CN117193015A - 一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火电机组控制技术领域，公开了一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质，方法包括：接收负荷指令；将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，结合锅炉负荷前馈控制信号得到锅炉主控指令；将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，结合预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令。本发明仅以负荷指令作为机组控制目标，能够进行快速有效的火电机组协调控制，保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的运行经济性。

Description

一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及火电机组控制技术领域，具体涉及一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质。

背景技术

现代大型火电机组协调控制系统通常将电功率和主蒸汽压力同时作为控制目标，即双目标控制系统。由于控制系统需同时兼顾电功率和主蒸汽压力，造成火电机组协调控制困难，难以适应当前火电机组的灵活性运行要求。此外，由于目前大规模可再生能源的介入，火电机组处于超低负荷下运行状态，对于超临界机组存在汽水分离器干湿态转换的问题，故常将汽水分离器出口温度或焓值也作为控制目标，即与原有的电功率和主蒸汽压力共同作用，形成三目标控制系统，进一步增加了机组协调控制难度。

针对上述问题，相关学者提出了模型预测控制算法、非线性预测控制算法和多模型预测控制算法等多种火电机组机炉协调控制算法。然而，上述算法存在复杂度高，需要外挂其他系统来辅助实施，难以直接在现有分布式控制系统中组态实现，导致了火电机组控制的高昂成本，影响了火电机组控制的效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质，仅以负荷指令作为机组控制目标，能够进行快速有效的火电机组协调控制，保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的运行经济性，以解决上述技术背景中提出的问题。

第一方面，本发明提供了一种火电机组机炉协调控制方法，火电机组包括锅炉和汽轮机，方法包括：

接收负荷指令；

将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作；

将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

本发明的火电机组机炉协调控制方法仅以负荷指令作为机组控制目标，极大的简化了控制方案；通过接收实际的负荷指令，并以此分别获得锅炉和汽轮机的控制指令，用于实现快速有效的火电机组协调控制；通过预设高压调门阀位反馈控制回路保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的经济运行。本发明能够消除双目标控制方案中由于负荷指令与主蒸汽压力深度耦合引起的参数大幅波动，减少了双目标控制方案造成的较长控制时长，不仅可使机组具有更高的运行灵活性，同时还能保证机组运行在最为经济的工况下，保证了机组的运行经济性。

在一种可选的实施方式中，将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令的过程，包括：

将负荷指令通过比例微分控制器形成锅炉负荷前馈控制回路，得到锅炉负荷前馈控制信号；

将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过比例积分控制器形成锅炉负荷反馈控制回路，得到锅炉负荷反馈控制信号；

将锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到锅炉主控指令。

本发明的锅炉主控指令是基于锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到的。具体地，仅以负荷指令为控制目标，通过对锅炉主控指令设定锅炉负荷前馈控制回路和反馈控制回路两种反馈方式，在保证机组输入的能量与需要的能量基本一致的同时，更能保证机组运行在最为经济的工况下，使机组具有更高的运行灵活性。

在一种可选的实施方式中，将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号的过程，包括：

将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过第一非线性控制环节得到第一输出信号；

将第一输出信号通过比例积分控制器形成汽轮机负荷反馈控制回路，得到汽轮机负荷反馈控制信号。

本发明利用汽轮机负荷反馈控制回路得到汽轮机负荷反馈控制信号来控制汽轮机的工作，汽轮机负荷反馈控制回路使机组具有快速负荷响应能力和一次调频能力，同时有利于降低机组负荷的大幅波动。

在一种可选的实施方式中，预设高压调门阀位反馈控制回路用于使汽轮机高压调门处于最佳运行阀位，则基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令的过程，包括：

将高压调门实际阀位信号与预设最佳运行阀位信号通过偏差比较器得到阀位差值信号，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号；

