專利名稱：火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法
火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火力發(fā)電機(jī)組的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制領(lǐng)域，具體是一種火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐 直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法。背景技術(shù)：
火力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，電網(wǎng)調(diào)度對(duì)機(jī)組的自動(dòng)控制要求越來(lái)越 高，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)既要保證機(jī)組負(fù)荷的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)偏差達(dá)到精度要求，又要 兼顧熱力參數(shù)穩(wěn)定受控，而配置直吹式制粉系統(tǒng)的大容量鍋爐的大慣性、大遲延 特性一直阻礙著機(jī)組負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)精度的提高，現(xiàn)有的控制策略只能做到控制收 斂，卻克服不了初始響應(yīng)遲延的影響，難以做到動(dòng)態(tài)跟隨，影響控制的準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接 指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，通過(guò)采用前饋指令加閉環(huán)校正的方式，以消除初始響應(yīng) 延遲的影響，達(dá)到動(dòng)態(tài)跟隨。
為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方 法，其特征在于它根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令、機(jī)組實(shí)發(fā)功率和主蒸汽壓力采用直接指令 平衡系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正，然后去控制汽機(jī)調(diào)門開度和鍋爐總?cè)剂狭?，所述的?接指令平衡系統(tǒng)中，通過(guò)鍋爐動(dòng)態(tài)超前給煤前饋與汽機(jī)前饋共同完成機(jī)組負(fù)荷動(dòng) 態(tài)跟隨與偏差修正的解耦，超前給煤前饋使實(shí)際燃料量指令跟隨升負(fù)荷的熱量需 求，汽機(jī)前饋則使實(shí)際負(fù)荷跟隨設(shè)定值，并用機(jī)、爐主控PID消除因不確定因素 引起的負(fù)荷與汽壓響應(yīng)偏差；滑壓控制段則根據(jù)降階后的一階慣性加純遲延的汽 壓響應(yīng)特性和各種工況預(yù)設(shè)的變壓過(guò)程時(shí)間，擬合壓力設(shè)定值的滑升曲線，同時(shí) 將壓力提升的動(dòng)態(tài)熱量需求疊加在鍋爐前饋指令上，實(shí)現(xiàn)壓力提升動(dòng)態(tài)分量與過(guò) 程偏差消除回路的控制解耦，并在時(shí)序上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷與汽壓響應(yīng)的合理調(diào)度，本發(fā) 明采用采用前饋指令加閉環(huán)校正的方式，將單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制直接指令送至鍋爐 主控和汽機(jī)主控，功率與機(jī)前壓力的PID回路作為調(diào)節(jié)過(guò)程的滯后校正。鍋爐指 令模型的煤種適應(yīng)性由熱值校正系統(tǒng)保證，在煤種變化過(guò)程中，熱值校正回路與 鍋爐主控PID共同實(shí)現(xiàn)燃料量等效值的修正與回歸，使機(jī)組負(fù)荷與鍋爐指令的對(duì) 應(yīng)關(guān)系保持恒定。通過(guò)將機(jī)、爐主控的偏差調(diào)節(jié)從動(dòng)態(tài)響應(yīng)中解耦出來(lái)，可以保持PID調(diào)節(jié)特性在動(dòng)態(tài)與靜態(tài)工況下的恒定。
