CN101509656B - 一种超临界直流炉综合型协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其包括以下步骤：1)进行传统协调控制***的逻辑组态，在传统协调控制***的锅炉主控回路中加入实际负荷设定值的微分信号，并为增量式状态观测器、惯性抑制器和热值观测器预留出接口；2)进行增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈信号；3)进行惯性抑制器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈信号；4)进行给水增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为给水控制的前馈信号；5)在传统协调控制***的热值计算回路中引入一热值观测器，校正进入锅炉的煤量的发热量信号。本发明在对于超临界直流炉的控制中取得了很好的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种热工自动控制方法，特别是关于一种超临界直流炉综合型协调控制方法。
背景技术
随着我国电力事业的不断发展，单元火力发电机组的发电容量也有了很大的提高。当前单元火力发电机组已由原来的300MW亚临界汽包炉向600MW超临界直流炉、1000MW超超临界直流炉转变。但是，对于超临界直流炉的控制在我国热工自动控制领域还是一个比较新的研究领域，而且由于超临界直流炉没有汽包，超临界机组工质流和能量流相互耦合，从而在各个控制回路，如给水、汽温及负荷控制回路之间存在着很强的非线性耦合。这对于超临界直流炉的控制方法也提出了更高的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提出一种超临界直流炉综合型协调控制方法，使得超临界直流炉机组高效参与电网负荷调度，并使超临界直流炉机组在调度周期内能够及时准确地适应负荷大幅度的变动。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其包括以下步骤：1)进行传统协调控制***的逻辑组态，在传统协调控制***的锅炉主控回路中加入实际负荷设定值的微分信号，并为增量式状态观测器、惯性抑制器和热值观测器预留出接口；2)进行增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈信号；3)进行惯性抑制器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈信号；4)进行给水增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为给水控制的前馈信号；5)在传统协调控制***的热值计算回路中引入一热值观测器，校正进入锅炉的煤量的发热量信号。
在进行步骤2)时，包括以下两个方面的内容：①利用概率统计方法，根据长期运行中负荷和煤量实际对应关系求出的数学期望值，整定不同负荷下负荷和煤量的函数关系，从而对所述增量型状态观测器的参数进行整定，找出不同工况下负荷与煤量之间的关系曲线；②根据增量式状态观测器的设计概念，将所述负荷与煤量之间的关系曲线作为参考信号引入所述增量式状态观测器，经过所述增量型状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，然后将所述状态反馈值作为前馈信号引入所述传统协调控制***的锅炉主控制回路中，对单元机组各种负荷下对应的煤量进行超前定位，增强锅炉的响应速度。
在进行步骤3)时，包括以下三个方面的内容：①当升降负荷的逻辑信号置位时，在所述锅炉主控回路中加入一正踢控制回路，所述正踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以改善锅炉控制的响应性，经若干时间该指令消失；②当升降负荷的逻辑信号复位时，在所述锅炉主控回路中加入一反踢控制回路，所述反踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以防止锅炉汽压的过调，经若干时间该指令消失；③在所述锅炉主控回路中加入一加速控制回路，所述加速控制回路根据当前的负荷偏差经函数发生器计算输出一个额外增减煤量的前馈指令给所述锅炉主控回路，令其再额外地增加或减少一部分煤量。