将汽轮机负荷反馈控制信号与阀位反馈控制信号相加得到汽轮机控制指令。

本发明利用预设高压调门阀位反馈控制回路来保证机组能够始终处于要求的最佳阀位。由于无需考虑汽轮机主汽压力给定值的设置，因此对于滑压运行方式可以省略寻找最优负荷-压力曲线等额外工作，仅需给出最佳运行阀位即可，能够大幅降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性，同时也能保证机组的运行经济性。

在一种可选的实施方式中，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号前，还包括：

将阀位差值信号通过第二非线性控制环节得到第二输出信号；

将第二输出信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

本发明利用第二非线性控制环节来防止阀门频繁动作造成参数的波动，一定程度上有助于降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性。

在一种可选的实施方式中，负荷指令通过负荷指令处理系统生成。

本发明的火电机组的负荷指令通过负荷指令处理系统生成，具有获取便捷的优势，能够适应当前火电机组的灵活性运行要求。

在一种可选的实施方式中，通过设置最佳高压阀门运行阀位来保证火电机组处于滑压运行。

本发明中通过设置最佳高压阀门运行阀位使火电机组处于滑压方式运行，能够使汽轮机高压调节气门保持较大开度，一方面可防止机组快速升负荷期间主蒸汽超压运行，另一方面可保证汽轮机通流部分，尤其是高压缸的蒸汽温度变化较小，不仅降低热应力，有效减少机组疲劳损耗，同时具有较好的运行经济性。

第二方面，本发明提供了一种火电机组机炉协调控制系统，系统包括：

负荷信息接收模块，用于接收负荷指令；

锅炉控制模块，用于将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作；

汽轮机控制模块，用于将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

本发明基于火电机组机炉协调控制系统，仅以电功率作为单一的控制目标，极大的简化了控制方案，可在分布式控制系统中直接组态完成，或在分布式控制系统中对机组原有控制系统稍作修改即可。由于无需考虑汽轮机主汽压力给定值的设置，对于滑压运行方式可以省略寻找最优负荷-压力曲线等额外工作，仅需通过预设高压调门阀位反馈控制回路给出最佳运行阀位即可，能够大幅降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性，保证了机组的运行经济性。

第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种火电机组机炉协调控制方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种火电机组机炉协调控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的火电机组机炉协调控制方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的另一火电机组机炉协调控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例的以锅炉跟随为基础的协调控制方式下的控制图；

图4是根据本发明实施例的火电机组机炉协调控制系统的结构框图；

图5是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。

附图标记说明：

1、锅炉负荷前馈控制器；2、锅炉负荷反馈控制器；3、偏差比较器；4、汽轮机负荷反馈控制器；5、第一非线性控制环节；6、偏差比较器；7、第二非线性控制环节；8、汽轮机高压调门反馈控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。

负荷响应速度慢是制约火电灵活性运行的关键因素之一，当前火电机组频繁参与调峰，利用小时数较低，机组长期处于低负荷工况运行，因此十分有必要提出一种容易在现有分布式控制系统中直接、快速组态完成的新的协调控制方法，以解决现有火电机组协调控制方式存在的双目标或三目标控制难，不能满足火电机组的高灵活性需求的问题。本发明提供一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质，仅以负荷作为机组控制目标，不再同时将负荷和主蒸汽压力共同作为控制目标，即锅炉和汽轮机均以负荷指令为控制目标得到锅炉和汽轮机对应的控制信号。本发明仅以负荷为控制目标的单目标控制方式，极大的简化了火电机组机炉协调控制方案，可在分布式控制系统中直接组态完成，或在分布式控制系统中对机组原有控制系统稍作修改即可，能够消除双目标控制方案中由于负荷指令与主蒸汽压力深度耦合引起的参数大幅波动，减少了双目标控制方案造成的较长控制时长，不仅可使机组具有更高的运行灵活性，同时还能保证机组运行在最为经济的工况下，保证了机组的运行经济性。

根据本发明实施例，提供了一种火电机组机炉协调控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种火电机组机炉协调控制方法，图1是根据本发明实施例的火电机组机炉协调控制方法的流程示意图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S101，接收负荷指令。