汽機(jī)前饋在動(dòng)態(tài)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)汽機(jī)調(diào)門在小偏差下連續(xù)開啟，保持機(jī)組負(fù)荷連 續(xù)跟隨，若僅靠PID的偏差調(diào)節(jié)將無(wú)法達(dá)到動(dòng)態(tài)過(guò)程中較高的調(diào)節(jié)精度；鍋爐的 動(dòng)態(tài)超前給煤指令則主要消除了鍋爐與制粉系統(tǒng)特性所造成的鍋爐吸熱遲延，同 時(shí)提供附加的動(dòng)態(tài)分量供機(jī)組在滑壓段提升主參數(shù)；負(fù)荷與汽壓錯(cuò)時(shí)調(diào)度可以使 系統(tǒng)在定壓段與滑壓段對(duì)負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性基本一致。從而極大地消除了初始響應(yīng) 遲延的影響，動(dòng)態(tài)跟隨，控制準(zhǔn)確及時(shí)，調(diào)試整定方便。
作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明采取如下技術(shù)措施
所述的鍋爐動(dòng)態(tài)超前給煤前饋其指令包括
1) 分段線性對(duì)應(yīng)于機(jī)組負(fù)荷指令的總?cè)剂狭炕厩梆佒噶?，由熱值校正?路保持其準(zhǔn)確性；
2) 補(bǔ)償制粉與燃燒遲延的動(dòng)態(tài)超前給煤分量，根據(jù)對(duì)象特性確定；
3) 負(fù)荷偏差的純微分環(huán)節(jié)。
超前指令無(wú)法消除純遲延，調(diào)門動(dòng)作利用蓄熱后，壓力將略微偏離，負(fù)荷變 化較慢，利用負(fù)荷偏差的微分，可動(dòng)態(tài)彌補(bǔ)鍋爐的蓄熱損失。
所述的汽機(jī)前饋其指令為分段線性的汽機(jī)前饋指令，并根據(jù)在機(jī)前壓力保持 恒定時(shí)各個(gè)負(fù)荷段實(shí)際負(fù)荷對(duì)汽機(jī)調(diào)門階躍響應(yīng)的對(duì)象特性來(lái)確定。在滑壓范圍 內(nèi)，汽機(jī)調(diào)門穩(wěn)態(tài)時(shí)的實(shí)際開度是基本相同的，但汽機(jī)前饋指令則在全負(fù)荷范圍 保持線性。汽機(jī)前饋指令使汽機(jī)協(xié)調(diào)利用鍋爐熱量，可提高負(fù)荷動(dòng)態(tài)跟隨性能。
所述的滑壓控制段汽壓控制時(shí)，在負(fù)荷指令變化后維持滑壓設(shè)定值，直至超 前給煤指令對(duì)蓄熱的補(bǔ)充效果顯現(xiàn)，實(shí)際壓力出現(xiàn)同向響應(yīng)后再釋放；滑壓設(shè)定 值包括一階慣性部分和純遲延部分，純遲延部分根據(jù)主汽壓的響應(yīng)情況通過(guò)邏輯 回路取得，慣性環(huán)節(jié)部分則根據(jù)負(fù)荷、汽壓分時(shí)調(diào)度的需要設(shè)定時(shí)間常數(shù)，并根 據(jù)變負(fù)荷速率設(shè)置其值。
有益效果本發(fā)明通過(guò)采用直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，采用前饋指令加閉 環(huán)校正的方式，極大地消除了初始響應(yīng)遲延的影響，達(dá)到較高的動(dòng)態(tài)跟隨精度， 控制準(zhǔn)確及時(shí)，調(diào)試整定方便。

圖1為本發(fā)明的特征SAMA原理圖。圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)超前給煤策略的鍋爐前饋模型曲線圖。
具體實(shí)施方式
特征SAMA原理圖如圖1所示的火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法， 根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令ND、機(jī)組實(shí)發(fā)功率MW和主蒸汽壓力PT進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正， 得到汽機(jī)調(diào)門開度指令TD和鍋爐總?cè)剂狭恐噶頑D，然后去控制汽機(jī)調(diào)門開度和 鍋爐總?cè)剂狭?。其中，F(xiàn)l(x)、 F2(x)、 F3(x)分別產(chǎn)生對(duì)應(yīng)機(jī)組負(fù)荷指令的主蒸汽 壓力目標(biāo)值、鍋爐主控前饋基本值和汽機(jī)主控前饋值。Fl(x)產(chǎn)生的主蒸汽壓力目 標(biāo)值經(jīng)過(guò)汽壓響應(yīng)等待環(huán)節(jié)、速率限制環(huán)節(jié)與慣性遲延環(huán)節(jié)生成最終的主汽壓控 制設(shè)定值。汽機(jī)調(diào)門開度指令TD由負(fù)荷、汽壓的偏差調(diào)節(jié)回路9與汽機(jī)動(dòng)態(tài)前 饋回路10組成；鍋爐總?cè)剂狭恐噶頑D則分別由滑壓附加鍋爐指令回路11、負(fù) 荷偏差微分回路12、動(dòng)態(tài)超前給煤回路13、鍋爐基本前饋指令回路14、以及負(fù) 荷、汽壓偏差調(diào)節(jié)回路15五個(gè)部分相加組成。
其中負(fù)荷偏差微分回路b、動(dòng)態(tài)超前給煤回路c、鍋爐基本前饋指令回路d 形成鍋爐動(dòng)態(tài)超前給煤指令。令鍋爐吸熱特性如下式所示
w +1 r2ly +1
