锅炉－汽轮机单元的汽压均衡控制器制造技术

本发明专利技术公开了属于发电设备控制技术领域的一种锅炉－汽轮机单元的汽压均衡控制器。其由压差补偿器和压力设定点优化器两部分组成：压差补偿器根据汽压偏差信号Ｐ↓［Ｅ］的大小动态调整负荷指令变化的速率和方向，产生实际负荷目标值Ｎ↓［Ｒ］；压力设定点优化器在汽压偏差信号Ｐ↓［Ｅ］的驱动下，动态调整蒸汽压力的设定值，产生实际汽压目标值Ｐ↓［ＴＲ］。将Ｎ↓［Ｒ］和Ｐ↓［ＴＲ］分别与实际负荷信号Ｎ和实际汽压偏差信号Ｐ↓［Ｔ］求差后作为机炉协调控制器的输入，实现对锅炉－汽轮机单元的汽压均衡控制。应用本发明专利技术在常规机炉协调控制的基础上新增汽压均衡控制器，方便有效地解决机组输出功率大范围变化时蒸汽压力频繁超限的问题，实现蒸汽压力的均衡控制，提高机组的运行水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于设备控制
，特别涉及一种锅炉-汽轮机单元的汽压均衡 控制器。具体是一种由蒸汽压力偏差信号驱动的、由压差补偿器和压力设定点优 化器两部分构成的、以确保蒸汽压力稳定均衡为目的的优化控制器。
技术介绍
锅炉-汽轮机单元已经成为目前国内最为流行且普遍采用的发电机组形式，其典型特征是由单一的一台锅炉(亚临界、超临界、循环流化床、生 物质锅炉等)制备蒸汽供给单一的一台汽轮机，再由汽轮机带动发电机产生电能。 一台锅炉、 一台汽轮机、 一台发电机及相关辅助设备共同构成单元制 发电机组。已经证明，在燃烧矿物燃料的发电机组中，锅炉-汽轮机单兀是一种最为 高效和经济的形式。尽管如此，在锅炉-汽轮机单元的整个生产流程中仍存在 一些影响机组运行品质的固有矛盾，例如燃料加入锅炉炉膛到高温高压蒸汽的产生需要较长时间，而电网对机组 输出功率的需求W时刻都在变化，为了提高锅炉侧蒸汽产出的速度，主蒸汽 调节阀的开度/^常被作为一种调节手段，当负荷指令A^增加时，通过增加 主蒸汽调节阀的开度，透支锅炉金属材料中的蓄热，快速地制备蒸汽，从而 响应电网的负荷需求，同时，相应地增加入炉燃料量S来平衡能量的供需关 系；但是，主蒸汽调节阔的开度的变化将不可避免地影响到蒸汽管道出口 (主蒸汽调节阀前)的蒸汽压力/v(称为主蒸汽压力)，使其产生较大范围的波动，而主蒸汽压力又是锅炉-汽轮机单元运行中最为重要的过程参数，其稳定性将 直接影响到机组的安全、经济运行。综上所述，锅炉-汽轮机单元的负荷跟随速度与汽压平稳性是有矛盾的。 现有的控制方式(尤其是连接自动发电控制系统AGC的机组的控制方式)多强调负荷响应的快速性，而在一定程度上容忍或忽视蒸汽压力的频繁波动， 但在频繁改变的电网负荷需求的激励下，蒸汽压力的波动有时会趋向恶化， 进而引起自动系统的解裂甚至停机。怎样在不影响锅炉-汽轮机单元负荷响应速度的同时提高蒸汽压力的平 稳性，即实现多种工况下的压力均衡控制是一个亟待解决的问题。经对现有学术及技术文献的检索，未发现专门针对蒸汽压力均衡问题的研 究。而对于锅炉-汽轮机单元控制问题的研究多集中在对各种先进控制算法的尝 试和仿真对比上，如高夫燕等人在《能源工程》(2004年，第6期，第12-15页)上发表的文章 "模糊祌经网络控制器用于电站主汽压控制的研究"根据主汽压被控对象的动 态特性，设计了一个模糊神经网络自适应控制系统，该系统引用了模糊高斯基 函数神经网络结构，并采用了基于变尺度优化学习的改进型学习算法，仿真实 验证明了该方法的有效性。但是，从工程应用的角度看，该研究存在两方面的问题其一，文中将主蒸汽压力看作一个孤立的系统进行控制系统设计，没有充分考虑汽压与机组输出功率之间的耦合关系，仅通过调节进入炉膛的燃料量来控 制蒸汽压力，没有设置对主蒸汽调节阀开度的限制，如电网负荷需求发生大范围变化，这种方法将很难保证蒸汽压力的稳定；其二，文中控制系统所基于的神经 网络结构复杂，未知参数多且物理意义不明确，有大量参数需要通过寻优的方式 加以确定。因此，该方法很难在工业控制系统中实现，实用价值不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提出一种锅炉-汽轮机单元的汽压均 衡控制器，该控制器结构简单，贴近实际运行情况、易于工程实现。本专利技术的技术方案为汽压均衡控制器由压差补偿器和压力设定点优化器两 部分构成，两者的输出A^和尸^分别与实际负荷信号W和实际汽压信号尸r求差 后作为机炉协调控制器的输入，即可实现对该锅炉-汽轮机单元的汽压均衡控制。