在进行步骤3)时，包括以下三个方面的内容：①当升降负荷的逻辑信号置位时，在所述锅炉主控回路中加入一正踢控制回路，所述正踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以改善锅炉控制的响应性，经若干时间该指令消失；②当升降负荷的逻辑信号复位时，在所述锅炉主控回路中加入一反踢控制回路，所述反踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以防止锅炉汽压的过调，经若干时间该指令消失；③在所述锅炉主控回路中加入一加速控制回路，所述加速控制回路根据当前的负荷偏差经函数发生器计算输出一个额外增减煤量的前馈指令给所述锅炉主控回路，令其再额外地增加或减少一部分煤量。
在进行步骤4)时，包括以下两个方面的内容：①所述给水增量式状态观测器的输入变量包括给水流量、负荷指令、分离器出口压力和温度，输出是增量式状态反馈去改变给水控制指令，把给水流量和由负荷指令计算出的给水流量设定值的偏差通过多个惯性环节模仿实际锅炉进水加热的过程，惯性环节的最终输出和分离器出口蒸汽的焓值与负荷指令计算出的焓值设定值的偏差进行比较，其偏差修正惯性环节，最终使惯性环节后的给水流量偏差与分离器出口焓值偏差相等；②取各个惯性环节中的中间状态变量作为所述给水增量式状态观测器的反馈，修正给水控制指令。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在传统协调控制***中增加了增量式状态观测器作为燃烧率控制的前馈，以便预测汽压的变化趋势，修正锅炉主控回路的输出，从而有效克服锅炉主控回路PID调节器的输出特性和锅炉惯性所引起的汽压过调或振荡的现象，对超临界直流炉汽压的稳定起到关键性的作用。2、本发明在传统协调控制***中增加了具有正踢、反踢和加速器功能的惯性抑制器作为燃烧率控制的前馈，最大限度地降低锅炉迟滞和惯性对升降负荷的影响，提高了机组变负荷的动态响应能力。3、本发明在传统协调控制***中增加了给水增量式状态观测器作为给水控制的前馈，可以很好的改善超临界直流炉分离器出口蒸汽的控制效果，保证机组的安全稳定运行。4、本发明在传统协调控制***的热值计算回路中引入一已有技术中的热值观测器，可以很好的检测燃煤的热值，实时修正进入锅炉的燃煤量，对于超临界直流炉可以很好的保证燃料和给水的配合，使机组不发生超温或低温的情况，改善机组的控制稳定性。综上所述，本发明在超临界直流炉的协调控制和给水控制中充分考虑了超临界机组的特性，把超临界直流炉的协调控制和给水控制有机的结合起来，并在各个控制中增加增量式状态观测器、惯性抑制器和热值观测器等先进的控制算法，是一个综合型协调控制方法。本发明在对于超临界直流炉的控制中取得了很好的控制效果。
附图说明
图1是本发明的整体控制方案逻辑图
图2是本发明的给水增量式状态观测器逻辑图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的基本思路是：在传统协调控制***中增加了增量式状态观测器和惯性抑制器作为燃烧率控制的前馈，并增加了给水增量式状态观测器作为给水控制的前馈，用于改善给水控制的动态效果。而对于超临界直流炉，由于一定的热量要对应一定的水，因此在传统协调控制***的热值计算回路中增加了热值观测器，该观测器实时修正燃煤的热量信号。
基于以上基本思路，本发明的方法包括以下步骤：
1、进行传统协调控制***的逻辑组态，在传统协调控制***的锅炉主控回路(M/A)中加入实际负荷设定值的微分信号，并为增量式状态观测器、惯性抑制器和热值观测器预留出接口。在单元机组升降负荷的动态过程中，进炉的煤量设定值是随负荷变化的，则实际进炉的煤量要比煤量设定值变化得快才行。因此，本发明在锅炉主控回路中加入实际负荷设定值的微分信号，经锅炉主控PI调节器的作用形成BM指令信号，再经交叉限制运算得到的实际煤量设定值指令信号，这样就比送入增量式状态观测器的煤量设定值要大(对升负荷而言)。
2、进行增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈，具体包括以下两个方面的内容：
1)利用概率统计方法，根据长期运行中负荷和煤量实际对应关系求出的数学期望值，整定不同负荷下负荷和煤量的函数关系，从而对增量型状态观测器的参数进行整定，找出不同工况下负荷与煤量之间的关系曲线。尽管煤的发热量是一个随机变量，但通过大量实时数据并按照概率分布所求取的函数关系曲线，其所代表的是负荷与煤量之间最好的数学期望值，该信号在变负荷过程中具有重要作用。
2)根据增量式状态观测器的设计概念，将负荷与煤量之间的关系曲线作为参考信号引入增量式状态观测器，经过增量型状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，然后将该状态反馈值作为前馈信号引入传统协调控制***的锅炉主控制回路中，对单元机组各种负荷下对应的煤量进行超前定位，增强锅炉的响应速度。由于在锅炉主控回路中加入了基于增量式状态观测器的状态反馈控制，以便预测汽压的变化趋势，修正锅炉主控回路的输出，从而有效克服锅炉主控回路PID调节器的输出特性和锅炉惯性所引起的汽压过调或振荡的现象，对超临界直流炉汽压的稳定起到关键性的作用。
