于动态参数优化的火电机组再热蒸汽出口温度控制方法。

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