CN208521174U - 一种火电厂电蓄热调峰控制集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种火电厂电蓄热调峰控制集成系统，以电蓄热调峰优化控制系统为核心，所述电蓄热调峰优化控制系统分别通讯模块连接NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统以及控制终端，所述NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统连接所述通讯模块，其中所述NCS系统采集全厂线路有功功率，所述ECS系统采集机组高热变、高厂变、励磁变、以及脱硫变有功功率，所述DCS系统分散控制电气信号、热机信号以及供热系统参数，所述电锅炉控制系统接受并执行对电锅炉系统的控制命令。本实用新型系统能够进一步提高系统自动控制功能，协调控制电锅炉、蓄热系统、汽轮机抽汽、发电机负荷、全厂上网功率等逻辑关系，实现调峰收益最大化、管理信息化等目标。

Description

一种火电厂电蓄热调峰控制集成系统

技术领域

本实用新型涉及一种电蓄热调峰控制集成系统，具体地，涉及一种基于综合效益最大化的火电厂电蓄热调峰控制集成系统。

背景技术

蓄热调峰装置属于新兴的技术产品，由于没有成型的联合控制系统，大部分设备只能靠运行人员手动操作、手动调整，系统之间的关联关系只能靠运行人员的经验进行判断及操作。

现有的常规技术中存在以下几点不足:

1.深度调峰的精准性不足，给设备安全运行带来隐患。电蓄热调峰系统运行后，不能充分发挥出创造效益最大化的作用。

2.不能及时响应电网深度调峰调度指令，存在从电网吸收有功功率的风险。

3.系统间的关联操作需依靠运行人员人为判断，响应速度慢。

4.运维人员及管理人员对设备运行可靠性及维护的判断依据不足。

因此，亟需开发一种提高系统自动控制功能、实现调峰收益最大化、自动化管理的电蓄热调峰控制集成系统。

实用新型内容

为彻底解决上述问题，本实用新型提供一种基于综合效益最大化的火电厂电蓄热调峰控制集成系统，能够解决为进一步提高系统自动控制功能，协调控制电锅炉、蓄热系统、汽轮机抽汽、发电机负荷、全厂上网功率等逻辑关系的问题，实现调峰收益最大化、管理信息化等目标。

本控制集成系统以成熟可靠的PLC控制系统为载体，独立于电锅炉控制系统、主机DCS(又叫分散控制系统，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯 (Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本原理是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便)、ECS系统(电厂厂用电气监控管理系统，Electric Control System，是将原来的DCS系统中的电气部分独立出来进行专业管理，实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、控制、分析等综合功能。协调发电厂热控与电气自动化的同步发展，全面提高发电厂的自动化水平和厂用控制管理水平，保证发电厂运行的安全性和可靠性，增强发电厂在当前电力市场经济运行的优势和竞争能力)、NCS系统(英文全称是：networked control system,网络化控制系统，电厂NCS的含义为网络终端控制)，并经通信与上述系统连接，通过采集电锅炉运行状态参数、汽轮机抽汽供热参数、发电机负荷参数、全厂上网有功功率、高加变有功功率等数据，经逻辑判断后，在确保机组安全的前提下，将升降负荷、蓄放热、开关汽轮机供热抽汽调门等控制指令作用于电锅炉控制系统、主机DCS系统，从而实现参数调整精准化、过程控制自动化、调峰收益最大化等目标。

本实用新型的具体方案如下：

一种基于综合效益最大化的火电厂电蓄热调峰控制集成系统，其特征在于，以电蓄热调峰优化控制系统为核心，所述电蓄热调峰优化控制系统分别通讯模块连接NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统以及控制终端，所述NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统连接所述通讯模块，其中所述NCS系统采集全厂线路有功功率，所述ECS系统采集机组高热变、高厂变、励磁变、以及脱硫变有功功率，所述DCS系统分散控制电气信号、热机信号以及供热系统参数，所述电锅炉控制系统接受并执行对电锅炉系统的控制命令。

在另一实施方案中，所述控制终端为2个(或若干)控制终端，协调控制套控制系统。

在另一实施方案中，所述电蓄热调峰优化控制系统分别与所述NCS系统、 ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统的连接电路中还包括一隔离装置。