在本实施例中，负荷指令通过负荷指令处理系统生成。需要说明的是，该系统负责处理电网调度的负荷分配指令、机组就地设立的负荷指令以及电网频率变化要求的负荷指令等三方面的负荷指令，最终形成实际的负荷指令。

步骤S102，将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作。

需要说明的是，本实施例中锅炉负荷前馈控制在负荷控制中起到初调作用，同时也起到加快负荷反应的作用。

步骤S103，将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

本发明实施例仅以负荷指令作为机组控制目标，通过接收负荷指令处理系统生成的实际负荷指令，极大的简化了控制方案，并以此分别获得锅炉和汽轮机的控制指令，用于快速有效的火电机组协调控制；通过预设高压调门阀位反馈控制回路保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的运行经济性。本发明能够消除双目标控制方案中由于负荷指令与主蒸汽压力深度耦合引起的参数大幅波动，减少了双目标控制方案造成的较长控制时长，不仅可使机组具有更高的运行灵活性，同时还能保证机组运行在最为经济的工况下，保证了机组的运行经济性。

在本实施例中，通过设置最佳高压阀门运行阀位来保证火电机组处于滑压运行。

需要说明的是，滑压运行作为提高大容量火电机组低负荷运行经济性的有效方法，为目前大多数火电机组所采用。滑压运行实际为保持汽轮机高压调门在某一开度下不变，以减少调门的节流损失来提高机组运行的经济性。具体地，在汽轮机调节汽门节流很小的情况下，通过锅炉改变负荷，使调节汽门前的主蒸汽温度不变，主蒸汽压力随负荷变化的运行方式。现有火电机组协调控制系统即是根据这一原理来确定主汽压力给定值。但其通常作法为，首先通过计算或根据试验得到给定高压调门开度下的负荷与主汽压力关系曲线，再以该关系曲线为依据来确定主蒸汽压力给定值。然而无论是通过计算还是试验得到的这一关系曲线均是在某一边界条件下得到的，当边界条件发生变化，如环境温度的改变、供热机组对外供热量的改变等，都会使负荷-主汽压力这一关系曲线发生显著变化，此时仍以原曲线为依据来确定主汽压力给定值，那么高压调门的阀位就会偏离最优值。如果将给定的最佳阀位也作为控制目标的话，则机组会在压力给定值和阀位给定值之间往复寻优，很难稳定下来，造成机组运行波动，增加调节过程时长，不适应当前电网对火电机组提出的负荷快速变化的要求。

本申请实施例通过预设高压调门阀位反馈控制回路以保证高压调门能始终处于最佳的给定阀位处，由此保证了机组始终处于最佳运行状态。

在本实施例中提供了一种火电机组机炉协调控制方法，图2是根据本发明实施例的另一火电机组机炉协调控制方法的流程示意图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S201，接收负荷指令。详细请参见图1所示实施例的步骤S101，在此不再赘述。

步骤S202，将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作。

具体地，上述步骤S202包括：

步骤S2021，将负荷指令通过比例微分控制器形成锅炉负荷前馈控制回路，得到锅炉负荷前馈控制信号。

在本实施例中，将来自负荷指令处理系统生成的负荷指令P₀通过比例微分控制器直接作用于锅炉主控指令M_B形成前馈控制，使负荷指令P₀与锅炉主控指令M_B保持一致。具体地，锅炉负荷前馈控制回路作为负荷控制的基本组成部分，保证机组输入的能量与需要的能量基本一致，在负荷控制中起到初调作用，同时也起到加快负荷反应的作用。考虑到锅炉反映较慢，本控制回路中增加微分调节作用主要是利用其超调作用，有利于克服动态偏差；在本控制回路中，比例调节作用由于动作快，可快速减小控制偏差，并有助于抑制干扰。

步骤S2022，将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过比例积分控制器形成锅炉负荷反馈控制回路，得到锅炉负荷反馈控制信号。

