CN115898565A - 基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法及系统，属于火力发电机组控制技术领域。首先根据主蒸汽压力反馈值、主蒸汽压力设定值、过热度设定值和过热度反馈值计算得到煤水分配系数；然后根据过热度设定值、过热度反馈值和煤水分配系数计算得到给水修正量指令；根据过热度设定值、过热度反馈值和煤水分配系数计算得到给煤修正量指令；最后分别将给水修正量指令送入给水主控，将给煤修正量指令送入燃料主控。本发明通过在过热度控制策略中引入煤水分配系数，使得机组煤量、水量相互配合、合理动作，在抑制过热度偏差的同时，兼顾主蒸汽压力的控制，从而获得更好的控制效果，保证机组安全运行。

Description

基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法及系统

技术领域

本发明属于火力发电机组控制技术领域，具体涉及一种基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法及系统。

背景技术

近年来随着环保考核指标的提高和竞争压力的增大，火电厂的生存环境日趋复杂，不仅要保证安全生产，更要追求更低的发电煤耗和更高的利润。在这种背景下，超临界机组获得了越来越多的关注。相比于亚临界机组，超临界机组热效率高、热耗低，可以有效地降低能源消耗和污染物排放，并且锅炉惯性小，变负荷速率快，非常适合当前燃煤机组调峰的大趋势，因此到目前为止，超临界直流机组已经成为国内火电厂发展的主流。

虽然超临界直流锅炉有着诸多优点，但是随着锅炉蓄热能力下降、主要参数提高、煤水耦合程度增大，机组的控制难度也骤然增加。进入锅炉的煤量和水量任何不合理的动作都会对主蒸汽压力、主蒸汽温度造成直接的影响，而主汽温、主汽压等重要参数的波动不仅会影响机组带负荷的能力，更会对机组安全运行造成巨大的隐患。因此相比于亚临界机组，超临界机组对控制系统提出了更高的要求。

其中过热度作为超临界机组协调控制的重要参数，其控制效果会对主蒸汽温度产生直接的影响。只有将过热度的波动控制在一个合理的范围内，主蒸汽温度才能获得更好的控制效果。而过热度的控制效果与机组煤量、水量动作耦合严重，只有煤量、水量动作合理才能有效抑制过热度的扰动。

在传统的过热度控制策略中，通常采用单一的煤量或者水量对过热度进行调节，虽然能获得较好的控制效果，但由于超临界机组主蒸汽温度和压力耦合严重，传统的控制策略在调整过热度的同时没有兼顾主蒸汽压力，在一些特定情况下会造成主蒸汽压力偏差增大，影响机组安全运行。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法及系统，通过在过热度控制策略中引入煤水分配系数，使得机组煤量、水量相互配合、合理动作，在抑制过热度偏差的同时，兼顾主蒸汽压力的控制，从而获得更好的控制效果，保证机组安全运行。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，包括：

S1：根据主蒸汽压力反馈值、主蒸汽压力设定值、过热度设定值和过热度反馈值计算得到煤水分配系数；

S2：根据过热度设定值、过热度反馈值和S1得到煤水分配系数计算得到给水修正量指令；

S3：根据过热度设定值、过热度反馈值和S1得到煤水分配系数计算得到给煤修正量指令；

S4：将S2得到的给水修正量指令送入给水主控；

S5：将S3得到的给煤修正量指令送入燃料主控。

优选地，S1具体为：由主蒸汽压力反馈值计算得到主蒸汽压力反馈值的微分信号；主蒸汽压力设定值减去主蒸汽压力反馈值的微分信号与主蒸汽压力反馈值叠加得到的信号，得到主蒸汽压力偏差信号；

由过热度反馈值计算得到过热度反馈值微分信号；过热度设定值减去过热度反馈值微分信号与过热度反馈值叠加得到的信号，得到过热度偏差信号；

将主蒸汽压力偏差信号与过热度偏差信号相乘，所得结果通过分段函数转化为煤水分配系数。

进一步优选地，主蒸汽压力偏差信号与过热度偏差信号相乘后，若结果为正数，则通过修正煤量调整机组过热度；若结果为0或负数，则通过修正水量调整机组过热度。

优选地，S2具体为：过热度设定值减去过热度反馈值所得结果与S1得到煤水分配系数相乘，得到的结果与过热度反馈值相加，所得结果作为PID控制器的反馈值，将过热度设定值作为PID控制器的设定值，通过PID控制器计算得到给水修正量指令。

优选地，S3具体为：常数1减去S1得到煤水分配系数，所得结果与过热度设定值减去过热度反馈值所得结果相乘，所得结果与过热度反馈值相加，所得结果作为PID控制器的反馈值，将过热度设定值作为PID控制器的设定值，通过PID控制器计算得到给煤修正量指令。

