基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法及系统,采用机组运行主参数作为锅炉动态微分前馈指令计算的参考量，以提高火力发电机组协调控制系统的负荷响应能力和调节品质。有益效果：对于锅炉动态微分前馈BIR计算，引入电网负荷设定值同机组负荷指令之间的偏差量作为调节幅度的修正量有助于提高锅炉燃烧率的响应速度；引入机组的运行压力偏差、气候工况，对锅炉变负荷过程中所需的BIR量进行修正，有助于提高变负荷过程中的调节精度。

【技术实现步骤摘要】
基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法及系统
：本专利技术涉及火力发电机组协调控制
，尤其涉及一种基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法及系统。
技术介绍
：协调控制系统(CCS：CoordinationControlSystem)是机、炉闭环控制系统的总称，其工作原理是同时给锅炉控制系统和汽轮机控制系统发出指令，一方面用以稳定机组运行参数，另一方面通过快速响应负荷变化，尽最大可能发挥机组的调频、调峰能力。生产实践中因锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求相应慢，造成机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾，这也是燃煤火力发电机组固有的设备特性。为平衡锅炉、汽机对负荷响应能力之间的矛盾，目前普遍采用锅炉动态微分前馈指令(BIR)作为锅炉变负荷过程中的能量前馈补充，即在锅炉变负荷时利用微分指令，提前使锅炉多增加或减少一部分燃料、风、水，达到缩短锅炉燃烧率改变的时间、提高锅炉对负荷的响应能力的目的。具体实现方式见图1。锅炉动态微分前馈指令(BIR)计算结果如图2所示，当机组负荷指令LDC发生变化时，燃料BIR、风量BIR、给水BIR作为前馈信号分别进入燃烧、风烟、给水子控制回路，以提前改变锅炉的燃烧率，快速响应机组负荷指令LDC的要求，减小锅炉同汽轮发电机之间对于负荷响应能力的偏差，在维持机组运行参数相对安全稳定的前提下，实现机组的快速变负荷。典型锅炉动态微分前馈指令(BIR)结构简单、易于实现，因此大部分机组都配置了该控制策略以提高锅炉变负荷过程中对负荷的响应能力，但是随着电网对机组AGC负荷跟踪能力的要求越来越高，机组在运行过程中变负荷越来越频繁，典型锅炉动态微分前馈指令(BIR)的不足也愈专利技术显，具体表现在几点：(1)对于供热机组，仅采用负荷指令作为输入进行锅炉动态微分前馈指令(BIR)的计算，违背了机组能量平衡的基本原理，影响锅炉动态微分前馈指令(BIR)计算的精确度，削弱了其作用；(2)根据机组实际运行特点，在机组变负荷过程中随着负荷指令逐渐接近负荷设定值，为防止锅炉应快速变化燃烧率出现的超调现象，此时锅炉动态微分前馈指令(BIR)应及时返回至0，但是典型锅炉动态微分前馈指令(BIR)并无此功能，容易造成机组锅炉燃烧率超调；(3)机组变负荷过程是按照电网的负荷指令随机变化的，在不同的运行工况、气候工况时，机组对于锅炉动态微分前馈指令(BIR)的需求在量值上有一定的不同，典型锅炉动态微分前馈指令(BIR)中无相关工况条件对其进行修正。综合以上三点原因，结合多年来现场实际工作中积累的宝贵经验，有必要将机组供热流量、主蒸汽压力和凝汽器真空作为参考量对锅炉动态微分前馈指令(BIR)进行修正，同时将电网负荷设定值同机组负荷指令之间的偏差量作为锅炉动态微分前馈指令(BIR)调节幅度的修正量，以大幅提高典型锅炉动态微分前馈指令(BIR)的应用效果。
技术实现思路
：本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法及系统，以提高火力发电机组协调控制系统的负荷响应能力和调节品质，具体由以下技术方案实现：基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法，包括如下步骤：1)采集系统基本参数，所述基本参数包括负荷目标值Lt、负荷设定值Ls、变负荷速率、供热流量H、主汽压力设定值Ps、主汽压力实际值Pt、凝汽器真空值V以及实际负荷值L；2)将负荷设定值Ls通过微分计算公式进行计算，得到负荷设定值瞬时微分量；3)根据设定的非线性函数对变负荷速率进行计算，得到负荷设定值瞬时微分量修正系数Vk1，将所述负荷设定值瞬时微分量与负荷设定值瞬时微分量修正系数Vk1求积，得到锅炉动态微分前馈基础量ΔN；4)根据设定的非线性函数与总负荷需求N的值判断出锅炉所处的负荷点，并分别计算出锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈修正系数Fuk、Fdk，增、减负荷给水动态微分前馈修正系数Wuk、Wdk，增、减负荷风量动态微分前馈修正系数Auk、Adk；5)将锅炉动态微分前馈基础量ΔN分别与锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈修正系数Fuk、Fdk，增、减负荷给水动态微分前馈修正系数Wuk、Wdk以及增、减负荷风量动态微分前馈修正系数Auk、Adk求积，得到锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈量Fu、Fd，增、减负荷给水动态微分前馈量Wu、Wd以及增、减负荷风量动态微分前馈量Au、Ad；6)通过设定的非线性函数对锅炉压力偏差值ΔP进行计算，得到锅炉增、减负荷过程中燃料、给水、风量动态微分前馈量压力修正系数Pu、Pd；7)凝汽器真空值V通过非线性函数计算得到机组真空修正系数Zk1,机组实际负荷L通过设定的非线性函数计算得到机组真空修正系数Zk2，对Zk1与Zk2求积得到机组实际真空修正系数Zk，将Zk分别与锅炉增、减负荷过程中的压力修正系数Pu、Pd求积，得到锅炉动态微分前馈二次修正系数Cu、Cd，实现锅炉主汽压力、真空等运行工况参考量对锅炉增、减负荷过程中的燃料、给水、风量动态微分前馈量Fu、Fd、Wu、Wd、Au、Ad的二次修正；8)实时判断锅炉负荷变化的方向，将Cu、Cd分别对应与相同变化方向的Fu、Fd、Wu、Wd、Au、Ad相乘得到燃料动态微分前馈指令FBIR、给水动态微分前馈指令WBIR以及风量动态微分前馈指令ABIR，并将FBIR、WBIR以及ABIR输出；9)结合所述FBIR、WBIR以及ABIR，分别计算出锅炉燃料量指令β、锅炉给水量指令ω、锅炉风量指令μ，驱动锅炉燃料机、给水泵、送风机设备，改变锅炉燃烧率，使锅炉负荷同机组负荷指令要求相匹配。所述的基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法的进一步设计在于，每一次锅炉调节负荷过程中，当机组负荷设定值Ls达到负荷目标值Lt时，燃料、给水、风量动态微分前馈FBIR、WBIR、ABIR衰减至0，锅炉调节负荷过程结束。所述的基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法的进一步设计在于，所述步骤2)中微分计算公式惯性滞后时间T推导得出为Ts/(1+Ts)，其中s代表传递函数中的复参数，惯性滞后时间T由负荷目标值Lt同负荷设定值Ls的差值经设定的非线性函数计算得到，负荷设定值瞬时微分量dN/dt，计算关系式为dN/dt＝[Ts/(1+Ts)]·Ls。所述的基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法的进一步设计在于，所述步骤4)中对负荷设定值Ls和供热流量H进行求和计算，得到锅炉总负荷需求N。如所述的基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法的锅炉动态微分前馈指令系统，包括主机设备与BIR计算单元，所述主机设备主要由机组负荷指令计算单元、汽轮机调阀开度计算单元、汽轮机DEH电液调节计算单元、汽轮机调节阀组、锅炉燃料量指令计算单元、燃料机电机、锅炉给水量指令计算单元、锅炉给水泵、锅炉送风量指令计算单元以及送风机电机组成，尤其还包括动态微分前馈指令计算模块，所述动态微分前馈指令计算模块分别与锅炉燃料量指令计算单元、锅炉给水量指令计算单元以及锅炉送风量指令计算单元通过独立的前馈指令通信连接，实现协调控制系统中的锅炉动态变负荷控制。所述的锅炉动态微分前馈指令系统的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法，包括如下步骤：1）采集系统基本参数，所述基本参数包括负荷目标值Lt、负荷设定值Ls、变负荷速率、供热流量H、主汽压力设定值Ps、主汽压力实际值Pt、凝汽器真空值V以及实际负荷值L；2）将负荷设定值Ls通过微分计算公式进行计算，得到负荷设定值瞬时微分量；3）根据设定的非线性函数对变负荷速率进行计算，得到负荷设定值瞬时微分量修正系数Vk1，将所述负荷设定值瞬时微分量与负荷设定值瞬时微分量修正系数Vk1求积，得到锅炉动态微分前馈基础量ΔN；4）根据设定的非线性函数与总负荷需求N的值判断出锅炉所处的负荷点，并分别计算出锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈修正系数Fuk、Fdk，增、减负荷给水动态微分前馈修正系数Wuk、Wdk，增、减负荷风量动态微分前馈修正系数Auk、Adk；5）将锅炉动态微分前馈基础量ΔN分别与锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈修正系数Fuk、Fdk，增、减负荷给水动态微分前馈修正系数Wuk、Wdk以及增、减负荷风量动态微分前馈修正系数Auk、Adk求积，得到锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈量Fu、 