本实用新型能够取得的优点和效果：

1.优化控制系统后，电蓄热调峰装置响应电网调度调峰指令的速度更快，更有利于整套系统(电网、电厂、调峰装置)的经济、稳定运行。

2.将电蓄热调峰装置、电厂抽汽供热系统、电厂机组、热用户紧密结合在一起，实现整体协调、控制，确保各设备、系统运行在最佳工作状态，减少人员误操作的风险。

3.实现精准控制，充分体现出电锅炉及蓄热罐联合运行实现热电厂热电解耦的设计理念，发挥电蓄热调峰装置的作用，在保证各设备、系统安全运行的前提下，实现电蓄热调峰装置运行后的效益最大化。

4.为运维人员及生产管理人员提供各生产系统实时信息，便于进行运行状态的判断、分析和调整。指导运维人员通过调整运行方式和参数使各系统保持在最佳工况下运行。为设备维护工作提供依据，保证设备的安全性、可靠性、经济性，充分发挥电蓄热调峰装置的潜能，实现效益最大化。

附图说明

图1为本实用新型控制集成系统的结构示意图；

图2为本实用新型控制集成系统的通讯模块连接示意图；

1-电蓄热调峰优化控制系统，2-NCS系统，3-ECS系统，4-DCS系统，5- 电锅炉控制系统，6-控制终端。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的控制集成系统的结构以及控制方式作进一步的详细描述。

本实用新型的控制集成系统的结构示意图为图1所示，通讯模块连接示意图为图2所示。

本实用新型基于综合效益最大化的火电厂电蓄热调峰控制集成系统，其特征在于，以电蓄热调峰优化控制系统1为核心，所述电蓄热调峰优化控制系统分别通讯模块连接NCS系统2、ECS系统3、DCS系统4、电锅炉控制系统5 以及控制终端6，所述NCS系统2、ECS系统3、DCS系统4、电锅炉控制系统 5连接所述通讯模块，其中所述NCS系统2采集全厂线路有功功率，所述ECS 系统3采集机组高热变、高厂变、励磁变、以及脱硫变有功功率，所述DCS 系统分散4控制电气信号、热机信号以及供热系统参数，所述电锅炉控制系统 5接受并执行对电锅炉系统的控制命令。

在另一实施方案中，所述控制终端6为2个(或若干)控制终端，协调控制1套控制系统。

在另一实施方案中，所述电蓄热调峰优化控制系统1分别与所述NCS系统2、ECS系统3、DCS系统4、电锅炉控制系统5的连接电路中还包括一隔离装置。

在另一实施方案中，所述PLC控制系统可以是其它类型的控制系统。

以下是集成系统具体工作原理介绍，以便达本实用新型充分公开的目的。

1.控制方式

本控制集成系统以成熟可靠的PLC控制系统(电蓄热调峰优化控制系统) 为载体，独立于电锅炉控制系统、主机DCS(又叫分散控制系统，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control) 等4C技术，其基本原理是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便)、ECS系统(电厂厂用电气监控管理系统，ElectricControl System，是将原来的DCS系统中的电气部分独立出来进行专业管理，实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、控制、分析等综合功能。协调发电厂热控与电气自动化的同步发展，全面提高发电厂的自动化水平和厂用控制管理水平，保证发电厂运行的安全性和可靠性，增强发电厂在当前电力市场经济运行的优势和竞争能力)、NCS系统(英文全称是：networked control system,网络化控制系统，电厂NCS的含义为网络终端控制)，并经通信与上述系统连接，通过采集电锅炉运行状态参数、汽轮机抽汽供热参数、发电机负荷参数、全厂上网有功功率、高加变有功功率等数据，经逻辑判断后，在确保机组安全的前提下，将升降负荷、蓄放热、开关汽轮机供热抽汽调门等控制指令作用于电锅炉控制系统、主机DCS系统，从而实现参数调整精准化、过程控制自动化、调峰收益最大化等目标。

其中，涉及的几个PID调节器如下：

1.锅炉功率调节(PID1)：

锅炉功率控制，限定锅炉实际最大功率在控制器所限定的设定值范围内。锅炉控制器的设定值是系统控制的最大限定值。实际功率由回水温度间接控制锅炉功率的实际值由PLC根据所接到的相电流和相电压进行计算。