在本实施例中，将来自于负荷指令处理系统生成的负荷指令P₀与实际电功率P_E通过偏差比较器得到功率差值信号ΔP＝P₀-P_E，功率差值信号ΔP也称作负荷偏差指令；将功率差值信号ΔP通过比例积分控制器直接作用于锅炉主控指令M_B形成反馈控制。具体地，在本控制回路中，比例调节作用由于动作快，可快速减小控制偏差，并有助于抑制干扰；积分调节作用则致力于消除调节误差。

步骤S2023，将锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到锅炉主控指令。

在本实施例中，将锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加后得到锅炉主控指令M_B，用于实现对锅炉的控制。本发明实施例中的锅炉主控指令是基于锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到的，以负荷指令为控制目标通过设定过滤的锅炉负荷前馈控制回路和反馈控制回路共同作用于锅炉的控制指令。

步骤S203，将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

具体地，上述步骤S203中将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号的过程，包括：

步骤S2031，将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过第一非线性控制环节得到第一输出信号。

需要说明的是，本实施例中的第一非线性控制环节为预设的非线性函数，用于将功率差值信号ΔP通过非线性函数进行输出控制，得到对应的第一输出信号，即非线性函数f(x)，当x变化幅度较小时，f(x)按给定关系输出，当变化幅度较大(超出规定幅度)时，输出保持不变，仅作为举例说明，不以此为限制，依据实际需求适应性调整。

步骤S2032，将第一输出信号通过比例积分控制器形成汽轮机负荷反馈控制回路，得到汽轮机负荷反馈控制信号。

在本实施例中，将第一输出信号通过比例积分控制器直接作用于汽轮机主控指令M_T形成反馈控制，得到汽轮机负荷反馈控制信号。需要说明的是，汽轮机负荷反馈控制回路中的比例积分控制器具有的比例调节作用和积分调节作用在锅炉负荷反馈控制回路已详细描述，在此不再赘述。

实际应用中，汽轮机主控指令M_T是直接作用于汽轮机调节汽门，此时通过调节汽门开启增加负荷主要利用了机组金属蓄热的能量，虽然可快速增加负荷，但负荷的增加不能持续。一次调频能力实际上也需要的是负荷的快速响应能力。汽轮机主控指令M_T采用的反馈控制方式，其机组的负荷主要由锅炉控制，即通过改变锅炉燃料量加以控制负荷。考虑到锅炉对负荷的响应速度较慢，通过短时开大汽轮机进汽调门以利用机组的金属蓄热量来提升负荷的响应速度和一次调频能力，该过程完成后，再结合预设高压调门阀位反馈控制回路将其重新拉回给定的最佳阀位处。

实际火电机组运行过程中，由于在确定的边界条件下，当高压调门阀位不变时，主汽压力与负荷是单值关系，因此只要控制好了负荷，那么主蒸汽压力也就处于其应在的范围，也即负荷变化平稳，则主汽压力变化也就相对平稳。因而，在本实施例中，通过预设高压调门阀位反馈控制回路来使汽轮机高压调门处于最佳运行阀位处，以使整个火电机组机炉协调控制为单目标的控制。

需要说明的是，本实施例中对于主蒸汽压力的控制主要是防止其超压从而威胁机组运行安全，具体要求机组在给定的最佳阀位下运行(预设高压调门阀位反馈控制回路)，该给定的最佳阀位一方面考虑了运行的经济性，同时也考虑使其适应一个较宽的负荷范围，在该负荷范围内，机组处于滑压运行状态。因此在低于额定负荷的部分负荷下运行时，其压力总是低于额定压力，即使压力有所波动也很难超过额定压力，故机组总是处于安全状态。另外机组以该种方式实现的滑压运行较定压运行而言，汽轮机内蒸汽温度变化大幅降低，从而降低了汽缸、转子等金属部件的热应力，使机组运行更加安全。

在本实施例中，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令的过程，包括：

步骤A1，将高压调门实际阀位信号与预设最佳运行阀位信号通过偏差比较器得到阀位差值信号，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

