一种火电机组协调控制系统及其协调控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种火电机组协调控制系统及其协调控制方法，火电机组协调控制系统用于驱动火电机组中的锅炉和汽轮机；火电机组协调控制系统包括锅炉主控制器、前馈控制模块、汽轮机主控制器。锅炉主控制器根据主汽压力与一个预设压力之间的偏差信号，驱动锅炉主控制器的反馈调节器PID进行控制运算，使偏差信号的偏差值为零。前馈控制模块通过至少两路前馈信号而加快锅炉的响应速度，以补偿锅炉的惯性。汽轮机主控制器在偏差信号的偏差值超过一个预设偏差值时，汽轮机主控制器处理偏差信号，以减小偏差值。本发明专利技术解决了汽轮机调节的快速性与锅炉调节的延迟性之间的矛盾，最大限度的满足了机组负荷响应速度，提高火电机组运行的稳定性。

A Coordination Control System for Thermal Power Units and Its Coordination Control Method

The invention discloses a coordinated control system of a thermal power unit and its coordinated control method. The coordinated control system of a thermal power unit is used to drive boilers and steam turbines in a thermal power unit. The coordinated control system of a thermal power unit includes a main controller of a boiler, a feed-forward control module and a main controller of a steam turbine. According to the deviation signal between the main steam pressure and a preset pressure, the main controller of the boiler drives the feedback regulator PID of the main controller of the boiler to control the operation, so that the deviation value of the deviation signal is zero. Feedforward control module accelerates the response speed of the boiler through at least two feedforward signals to compensate the inertia of the boiler. When the deviation value of the deviation signal of the main controller of a steam turbine exceeds a preset deviation value, the main controller of the steam turbine processes the deviation signal to reduce the deviation value. The invention solves the contradiction between the speed of the steam turbine regulation and the delay of the boiler regulation, meets the load response speed of the unit to the greatest extent, and improves the stability of the operation of the thermal power unit.

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组协调控制系统及其协调控制方法
本专利技术涉及自动化控制
的一种协调控制系统及方法，尤其涉及一种火电机组协调控制系统及其协调控制方法。
技术介绍