2.供水温度调节(PID2)：

锅炉供水温度控制，控制锅炉实际供水温度的最大值限定在控制器所设定的设定值范围内。实际值通过温度传感器接受，供水温度控制器输出信号通过伺服电机调节保护盾位置。

3.回水温度调节(PID3)：

锅炉回水温度控制器，限定锅炉实际回水温度的最大值在控制器所设定的设定值范围内。调节锅炉回水温度控制，除了控制了回水温度，也控制了锅炉功率。

2.控制逻辑

1)、计算调峰前供热热负荷

控制系统应根据抽汽、凝结水流量及焓值差计算热负荷，同时根据热网循环水流量、温差计算对外供热热负荷，两个负荷值同时显示于控制界面当中。

蒸汽供热热负荷：(抽气焓值-疏水焓值)*蒸汽流量/度电热值

对外供热负荷：(热网供水焓值-热网回水焓值)*热网水流量/度电热值

2)、根据蓄热罐热水侧、冷水侧温差、斜温层位置、热网循环水供回水温度计算并在控制系统界面显示当前蓄放热能力(功率、热量)。

蓄热功率：(热网热水温度-蓄热罐内冷水温度)*水比热*蓄热罐额定流量/度电热量。

蓄热量：(热网热水温度-蓄热罐内冷水温度)*水的比热*3.14*罐体内径²*(斜温层中心线高度-冷水布水器高度)*水的密度/度电热量。

放热功率：(蓄热罐内热水温度-热网系统冷水温度)*水比热*蓄热罐额定流量/度电热量。

放热量：(蓄热罐内热水温度-热网系统冷水温度)*水的比热*3.14*罐体内半径²*(热水布水器高度-斜温层中心线高度)*水的密度/度电热量。

3)、以通讯方式，从电锅炉控制系统中采集电锅炉健康状态，包括电锅炉可投运编号、台数、各电锅炉负荷调节范围、负荷调节速度，计算电锅炉系统当前可投运最大功率、调节速度。

4)、电锅炉、蓄热罐、抽汽联合控制

5)、系统接受手动输入(预留经中调系统传来的调峰负荷指令接口)的电锅炉负荷指令(即调峰指令)值，点击执行按钮并确认后，系统自动计算出该负荷下每小时盈利水平，并显示于控制系统当前界面和主界面，如果盈利为正，则系统同时进入电锅炉自动投运程序；如果盈利为负，则经人工确认后方可进入电锅炉自动投运程序。系统根据当前热负荷需求、电锅炉负荷指令、蓄热罐蓄放热功率进行综合判断，在不同情况下，执行以下不同逻辑。

电锅炉负荷指令＜热负荷需求，此情况无蓄热需求，此时电锅炉功率按调度指令投入运行，供热缺口由蓄热罐放热弥补，再有缺口由机组抽汽补充；

电锅炉负荷＝热负荷需求，则电锅炉功率按调度指令投入运行；

热负荷需求＜电锅炉负荷指令≤热负荷需求+蓄热罐蓄热功率，此情况出现于初末期，此时，电锅炉按调度指令投入，同时自动投入蓄热罐蓄热模式，将多余热量进行储存，蓄热流量按蓄热功率自动给定，蓄热功率等于电锅炉实际负荷-热负荷需求。

热负荷需求+蓄热罐蓄热功率＜电锅炉负荷指令，此情况出现于供热初末期，此时受热负荷限制，电锅炉无法满功率投运，此时，电锅炉负荷按热负荷需求+蓄热功率投运，启动电锅炉的同时启动蓄热罐蓄热模式。

注：考虑到设备健康状况，当电锅炉负荷指令≤电锅炉可投入容量时，上述电锅炉负荷指令按调度令执行，电锅炉负荷指令＞电锅炉可投入容量，电锅炉可投入容量作为调度负荷指令执行。