W和由汽压偏差信号&、目标负荷期望值A^和蒸汽压力期望值尸^、 压差补偿器和压力设定点优化器的输出规则共同确定。其中，A为条件变量，驱 动不同规则间的转换及输入/输出影射关系的建立；A^和/^p为目标变量，系统 到达稳态后A^和尸w最终与A^和尸t^保持一致；压差补偿器和压力设定点优化 器的输出规则按照机组运行工况及蒸汽压力偏离期望值的程度设定。具体实施步骤如下1)建立压差补偿器的输出规则-根据蒸汽压力偏离期望值的程度，即偏差信号尸￡的大小，按照如下五种情况建立压 差补偿器的输出规则。①汽压偏差信号^在允许范围以内，如|/>￡|<0.()3/^|，且目标负荷期望值W的变化速率在设定范围内，则采用离散表达式的输出规则为，当|i^)N|0.03;W|且& < —,二) ，其中，A^Q和AW^1)分别为当前采样时刻和上一采样时刻的实际负荷目标值， A^^)为当前采样时刻的目标负荷期望值，/MQ为当前采样时刻的蒸汽压力偏差 信号，/VW为当前采样时刻的蒸汽压力期望值，攀)和琳-l)分别为当前采样时 刻和上一采样时刻的时间，Fw和尺v分别为预先给定(可修改)的实际负荷目标值A^的下降速率和上升速率。|0.03;^|的误差边界可根据实际需要进行修改。② 汽压偏差信号A在允许范围以内，但目标负荷期望值A^的上升速率超出 了设定速率i w，则采用离散表达式的输出规则为聰《糊u+嬰-1)，当|尸￡(丰!0 )|且n:':、，③ 汽压偏差信号^在允许范围以内，但目标负荷期望值7V,p的下降速率超出 了设定速率《v，则采用离散表达式的输出规则为<formula>formula see original document page 7</formula>④蒸汽压力偏差信号尸￡超出允许范围但仍处于安全范围内，此时要暂时f 宜止实际负荷目标值A^的变化，等待A回到允许范围以内，则采用离散表达式的输出规则为Ay" = A^(A:-1)，当|0.03尸77":t 、<尸'本条规则在压力偏差信号,￡在范围内变化时具有滞环特性，可防止实际负荷目标值A^在边界点的频繁切换。⑤汽压偏差信号A超出安全范围，此时要将实际负荷目标值A^作反向调 节，促使&回到安全范围以内，则采用离散表达式的输出规则为 (A) = jV/;(A — 1) — a，当|A0)| > |0,05尸7印、本条规则中的《^P,.W项是对A^的反调，以此来影响主蒸汽调节阔的开W+ 1度&，从而主动减小蒸汽压力的偏差。a为反调系数， 一般在10 20之间取值；超前-滞后环节^是为了动态地增强反调强度、快速消除压力偏差， 一般情况 r25 + l下应取r一5，也可取Z"^^,此时反调项就变为比例环节。 综上所述，压差补偿器的输出规则可用一组方程描述聰=^ + ，一1),州一/(A:-l)<凡当^丰l證^l且^f^^ 聰=^ -1)] + (")，当^丰|0.呵,)|且""-，-D"(1)聰=，-1)，当|0 )|<|/^，=，-1)-《^^，0.05，|当Kr2x+ 1 |>|0.(b )82)建立压力设定点优化器的输出规则根据汽压偏差信号尸￡的大小，按照如下六种情况建立压力设定点优化器的输出规则。① 蒸汽压力偏差信号尸￡在允许范围以内，如| ￡|—0.03/^|，且蒸汽压力期望 值尸7^的变化速率在设定范围内，则采用离散表达式的输出规则为-当kwi,.03&,Pwi且^、(:))二:::"《其中，/Vw(Q和尸w(^ 1 )分别为当前采样时刻和上一采样时刻的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉－汽轮机单元的汽压均衡控制器，其特征在于：　锅炉－汽轮机单元的汽压均衡控制器由压差补偿器和压力设定点优化器两部分组成：压差补偿器依据规则，根据汽压偏差信号Ｐ↓［Ｅ］的大小动态调整负荷指令变化的速率和方向，产生实际负荷目标值Ｎ↓［Ｒ］；压力设定点优化器根据运行工况，在汽压偏差信号Ｐ↓［Ｅ］的驱动下，依据规则动态调整蒸汽压力的设定值，产生实际汽压目标值Ｐ↓［ＴＲ］；将Ｎ↓［Ｒ］和Ｐ↓［ＴＲ］分别与实际负荷信号Ｎ和实际汽压偏差信号Ｐ↓［Ｔ］求差后作为机炉协调控制器的输入，从而实现对锅炉－汽轮机单元的汽压均衡控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房方，魏乐，刘吉臻，谭文，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]