优选地，S4具体为：将锅炉主控信号输入锅炉负荷-水量曲线，所得结果加上S2得到的给水修正量指令与给水动态前馈之和，得到锅炉总水量指令送入给水主控。

优选地，S5具体为：将锅炉主控信号输入锅炉负荷—煤量曲线，所得结果加上S3得到的给煤修正量指令与给煤动态前馈之和，得到锅炉总煤量指令送入燃料主控。

本发明公开了一种实现上述基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法的系统，包括：

煤水分配系数计算单元，根据主蒸汽压力反馈值、主蒸汽压力设定值、过热度设定值和过热度反馈值计算得到煤水分配系数；

给水修正量指令计算单元，根据过热度设定值、过热度反馈值和煤水分配系数计算得到给水修正量指令；

给煤修正量指令计算单元，根据过热度设定值、过热度反馈值和煤水分配系数计算得到给煤修正量指令；

给水修正量指令发送单元，将给水修正量指令送入给水主控；

给煤修正量指令发送单元，将给煤修正量指令送入燃料主控。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，相比于传统的过热度控制方法，本发明在过热度控制中引入了煤水分配系数的概念，在调整过热度的同时兼顾了主蒸汽压力的控制，在快速抑制过热度偏差的同时，不会造成主蒸汽压力控制效果恶化，影响机组安全运行。同时，相比于传统的过热度控制方法，本发明不再仅仅依赖单一煤量或水量对过热度进行调整，而是通过引入煤水分配系数，使煤量和水量相互配合。通过分析过热度偏差及其变化趋势和主蒸汽压力偏差及其变化趋势，让分配系数合理变化，针对不同的工况，采取不同的调整策略，从而获得更好的控制效果。。

本发明公开的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制系统，构建简单，自动化程度高，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的系统逻辑图；

图2为本发明的总给水指令、总给煤指令计算系统逻辑图；

图3为本发明的系统示意图。

图中：1～33分别为信号1～信号33，F1为分离器出口温度信号，F2为分离器出口压力信号，F3为过热度设定值信号，F4为过热度反馈值信号，f(x)为压力对应饱和温度曲线，WFR为过热度控制系统，F5为水量修正信号，F6为煤量修正信号，FWD为给水主控，FMD为燃料主控。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图3所示，本实施例的系统及主要技术思路为，取汽水分离器出口温度测点信号F1，分离器出口压力信号F2，运行人员手动设定的过热度设定值信号F3，用信号F1减去信号F2对应的饱和温度，获得过热度反馈值信号F4，将信号F3和信号F4送入过热度控制系统WFR，计算得到给水量修正信号F5，给煤量修正信号F6，将F5送入机组给水主控FWD，将F6送入机组燃料主控FMD，修正总煤量信号和总水量信号，调整锅炉给煤量和给水量，对机组过热度进行控制。

如图1和图2所示，本实施例的系统中，包括PID模块、若干模拟量输入模块、惯性模块、加法模块、分段函数模块、模拟量输出模块和乘法模块，本发明的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法包括以下步骤：

步骤一：计算煤水分配系数，方法如下：

信号1(主蒸汽压力反馈值)作为输入进入一个惯性模块，获得信号3，信号1减去信号3，得到信号4(主蒸汽压力反馈值的微分信号)，将信号1叠加信号4得到信号5，再用信号2(主蒸汽压力设定值)减去信号5获得信号6(主蒸汽压力偏差信号)。与主蒸汽压力的处理方法类似，信号7(过热度反馈值)经过一个惯性模块得到信号9，信号7减去信号9得到信号10(过热度反馈值微分信号)，将信号7与信号10叠加得到信号11，再用信号8(过热度设定值)减去信号11得到信号12(过热度偏差信号)。处理完成后，将信号6(主蒸汽压力偏差信号)与信号12(过热度偏差信号)相乘，得到信号13。信号13为正数时，代表主蒸汽压力超压且过热度高于设定值的情况或者主蒸汽压力欠压且过热度低于设定值的情况，这种情况下，应该尽可能用煤量对过热度进行调整。而信号13为负数时，代表主蒸汽压力超压且过热度低于设定值的情况或者主蒸汽压力欠压且过热度高于设定值的情况，此时应该用水来调整过热度。信号13再通过分段函数模块转化为信号14(煤水分配系数)，信号14取值范围为[0，1]，其中分段函数设置如表1。