协调控制系统(CoordinatedControlSystem，简称CCS)就是为了满足电网调度中心的负荷要求，将单元机组中汽轮机、锅炉各运行控制器根据各自的动态特性，通过不同的运算方法和设计策略，将它们二者之间建立起有机联系。CCS能够快速、自动的对汽轮机调节阀、锅炉燃料量、风量、给水量进行调整，及时的响应负荷指令并维持主汽压力的稳定；同时在机组出现异常的情况下，可以通过限制负荷、快减负荷(RunBack,简称RB)等手段，自动进行事故处理，保证单元机组在负荷对应的参数下安全、稳定、经济运行。随着电力工业自动化水平的提高，电力调度中心对单元机组协调控制系统控制品质的要求越来越高，如增大负荷变化率、良好负荷静态、动态跟踪性能、稳定性能等指标。而且，随着煤炭市场的不断变化，需要从经营角度考虑降低成本，导致入场煤质发热量下降，使得锅炉燃烧热量延缓时间增大。并且，现有技术的协调控制策略不能满足当前的要求，当负荷、压力变速率调大后，在机组负荷满足自动发电控制(AutomaticGenerationControl，简称AGC)指令时，容易造成超压或长时间低压，引起其它参数超限，从而影响单元机组的安全稳定运行。另外，当单元机组的重要辅机出现故障时，RB无法快速准确的动作，导致事故扩大。
技术实现思路
针对现有技术的问题，本专利技术提供一种火电机组协调控制系统及其协调控制方法，解决了现有技术的协调控制策略不能满足当前的要求，当负荷、压力变速率调大后，在机组负荷满足自动发电控制指令时，容易造成超压或长时间低压，引起其它参数超限，从而影响单元机组的安全稳定运行的问题。本专利技术采用以下技术方案实现：一种火电机组协调控制系统，其用于驱动火电机组中的锅炉和汽轮机；所述火电机组协调控制系统包括：锅炉主控制器，其根据主汽压力与一个预设压力之间的偏差信号，驱动所述锅炉主控制器的反馈调节器PID进行控制运算，使所述偏差信号的偏差值为零；前馈控制模块，其通过至少两路前馈信号而加快所述锅炉的响应速度，以补偿所述锅炉的惯性；以及汽轮机主控制器，在所述偏差信号的偏差值超过一个预设偏差值时，所述汽轮机主控制器处理所述偏差信号，以减小所述偏差值；所述汽轮机主控制器在所述主汽压力超过所述预设压力时，相应限制所述汽轮机的调门的开度；其中，所述前馈控制模块以火电机组的负荷指令N0为前馈信号，驱动所述锅炉主控制器提前动作，开大或关小所述汽轮机的高调门，以响应负荷指令N0；所述前馈控制模块使所述前馈信号驱动所述锅炉主控制器，增加或减小燃料量、风量，对所述锅炉进行阶跃控制；所述前馈控制模块根据蒸汽的压力偏差值比例，相应补偿所述锅炉的动态延迟，以调节所述锅炉的燃料量；所述前馈控制模块还根据所述主汽压力的偏差修正所述锅炉主控制器，以调整所述锅炉的燃烧率。作为上述方案的进一步改进，当所述主汽压力与所述预设压力不等时，所述调节器PID改变其输出，以改变风量、燃料量，驱使所述主汽压力产生改变，并通过积分，使所述偏差信号的偏差值为零。作为上述方案的进一步改进，所述汽轮机处于稳态时，所述汽轮机的调节器输入端信号的代数和近似为零，则有：(1+s)N0-NE+K(PT-P0)≈0其中，s为调度给定功率的修正系数，NE为所述汽轮机的实际输出功率，K为一个预设比例系数，PT为所述主汽压力的压力值，P0为所述预设压力的压力值。进一步地，所述锅炉主控制器以所述偏差信号、所述汽轮机的能量平衡信号PlP0/PT为所述锅炉的前馈控制信号；其中，P1为所述汽轮机的调节级压力，所述偏差信号的调整量大于所述能量平衡信号PlP0/PT的调整量。作为上述方案的进一步改进，所述前馈控制模块工作时：首先，所述前馈控制模块驱使LDC功率输出与负荷目标的偏差经一个预设函数f(x)进行修正，且修正后的值在先经过超前滞后模块进行微分，再经过高/低限制模块进行限制，驱动所述锅炉主控制器提前动作；其次，所述前馈控制模块在机组协调控制投运后延时一个预设时间后，使LDC功率输出、所述偏差信号的偏差值均先通过超前滞后模块进行微分，再通过高/低限制模块进行限制，最后进行叠加；最后，所述前馈控制模块使所述主汽压力的限速设定值先通过超前滞后模块进行微分，再通过高/低限制模块进行限制。作为上述方案的进一步改进，所述锅炉主控制器设置通过所述调节器PID进行调节至少一个反馈回路单元，且所述反馈回路单元在所述主汽压力与所述预设压力不等时，通过改变风量、燃料量而改变所述主汽压力，并通过积分，使所述主汽压力最终等于所述预设压力。作为上述方案的进一步改进，当所述负荷指令N0增大时，所述汽轮机主控制器发出相应指令以增大所述汽轮机的调节阀开度，进而增大进入所述汽轮机的主蒸汽流量，并最终使机组实际负荷NE与负荷指令N0相同；当所述负荷指令N0减小时，所述汽轮机主控制器发出相应指令以减小所述汽轮机的调节阀开度，进而减小进入所述汽轮机的主蒸汽流量，并最终使机组实际负荷NE与负荷指令N0相同。作为上述方案的进一步改进，所述前馈控制模块通过一个预设函数f1(x)改变所述汽轮机主控制器的输出指令，开大或关小所述汽轮机的高调门，以响应负荷指令N0；所述前馈控制模块通过一个预设函数f2(x)作用于所述锅炉主控制器上而改变所述锅炉主控制器的输出指令，以增加或减小风量、燃料量。进一步地，所述汽轮机主控制器设置至少一个限幅单元以调节所述汽轮机的汽门开度信号；当汽压偏差ΔP超过一个非线性环节的预设死区范围内，所述限幅单元限制所述汽轮机主控制器的输出幅度在一个预设幅度范围内；其中，ΔP＝P0-PT。本专利技术还提供一种火电机组协调控制方法，其应用于上述任意一项所述的火电机组协调控制系统，包括：以火电机组的负荷指令N0为前馈信号，驱动所述锅炉主控制器提前动作，开大或关小所述汽轮机的高调门，以响应负荷指令N0；使所述前馈信号作用于所述锅炉主控制器，增加或减小燃料量、风量，对所述锅炉进行阶跃控制；根据蒸汽的压力偏差值比例，相应补偿所述锅炉的动态延迟，以调节所述锅炉的燃料量；根据所述主汽压力的偏差修正所述锅炉主控制器，以调整所述锅炉的燃烧率。