Fd，增、减负荷给水动态微分前馈量Wu、Wd以及增、减负荷风量动态微分前馈量Au、Ad；6）通过设定的非线性函数对锅炉压力偏差值ΔP进行计算，得到锅炉增、减负荷过程中燃料、给水、风量动态微分前馈量压力修正系数Pu、Pd；7）凝汽器真空值V通过非线性函数计算得到机组真空修正系数Zk1,机组实际负荷L通过设定的非线性函数计算得到机组真空修正系数Zk2，对Zk1 与Zk2求积得到机组实际真空修正系数Zk，将Zk分别与锅炉增、减负荷过程中的压力修正系数Pu、Pd求积，得到锅炉动态微分前馈二次修正系数Cu、Cd，实现锅炉主汽压力、真空等运行工况参考量对锅炉增、减负荷过程中的燃料、给水、风量动态微分前馈量Fu、Fd、Wu、Wd、Au、Ad的二次修正；8）实时判断锅炉负荷变化的方向，将Cu、Cd分别对应与相同变化方向的Fu、 Fd、 Wu、Wd、Au、Ad相乘得到燃料动态微分前馈指令FBIR、给水动态微分前馈指令WBIR以及风量动态微分前馈指令ABIR，并将FBIR、WBIR以及ABIR输出；9）结合所述FBIR、WBIR以及ABIR，分别计算出锅炉燃料量指令β、锅炉给水量指令ω、锅炉风量指令μ，驱动锅炉燃料机、给水泵、送风机设备，改变锅炉燃烧率，使锅炉负荷同机组负荷指令要求相匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种基于锅炉动态微分前馈指令的机组协调控制方法，包括如下步骤：1）采集系统基本参数，所述基本参数包括负荷目标值Lt、负荷设定值Ls、变负荷速率、供热流量H、主汽压力设定值Ps、主汽压力实际值Pt、凝汽器真空值V以及实际负荷值L；2）将负荷设定值Ls通过微分计算公式进行计算，得到负荷设定值瞬时微分量；3）根据设定的非线性函数对变负荷速率进行计算，得到负荷设定值瞬时微分量修正系数Vk1，将所述负荷设定值瞬时微分量与负荷设定值瞬时微分量修正系数Vk1求积，得到锅炉动态微分前馈基础量ΔN；4）根据设定的非线性函数与总负荷需求N的值判断出锅炉所处的负荷点，并分别计算出锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈修正系数Fuk、Fdk，增、减负荷给水动态微分前馈修正系数Wuk、Wdk，增、减负荷风量动态微分前馈修正系数Auk、Adk；5）将锅炉动态微分前馈基础量ΔN分别与锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈修正系数Fuk、Fdk，增、减负荷给水动态微分前馈修正系数Wuk、Wdk以及增、减负荷风量动态微分前馈修正系数Auk、Adk求积，得到锅炉增、减负荷燃料动态微分前馈量Fu、Fd，增、减负荷给水动态微分前馈量Wu、Wd以及增、减负荷风量动态微分前馈量Au、Ad；6）通过设定的非线性函数对锅炉压力偏差值ΔP进行计算，得到锅炉增、减负荷过程中燃料、给水、风量动态微分前馈量压力修正系数Pu、Pd；7）凝汽器真空值V通过非线性函数计算得到机组真空修正系数Zk1,机组实际负荷L通过设定的非线性函数计算得到机组真空修正系数Zk2，对Zk1与Zk2求积得到机组实际真空修正系数Zk，将Zk分别与锅炉增、减负荷过程中的压力修正系数Pu、Pd求积，得到锅炉动态微分前馈二次修正系数Cu、Cd，实现锅炉主汽压力、真空等运行工况参考量对锅炉增、减负荷过程中的燃料、给水、风量动态微分前馈量Fu、Fd、Wu、Wd、Au、Ad的二次修正；8）实时判断锅炉负荷变化的方向，将Cu、Cd分别对应与相同变化方向的Fu、Fd、Wu、Wd、Au、Ad相乘得到燃料动态微分前馈指令FBIR、给水动态微分前馈指令WBIR以及风量动态微分前馈指令ABIR，并将FBIR、WBIR以及ABIR输出；9）结合所述FBIR、WBIR以及ABIR，分别计算出锅炉燃料量指令β、锅炉给水量指令ω、锅炉风量指令μ，驱动锅炉燃料机、给水泵、送风机设备，改变锅炉燃烧率，使锅炉负荷同机组负荷指令要求相匹配。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘杨，熊泽生，张潇，王超，刘兵，何文敏，赵思洋，王玄，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32