式中6為總?cè)剂狭恐噶?，z^為鍋爐有效吸熱量，払7\、 r2和t為傳遞函 數(shù)系數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)求得。則動(dòng)態(tài)超前給煤前饋指令與機(jī)組負(fù)荷指令的關(guān)系可用式
(2)表示
卿=(i+r3力 ，+& s 4順
式中7V為機(jī)組負(fù)荷指令，4iv為負(fù)荷指令與實(shí)際負(fù)荷的偏差，r3為動(dòng)態(tài)超 前給煤指令的微分系數(shù)，令r^尺7V，《為作用強(qiáng)度，7V為微分時(shí)間，/f^為 負(fù)荷與燃料量對(duì)應(yīng)系數(shù)的分段線性函數(shù)，/:D為負(fù)荷偏差微分系數(shù)。在固定的負(fù)
荷變化率下，燃料量指令s為線性函數(shù)，不考慮負(fù)荷偏差補(bǔ)償環(huán)節(jié)，令a^a， /<7\9 =丄，/ = {i， 2…"，"ew},對(duì)式(i)簡(jiǎn)化后，可得r3^r1+r2+t;
《值的整定與汽機(jī)指令的變化速率線性相關(guān)，即根據(jù)負(fù)荷變化率與汽機(jī)前饋指令
的斜率確定；對(duì)于負(fù)荷偏差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可令7^=7/&，具體數(shù)值根據(jù)機(jī)組響應(yīng) 情況現(xiàn)場(chǎng)整定。
如圖2所示，最終的動(dòng)態(tài)超前給煤前饋指令由三部分組成，第一是分段線性 對(duì)應(yīng)于機(jī)組負(fù)荷指令的總?cè)剂狭炕厩梆佒噶?，由熱值校正回路保持其?zhǔn)確性；第二是補(bǔ)償制粉與燃燒遲延的動(dòng)態(tài)超前給煤分量，根據(jù)對(duì)象特性確定；第三是負(fù) 荷偏差的純微分環(huán)節(jié)，補(bǔ)償鍋爐初始純遲延階段的蓄熱不足。圖中，曲線l為鍋 爐直接燃料量指令，曲線2為純遲延后等效燃料量指令，曲線3為風(fēng)量微分后入 爐煤量，曲線4為直接指令的鍋爐吸熱量，曲線5為動(dòng)態(tài)超前給煤指令，曲線6為 動(dòng)態(tài)超前給煤指令的鍋爐吸熱量，曲線7為負(fù)荷偏差微分補(bǔ)償，曲線8為滑壓段 附加鍋爐指令。
大容量鍋爐較強(qiáng)的蓄熱能力對(duì)負(fù)荷初始響應(yīng)有利，可減小參數(shù)背離，但在滑 壓工況建立汽壓時(shí)，則需要付出更大的努力。本策略采用的方法是負(fù)荷指令變化 后維持滑壓設(shè)定值，直至超前給煤指令對(duì)蓄熱的補(bǔ)充效果得以顯現(xiàn)，實(shí)際壓力出 現(xiàn)同向響應(yīng)后再釋放?；瑝涸O(shè)定值采用一階慣性加純遲延的簡(jiǎn)化設(shè)置，純遲延部 分根據(jù)主汽壓的響應(yīng)情況通過(guò)邏輯回路加以判斷，以避免初始條件不確定性的影 響，對(duì)實(shí)際汽壓響應(yīng)過(guò)程具有自適應(yīng)性；慣性環(huán)節(jié)部分則根據(jù)負(fù)荷、汽壓分時(shí)調(diào) 度的需要設(shè)定時(shí)間常數(shù)，不同的變負(fù)荷速率設(shè)置不同的值。
根據(jù)滑壓設(shè)定值的特性參數(shù)，可計(jì)算出機(jī)組滑壓所需的鍋爐附加指令。由于 對(duì)滑壓設(shè)定值的純遲延環(huán)節(jié)采用了自適應(yīng)的邏輯判斷，因此忽略機(jī)前壓力對(duì)汽包 或分離器壓力的純遲延可得
<formula>formula see original document page 6</formula>
式中Dp為鍋爐附加動(dòng)態(tài)指令，A為主蒸汽壓力，T4為滑壓設(shè)定值慣性時(shí)間常 數(shù)，A為滑壓目標(biāo)值。滑壓目標(biāo)值是隨著負(fù)荷設(shè)定值的變化相應(yīng)同步變化的，因
此純滑壓段的鍋爐附加動(dòng)態(tài)指令如圖2的曲線8所示。
由上式可知，慣性時(shí)間常數(shù)越大，則附加鍋爐指令作用幅值越小，對(duì)系統(tǒng)沖 擊越小，但時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)，否則在范圍較大的負(fù)荷連續(xù)變化中將無(wú)法建立參數(shù)， 因此應(yīng)在工程應(yīng)用中合理整定。
在升降負(fù)荷過(guò)程中，因煤質(zhì)突變、投撤油槍或切換磨煤機(jī)等非正常原因?qū)е?汽壓偏離時(shí)，滑壓設(shè)定值將自動(dòng)閉鎖，以配合實(shí)際汽壓的偶然變化，阻止偏差進(jìn) 一步擴(kuò)大。部分系統(tǒng)的PID控制器在單向閉鎖時(shí)具有反向調(diào)節(jié)能力，且偏差越大 作用越強(qiáng)，存在一定的自適應(yīng)性，當(dāng)負(fù)荷與汽壓偏差越限時(shí)，通過(guò)適當(dāng)長(zhǎng)度與間 隔的閉鎖脈沖，利用PID的反調(diào)作用，可彌補(bǔ)其調(diào)節(jié)滯后，使偏差較快收斂。在 動(dòng)態(tài)變負(fù)荷過(guò)程中，對(duì)主汽壓等緩變參量控制釆取積分切除的控制措施。