在本实施例中，预设最佳运行阀位信号μ_T0是基于实际应用中火电机组机炉协调控制处于最佳运行工况时设定的，在此不做具体限制，依据实际机组最优运行工况确定。具体地，将给定的预设最佳运行阀位信号μ_T0与高压调门实际阀位信号μ_T通过偏差比较器得到阀位差值信号Δμ＝μ_T0-μ_T，将阀位差值信号Δμ通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

步骤A2，将汽轮机负荷反馈控制信号与阀位反馈控制信号相加得到汽轮机控制指令。

本发明实施例利用预设高压调门阀位反馈控制回路来保证机组能够始终处于要求的最佳阀位。由于无需考虑汽轮机主汽压力给定值的设置，因此对于滑压运行方式可以省略寻找最优负荷-压力曲线等额外工作，仅需给出最佳运行阀位即可，能够大幅降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性，同时也能保证机组的运行经济性。

在本实施例中，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号前，还包括：

步骤B1，将阀位差值信号通过第二非线性控制环节得到第二输出信号。

需要说明的是，本实施例中的第二非线性控制环节为预设的非线性函数，用于将阀位差值信号Δμ通过非线性函数进行输出控制，得到对应的第二输出信号。第二非线性控制环节具有如下函数功能，当Δμ较小时，其输出保持原状态不变；当Δμ较大时，才有有效输出，得到第二输出信号用于避免汽轮机调门的频繁动作而引起负荷及汽压的波动。具体地，第二非线性控制环节对应的非线性函数f(x)，当x变化幅度较小时，f(x)输出为0，当变化幅度较大(超出规定幅度)时，按给定关系输出，仅作为举例说明，不以此为限制，依据实际需求适应性调整。

步骤B2，将第二输出信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

本发明实施例中利用第二非线性控制环节以防止阀门频繁动作造成参数的波动，有助于降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性。

在一具体实施方式中，以某600MW超临界燃煤机组为例，实现火电机组机炉协调控制方案，其具有代表性的以锅炉跟随为基础的协调控制方式下的控制图如图3所示。需要说明的是，该控制图采用美国科学仪器制造协会(scientific apparatus maker’sassociation)图例，即SAMA图例绘制。由图3可知，锅炉负荷前馈控制器1，具有比例调节和微分调节作用；锅炉负荷反馈控制器2，具有比例调节和积分调节作用；偏差比较器3，用于负荷指令与实际电功率比较；汽轮机负荷反馈控制器4，具有比例调节和积分调节作用；第一非线性控制环节5；偏差比较器6，用于预设最佳运行阀位信号与高压调门实际阀位信号的比较；第二非线性控制环节7；汽轮机高压调门反馈控制器8，具有比例调节和积分调节作用。

由图3可知，该控制方案中没有主蒸汽压力控制回路，仅有负荷控制回路。为了保持汽轮机高压调门始终处于最佳阀位下，设置了阀位保持控制回路。即汽轮机高压调门在某负荷范围内保持阀位不变，在一定条件下不参与负荷的调整，也不参与主蒸汽压力的调整，而主要通过锅炉控制机组的负荷。这种设置即保证了机组运行的经济性，又可使机组采用滑压方式运行，使机组在部分负荷运行时难以超压。

针对该机组的具体控制方案及相关设置如下所述：

步骤C1，当机组新的负荷指令P₀发出时，一路送入锅炉负荷前馈控制器1，即包含比例调节和微分调节(K+dc(t)/dt)的控制器直接作用于锅炉主控指令M_B形成前馈控制，作为负荷控制的基本组成部分，保证机组输入的能量与需要的能量基本一致，在负荷控制中起到初调作用，同时也起到加快负荷反应的作用。

步骤C2，负荷指令P₀另一路与实际电功率P_E通过偏差比较器3，其差值信号ΔP＝P₀-P_E(即负荷偏差指令)同样分为两路。

步骤C3，形成的差值信号ΔP，其中一路进入由具有比例调节和积分调节(K+∫c(t)dt)的控制器作用的锅炉负荷反馈控制器2后与前馈信号相加后用于改变锅炉主控指令M_B。