本专利技术的火电机组协调控制系统及其协调控制方法，在机组负荷变化时，开启汽机调节阀，释放掉锅炉侧原有的热量，使得机组能较快的适应电网负荷的要求，从而保证了主汽压力的稳定，提高了机组的安全性。在本专利技术中，锅炉侧同样以功率指令作为前馈信号，让锅炉主控制器提前动作，避免由于锅炉蓄热的不足而影响汽轮机响应负荷，通过设定压力偏差值比例作用来补偿锅炉的动态迟延性，进而继续增加锅炉的燃料量，加大了锅炉的负荷响应速度。在本专利技术中，通过调整锅炉燃烧率来减少汽压波动，如当主蒸汽压力低于预设压力时，应增大燃烧率使锅炉蓄能增加，主汽压力，如在机组稳定时，当外界扰动使汽轮机的调门产生波动，则通过汽轮机能量需求作为锅炉的前馈进行微调，可以保证锅炉蓄热的稳定。本专利技术的火电机组协调控制系统及其协调控制方法，解决了汽轮机调节的快速性与锅炉调节的延迟性之间的矛盾，最大限度的满足了机组负荷响应速度，同时保证机组主汽压力的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火电机组协调控制系统，其用于驱动火电机组中的锅炉和汽轮机；其特征在于：所述火电机组协调控制系统包括：锅炉主控制器，其根据主汽压力与一个预设压力之间的偏差信号，驱动所述锅炉主控制器的反馈调节器PID进行控制运算，使所述偏差信号的偏差值为零；前馈控制模块，其通过至少两路前馈信号而加快所述锅炉的响应速度，以补偿所述锅炉的惯性；以及汽轮机主控制器，在所述偏差信号的偏差值超过一个预设偏差值时，所述汽轮机主控制器处理所述偏差信号，以减小所述偏差值；所述汽轮机主控制器在所述主汽压力超过所述预设压力时，相应限制所述汽轮机的调门的开度；其中，所述前馈控制模块以火电机组的负荷指令N0为前馈信号，驱动所述锅炉主控制器提前动作，开大或关小所述汽轮机的高调门，以响应负荷指令N0；所述前馈控制模块使所述前馈信号驱动所述锅炉主控制器，增加或减小燃料量、风量，对所述锅炉进行阶跃控制；所述前馈控制模块根据蒸汽的压力偏差值比例，相应补偿所述锅炉的动态延迟，以调节所述锅炉的燃料量；所述前馈控制模块还根据所述主汽压力的偏差修正所述锅炉主控制器，以调整所述锅炉的燃烧率。

【技术特征摘要】
1.一种火电机组协调控制系统，其用于驱动火电机组中的锅炉和汽轮机；其特征在于：所述火电机组协调控制系统包括：锅炉主控制器，其根据主汽压力与一个预设压力之间的偏差信号，驱动所述锅炉主控制器的反馈调节器PID进行控制运算，使所述偏差信号的偏差值为零；前馈控制模块，其通过至少两路前馈信号而加快所述锅炉的响应速度，以补偿所述锅炉的惯性；以及汽轮机主控制器，在所述偏差信号的偏差值超过一个预设偏差值时，所述汽轮机主控制器处理所述偏差信号，以减小所述偏差值；所述汽轮机主控制器在所述主汽压力超过所述预设压力时，相应限制所述汽轮机的调门的开度；其中，所述前馈控制模块以火电机组的负荷指令N0为前馈信号，驱动所述锅炉主控制器提前动作，开大或关小所述汽轮机的高调门，以响应负荷指令N0；所述前馈控制模块使所述前馈信号驱动所述锅炉主控制器，增加或减小燃料量、风量，对所述锅炉进行阶跃控制；所述前馈控制模块根据蒸汽的压力偏差值比例，相应补偿所述锅炉的动态延迟，以调节所述锅炉的燃料量；所述前馈控制模块还根据所述主汽压力的偏差修正所述锅炉主控制器，以调整所述锅炉的燃烧率。2.如权利要求1所述的火电机组协调控制系统，其特征在于：当所述主汽压力与所述预设压力不等时，所述调节器PID改变其输出，以改变风量、燃料量，驱使所述主汽压力产生改变，并通过积分，使所述偏差信号的偏差值为零。3.如权利要求1所述的火电机组协调控制系统，其特征在于：所述汽轮机处于稳态时，所述汽轮机的调节器输入端信号的代数和近似为零，则有：(1+s)N0-NE+K(PT-P0)≈0其中，s为调度给定功率的修正系数，NE为所述汽轮机的实际输出功率，K为一个预设比例系数，PT为所述主汽压力的压力值，P0为所述预设压力的压力值。4.如权利要求3所述的火电机组协调控制系统，其特征在于：所述锅炉主控制器以所述偏差信号、所述汽轮机的能量平衡信号PlP0/PT为所述锅炉的前馈控制信号；其中，P1为所述汽轮机的调节级压力，所述偏差信号的调整量大于所述能量平衡信号PlP0/PT的调整量。5.如权利要求1所述的火电机组协调控制系统，其特征在于：所述前馈控制模块工作时：首先，所述前馈控制模块驱使LDC功率输出与负荷目标的偏差经一个预设函数f(x)进行修正，且修正后的值在先经过超前滞后模块进行微分，再经过高/低限制模块进行限制，驱动所述锅...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈原，李波，马俊峰，
申请(专利权)人：鄂尔多斯职业学院，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15