權(quán)利要求
1、火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于它根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令、機(jī)組實(shí)發(fā)功率和主蒸汽壓力采用直接指令平衡系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正，然后去控制汽機(jī)調(diào)門開度和鍋爐總?cè)剂狭?，所述的直接指令平衡系統(tǒng)中，通過(guò)鍋爐動(dòng)態(tài)超前給煤前饋與汽機(jī)前饋共同完成機(jī)組負(fù)荷動(dòng)態(tài)跟隨與偏差修正的解耦，超前給煤前饋使實(shí)際燃料量指令跟隨升負(fù)荷的熱量需求，汽機(jī)前饋則使實(shí)際負(fù)荷跟隨設(shè)定值，并用機(jī)、爐主控PID消除因不確定因素引起的負(fù)荷與汽壓響應(yīng)偏差；滑壓控制段則根據(jù)降階后的一階慣性加純遲延的汽壓響應(yīng)特性和各種工況預(yù)設(shè)的變壓過(guò)程時(shí)間，擬合壓力設(shè)定值的滑升曲線，同時(shí)將壓力提升的動(dòng)態(tài)熱量需求疊加在鍋爐前饋指令上，實(shí)現(xiàn)壓力提升動(dòng)態(tài)分量與過(guò)程偏差消除回路的控制解耦，并在時(shí)序上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷與汽壓響應(yīng)的合理調(diào)度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于所述的鍋爐動(dòng)態(tài)超前給煤前饋其指令包括1) 分段線性對(duì)應(yīng)于機(jī)組負(fù)荷指令的總?cè)剂狭炕厩梆佒噶睿蔁嶂敌Ｕ?路保持其準(zhǔn)確性；2) 補(bǔ)償制粉與燃燒遲延的動(dòng)態(tài)超前給煤分量，根據(jù)對(duì)象特性確定；3) 負(fù)荷偏差的純微分環(huán)節(jié)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于所述的汽機(jī)前饋其指令為分段線性的汽機(jī)前饋指令，并根據(jù)在機(jī)前壓力 保持恒定時(shí)各個(gè)負(fù)荷段實(shí)際負(fù)荷對(duì)汽機(jī)調(diào)門階躍響應(yīng)的對(duì)象特性來(lái)確定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，其 特征在于所述的滑壓控制段汽壓控制時(shí)，在負(fù)荷指令變化后維持滑壓設(shè)定值，直 至超前給煤指令對(duì)蓄熱的補(bǔ)充效果顯現(xiàn)，實(shí)際壓力出現(xiàn)同向響應(yīng)后再釋放；滑壓 設(shè)定值包括一階慣性部分和純遲延部分，純遲延部分根據(jù)主汽壓的響應(yīng)情況通過(guò) 邏輯回路取得，慣性環(huán)節(jié)部分則根據(jù)負(fù)荷、汽壓分時(shí)調(diào)度的需要設(shè)定時(shí)間常數(shù)， 并根據(jù)變負(fù)荷速率設(shè)置其值。
全文摘要
火力發(fā)電機(jī)機(jī)爐直接指令平衡協(xié)調(diào)控制方法，涉及火力發(fā)電機(jī)組的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制領(lǐng)域?，F(xiàn)有的控制策略只能做到控制收斂，卻克服不了初始響應(yīng)遲延的影響，難以做到動(dòng)態(tài)跟隨，影響控制的準(zhǔn)確性。本發(fā)明根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令、機(jī)組實(shí)發(fā)功率和主蒸汽壓力采用直接指令平衡系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正，然后去控制汽機(jī)調(diào)門開度和鍋爐總?cè)剂狭?，直接指令平衡系統(tǒng)包括包括基于動(dòng)態(tài)超前給煤的鍋爐指令模型、分段線性的汽機(jī)指令模型和實(shí)現(xiàn)滑壓段動(dòng)態(tài)解耦的汽壓設(shè)定值模型。采用前饋指令加閉環(huán)校正的方式，極大地消除了初始響應(yīng)遲延的影響，達(dá)到較高的動(dòng)態(tài)跟隨精度，控制準(zhǔn)確及時(shí)，調(diào)試整定方便。
文檔編號(hào)G05B11/32GK101614998SQ200810063559
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者峰 尹, 朱北恒 申請(qǐng)人:浙江省電力試驗(yàn)研究院