步骤C4，当负荷偏差指令ΔP较小时，可利用机组系统蓄热提升机组的快速负荷响应能力，即将ΔP另一路信号引入第一非线性控制环节5，当负荷偏差指令ΔP小于机组蓄热可提供的负荷补偿能力时，该环节按规定曲线输出信号，当超出其补偿能力范围时，输出信号维持不变，不再增加。第一非线性控制环节5的输出(f(x))信号经具有比例调节和积分调节(K+∫c(t)dt)作用的汽轮机负荷反馈控制器4，再作用于汽轮机主控指令M_T。该回路使机组具有快速负荷响应能力和一次调频能力，同时有利于降低机组负荷的大幅波动。

步骤C5，给定的高压调门阀位指令μ_T0与实际阀位信号μ_T经偏差比较器6后，其差值信号Δμ＝μ_T0-μ_T经第二非线性控制环节7后引入汽轮机高压调门反馈控制器8作用于汽轮机主控指令M_T。至此通过设定的机组新的负荷指令P₀得到锅炉主控指令M_B和汽轮机主控指令M_T，即实现了某600MW超临界燃煤机组机炉协调控制方案。

需要说明的是，本实施例的火电机组机炉协调控制方法适用于包括超临界机组在内的各参数等级以及各类型燃煤火电机组。

综上，本发明实施例的火电机组机炉协调控制方法，适用于各参数等级及各类型燃煤火电机组。该方法不再将电功率和主蒸汽压力二者一道作为控制目标，仅以电功率作为单一的控制目标，极大的简化了控制方案，可方便的在分布式控制系统中直接组态完成，或在分布式控制系统中对机组原有控制系统稍作修改即可。由于无需考虑主汽压力给定值的设置，因此对于滑压运行方式可以省略寻找最优负荷-压力曲线等额外工作，仅需给出最佳运行阀位即可。由于该方法可大幅降低机组运行参数的波动，故可使机组具有较好的运行灵活性，同时也能保证机组的运行经济性。

在本实施例中还提供了一种火电机组机炉协调控制系统，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的术语“模块”，其可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本发明提供一种火电机组机炉协调控制系统，如图4所示，火电机组机炉协调控制系统400包括：

负荷信息接收模块401，用于接收负荷指令。

锅炉控制模块402，用于将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作。

汽轮机控制模块403，用于将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

在一些可选的实施方式中，锅炉控制模块402包括：前馈控制单元、反馈控制单元和锅炉主控单元；其中，前馈控制单元，用于将负荷指令通过比例微分控制器形成锅炉负荷前馈控制回路，得到锅炉负荷前馈控制信号；反馈控制单元，用于将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过比例积分控制器形成锅炉负荷反馈控制回路，得到锅炉负荷反馈控制信号；锅炉主控单元，用于将锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到锅炉主控指令。

在一些可选的实施方式中，汽轮机控制模块403包括：第一输出单元和汽轮机反馈单元；其中，第一输出单元，用于将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过第一非线性控制环节得到第一输出信号；汽轮机反馈单元，用于将第一输出信号通过比例积分控制器形成汽轮机负荷反馈控制回路，得到汽轮机负荷反馈控制信号。

在一些可选的实施方式中，汽轮机控制模块还403还包括：阀位反馈控制信号获取单元和汽轮机主控单元；阀位反馈控制信号获取单元，用于将高压调门实际阀位信号与预设最佳运行阀位信号通过偏差比较器得到阀位差值信号，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号；汽轮机主控单元，用于将汽轮机负荷反馈控制信号与阀位反馈控制信号相加得到汽轮机控制指令。

在一些可选的实施方式中，阀位反馈控制信号获取单元包括：第二输出单元子和阀位反馈控制信号子单元；其中，第二输出单元子单元，用于将阀位差值信号通过第二非线性控制环节得到第二输出信号；阀位反馈控制信号子单元，用于将第二输出信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