6)、自动投运步骤

运行人员手动降低发电机负荷，降低过程中，抽汽品质降低，供热量降低，当降低至低于热负荷需求的15％时，蓄热罐投入放热模式，弥补供热缺口，当降低至投运电锅炉产生效益的负荷时(该负荷值在程序编制时汇智源以表格、公式形式提供)，系统立即按照调度指令自动投入电锅炉运行(将可用电锅炉按比例投入相应功率)，系统根据当前热用户实际热负荷需求、电锅炉实时热负荷逐渐减少供热蒸汽抽汽量至合适值(此时电锅炉热负荷、抽汽热负荷、蓄热罐放热热负荷相加等于热用户热负荷需求)，抽汽调节门开度在控制系统内设置一最小流量(或对应开度)，最小流量(开度)为手动输入，设置该最小流量的目的是确保原供热首站的热网加热器有一定蒸汽流量用于暖管，确保电锅炉退出时可迅速投入，调节过程中，供热供水温度不变。

7)、保证正向有功趋近0，但不反向

系统采集线路有功功率，当正向功率小于设定值(或有功反向)时，优先通过降低电锅炉负荷(或切除对应负荷的电锅炉)提高线路有功，其次通过加大蓄热罐放热功率减小汽轮机抽汽量来提高发电机和线路有功。当线路有功大于设定值时，通过降低发电机出力来增加调峰深度，发电有功自动调整设下限，下限为运行人员根据机组、供热抽汽状况手动输入。

8)、其它

控制系统故障(失电、自检出错等)等故障发生后，电锅炉控制系统、 DCS应保持之前的控制参数不变。

受热负荷制约，如电锅炉不能满负荷投入，应在控制界面上显示当前能投入电锅炉的最大负荷(热负荷+蓄热功率)。

通过授权，可以对电锅炉进行远程操作。

3.监控、统计报表功能

①调峰过程监控

主要是浏览各种调峰系统流程画面，实时掌握现场各个系统的工作运行情况，方便调峰人员了解各个系统信息，为调峰管理人员提供全厂各生产系统实时信息，供信息分析使用。如显示电锅炉、电蓄热循环泵、蓄热罐及辅助系统的设备运行情况、主要参数、以及工艺系统图等。调峰监视系统通过模拟图、趋势图、表格和文字等形式直观的显示。

②数据统计

主要通过指定的统计算法对实时数据进行分析统计，最终以表格形式显示根据管理需要的参数报表。

4.报警提醒

通过电蓄热循环水泵、蓄热罐升压泵、电锅炉一次循环泵、电锅炉稳压泵及其他辅助设备的投运记录，统计设备的运行时间，根据厂家要求运行的加油及保养时间，给运维人员报警提醒，保证设备的安全、可靠运行。

5.事故回访

模块要设置事故回访功能，以便于运维及管理人员对发生的异常情况做出正确分析，输入开始时间、结束时间后点击“确定”按钮，达到任何一个时间段内的画面及数据都可以重新呈现。

运行参数及设备状态应可以进行历史曲线查询功能。曲线设置的条数不能小于8条，并且应可以实现独立的坐标轴，便于运维及管理人员进行数据分析。

6.远程监控及手机APP功能

后端开发了一套手机应用软件，供各级管理人员下载使用，实现电蓄热调峰装置数据展示、数据统计、重要参数异常提示等功能，实现重要画面及参数的远程监视，便于管理人员对设备运行状况掌控与分析，指导现场运维人员将电蓄热调峰装置调整到最佳运行状态，也便于管理人员在设备异常运行状况和事故情况下给予现场直接的技术指导，避免不经济的运行状态和事故发生，最终实现调峰效益最大化。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种火电厂电蓄热调峰控制集成系统，其特征在于，以电蓄热调峰优化控制系统为核心，所述电蓄热调峰优化控制系统分别通讯模块连接NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统以及控制终端，所述NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统连接所述通讯模块，其中所述NCS系统采集全厂线路有功功率，所述ECS系统采集机组高热变、高厂变、励磁变、以及脱硫变有功功率，所述DCS系统分散控制电气信号、热机信号以及供热系统参数，所述电锅炉控制系统接受并执行对电锅炉系统的控制命令，所述控制终端为2个控制终端，协调控制1个电源模块和若干通讯模块。

2.根据权利要求1所述的一种火电厂电蓄热调峰控制集成系统，其特征在于，所述电蓄热调峰优化控制系统分别与所述NCS系统、ECS系统、DCS系统、电锅炉控制系统的连接电路中还包括一隔离装置。