表1

X	-10	-5	-3	-1	0	1	3	5	10
										Y	1	1	1	1	1	0.7	0.5	0.4	0.3

步骤二：计算给水修正量指令，方法如下：

在得到信号14(煤水分配系数)后，用信号8(过热度设定值)减去信号7(过热度反馈值)得到信号15，再将信号15乘以信号14得到信号16。将信号16与信号7相加，得到信号17。将信号8作为PID控制模块的设定值，将信号17作为PID控制器模块的反馈值，就可以通过PID模块计算获得信号18(调节过热度的水量指令)。

步骤三：计算给煤修正量指令，方法如下：

在得到信号14(煤水分配系数)后，用信号19(常数1)减去信号14得到信号20。用信号8(过热度设定值)减去信号7(过热度反馈值)得到信号21，再将信号21乘以信号20得到信号22。将信号22与信号7相加，得到信号23。将信号8作为PID模块的设定值，将信号23作为PID控制模块的反馈值，就可以通过PID模块计算获得信号24(调节过热度的煤量指令)。

步骤四：将给水修正量送入给水主控，方法如下：

信号18(给水修正量)与信号25(给水动态前馈)相加得到信号28，信号26(锅炉主控)送入多端函数模块1，函数模块输出为信号29，函数为锅炉负荷—水量曲线。信号29与信号28相加得到信号32(锅炉总水量指令)。

步骤五：将给煤修正量送入燃料主控，方法如下：

信号24(给煤修正量)与信号27(给煤动态前馈)相加得到信号31，信号26(锅炉主控)送入多端函数模块2，函数模块输出为信号30，函数为锅炉负荷—煤量曲线。信号30与信号31相加得到信号33(锅炉总煤量指令)。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，包括：

S1：根据主蒸汽压力反馈值、主蒸汽压力设定值、过热度设定值和过热度反馈值计算得到煤水分配系数；

S2：根据过热度设定值、过热度反馈值和S1得到煤水分配系数计算得到给水修正量指令；

S3：根据过热度设定值、过热度反馈值和S1得到煤水分配系数计算得到给煤修正量指令；

S4：将S2得到的给水修正量指令送入给水主控；

S5：将S3得到的给煤修正量指令送入燃料主控。

2.如权利要求1所述的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，S1具体为：由主蒸汽压力反馈值计算得到主蒸汽压力反馈值的微分信号；主蒸汽压力设定值减去主蒸汽压力反馈值的微分信号与主蒸汽压力反馈值叠加得到的信号，得到主蒸汽压力偏差信号；

由过热度反馈值计算得到过热度反馈值微分信号；过热度设定值减去过热度反馈值微分信号与过热度反馈值叠加得到的信号，得到过热度偏差信号；

将主蒸汽压力偏差信号与过热度偏差信号相乘，所得结果通过分段函数转化为煤水分配系数。

3.如权利要求2所述的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，主蒸汽压力偏差信号与过热度偏差信号相乘后，若结果为正数，则通过修正煤量调整机组过热度；若结果为0或负数，则通过修正水量调整机组过热度。

4.如权利要求1所述的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，S2具体为：过热度设定值减去过热度反馈值所得结果与S1得到煤水分配系数相乘，得到的结果与过热度反馈值相加，所得结果作为PID控制器的反馈值，将过热度设定值作为PID控制器的设定值，通过PID控制器计算得到给水修正量指令。

5.如权利要求1所述的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，S3具体为：常数1减去S1得到煤水分配系数，所得结果与过热度设定值减去过热度反馈值所得结果相乘，所得结果与过热度反馈值相加，所得结果作为PID控制器的反馈值，将过热度设定值作为PID控制器的设定值，通过PID控制器计算得到给煤修正量指令。

6.如权利要求1所述的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，S4具体为：将锅炉主控信号输入锅炉负荷-水量曲线，所得结果加上S2得到的给水修正量指令与给水动态前馈之和，得到锅炉总水量指令送入给水主控。

7.如权利要求1所述的基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法，其特征在于，S5具体为：将锅炉主控信号输入锅炉负荷—煤量曲线，所得结果加上S3得到的给煤修正量指令与给煤动态前馈之和，得到锅炉总煤量指令送入燃料主控。

8.一种实现权利要求1～7任意一项所述基于煤水分配系数的超临界火电机组过热度控制方法的系统，其特征在于，包括：

煤水分配系数计算单元，根据主蒸汽压力反馈值、主蒸汽压力设定值、过热度设定值和过热度反馈值计算得到煤水分配系数；

给水修正量指令计算单元，根据过热度设定值、过热度反馈值和煤水分配系数计算得到给水修正量指令；

给煤修正量指令计算单元，根据过热度设定值、过热度反馈值和煤水分配系数计算得到给煤修正量指令；

给水修正量指令发送单元，将给水修正量指令送入给水主控；

给煤修正量指令发送单元，将给煤修正量指令送入燃料主控。

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