在一些可选的实施方式中，火电机组机炉协调控制系统400还包括：负荷信息接收单元，用于负荷指令通过负荷指令处理系统生成。

在一些可选的实施方式中，火电机组机炉协调控制系统400还包括：运行阀位确定单元，用于通过设置最佳高压阀门运行阀位来保证火电机组处于滑压运行。

上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中的火电机组机炉协调控制系统是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit,专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

本发明实施例的火电机组机炉协调控制系统，仅以负荷指令作为机组控制目标，能够进行快速有效的火电机组协调控制，保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的运行经济性。

本发明实施例还提供一种计算机设备，请参阅图5，图5是本发明可选实施例提供的上述计算机设备的结构示意图，如图5所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图5中以一个处理器10为例。

处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。

其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。

存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。

该计算机设备还包括输入装置30和输出装置40。处理器10、存储器20、输入装置30和输出装置40可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

输入装置30可接收输入的数字或字符信息，以及产生与该火电机组运行控制单元的用户设置以及功能控制有关的信号输入，例如触摸屏、小键盘、鼠标、轨迹板、触摸板、指示杆、一个或者多个鼠标按钮、轨迹球、操纵杆等。输出装置40可以包括显示设备、辅助照明装置(例如，LED)和触觉反馈装置(例如，振动电机)等。上述显示设备包括但不限于液晶显示器，发光二极管，显示器和等离子体显示器。在一些可选的实施方式中，显示设备可以是触摸屏。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器主控芯片或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种火电机组机炉协调控制方法，所述火电机组包括锅炉和汽轮机，其特征在于，所述方法包括：

接收负荷指令；

将所述负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将所述负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于所述锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，所述锅炉主控指令用于控制锅炉工作；

将所述负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于所述汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，所述汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

2.根据权利要求1所述的火电机组机炉协调控制方法，其特征在于，将所述负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将所述负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于所述锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令的过程，包括：

将所述负荷指令通过比例微分控制器形成锅炉负荷前馈控制回路，得到锅炉负荷前馈控制信号；

将所述负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将所述功率差值信号通过比例积分控制器形成锅炉负荷反馈控制回路，得到锅炉负荷反馈控制信号；

将所述锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到锅炉主控指令。

3.根据权利要求1所述的火电机组机炉协调控制方法，其特征在于，将所述负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号的过程，包括：

将所述负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将所述功率差值信号通过第一非线性控制环节得到第一输出信号；

将所述第一输出信号通过比例积分控制器形成汽轮机负荷反馈控制回路，得到汽轮机负荷反馈控制信号。

4.根据权利要求1所述的火电机组机炉协调控制方法，其特征在于，所述预设高压调门阀位反馈控制回路用于使汽轮机高压调门处于最佳运行阀位，则基于所述汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令的过程，包括：

将高压调门实际阀位信号与预设最佳运行阀位信号通过偏差比较器得到阀位差值信号，将所述阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号；

将所述汽轮机负荷反馈控制信号与阀位反馈控制信号相加得到汽轮机控制指令。

5.根据权利要求4所述的火电机组机炉协调控制方法，其特征在于，将所述阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号前，还包括：

将所述阀位差值信号通过第二非线性控制环节得到第二输出信号；

将所述第二输出信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

6.根据权利要求1所述的火电机组机炉协调控制方法，其特征在于，所述负荷指令通过负荷指令处理系统生成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的火电机组机炉协调控制方法，其特征在于，通过设置最佳高压阀门运行阀位来保证火电机组处于滑压运行。

8.一种火电机组机炉协调控制系统，其特征在于，所述系统包括：

负荷信息接收模块，用于接收负荷指令；

锅炉控制模块，用于将所述负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将所述负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于所述锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，所述锅炉主控指令用于控制锅炉工作；

汽轮机控制模块，用于将所述负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于所述汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，所述汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至7中任一项所述的火电机组机炉协调控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至7中任一项所述的火电机组机炉协调控制方法。