3、进行惯性抑制器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈。惯性抑制器的作用是最大限度地降低锅炉迟滞和惯性对升降负荷的影响，其包括以下三个方面的内容：
1)当升降负荷的逻辑信号置位时，在锅炉主控回路中加入一已有技术中的正踢控制回路，该正踢控制回路给出一个额外的加(减)煤量的前馈指令到锅炉主控回路，用以改善锅炉控制的响应性，经若干时间该信号消失。
2)当升降负荷的逻辑信号复位时，此时要求升降负荷的过程已结束，但由于锅炉迟滞的作用，此时进入锅炉的煤量将在随后的过程中产生过量的影响。因此，在锅炉主控回路中加入一已有技术中的反踢控制回路，该反踢控制回路给出一个额外的加(减)煤量的前馈指令到锅炉主控回路，用以防止锅炉汽压的过调，经若干时间该信号消失。
3)由于锅炉调节存在延迟和惯性，因此在锅炉主控回路中加入一加速控制回路。加速控制回路由负荷指令设定值与实际负荷的差值信号经一函数发生器而形成，是一非线性比例调节器。在负荷指令设定值与实际负荷的差值信号较大时，说明锅炉跟不上汽机的变化，加速控制回路根据当前的负荷偏差经函数发生器计算输出一个额外的加(减)煤量的前馈指令给锅炉主控回路，令其再额外地增加或减少一部分煤量，起“加速器”的作用。
4、进行给水增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为给水控制的前馈信号。在超临界直流炉的运行中，分离器出口的蒸汽品质是非常重要的，给水控制的好坏直接影响着机组的安全性。因此，本发明在传统协调控制***中增加了给水增量式状态观测器作为给水控制的前馈，具体包括以下两个方面的内容：
1)如图2所示，给水增量式状态观测器的输入变量包括给水流量、负荷指令、分离器出口压力和温度，输出是增量式状态反馈去改变给水控制指令，把给水流量和由负荷指令计算出的给水流量设定值的偏差通过多个惯性环节模仿实际锅炉进水加热的过程，惯性环节的最终输出和分离器出口蒸汽的焓值与负荷指令计算出的焓值设定值的偏差进行比较，其偏差修正惯性环节，最终使惯性环节后的给水流量偏差与分离器出口焓值偏差相等。
2)取各个惯性环节中的中间状态变量作为给水增量式状态观测器的反馈，修正给水控制指令。
5、在传统协调控制***的热值计算回路中引入一已有技术中的热值观测器，校正进入锅炉主控回路的煤量的发热量信号。由于在超临界直流炉中给水和煤量的配比是非常重要的，如果给水较小则锅炉的主蒸汽温度就可能很高，这严重影响了单元机组的安全运行；同样如果煤质变差时，给水就就会相对变多这会造成主蒸汽温度较低，这也影响了单元机组的安全运行。因此，本发明在传统协调控制***的热值计算回路中引入已有技术中的热值观测器，使得给水控制能够很好的保证锅炉热量和给水的配合，让进入锅炉的总燃料量能真正的代表它所含有的热量，这对于超临界直流炉的给水控制是非常有意义的。
综上所述，本发明在超临界直流炉的协调控制和给水控制中充分考虑了超临界机组的特性，把超临界直流炉的协调控制和给水控制有机的结合起来，并在各个控制中增加增量式状态观测器、惯性抑制器和热值观测器等先进的控制算法，是一个综合型协调控制方法。本发明在对于超临界直流炉的控制中取得了很好的控制效果。
Claims (5)
1.一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其包括以下步骤：
1)进行传统协调控制***的逻辑组态，在传统协调控制***的锅炉主控回路中加入实际负荷设定值的微分信号，并为第一增量式状态观测器、惯性抑制器和热值观测器预留出接口；
2)进行第一增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈信号；
3)进行惯性抑制器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为燃烧率控制的前馈信号；
4)进行第二增量式状态观测器的逻辑组态，并将其输出引入到传统协调控制***中作为给水控制的前馈信号；
5)在传统协调控制***的热值计算回路中引入一热值观测器，校正进入锅炉的煤量的发热量信号。
2.如权利要求1所述的一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其特征在于：在进行步骤2)时，包括以下两个方面的内容：
①利用概率统计方法，根据长期运行中负荷和煤量实际对应关系求出的数学期望值，整定不同负荷下负荷和煤量的函数关系，从而对所述第一增量型状态观测器的参数进行整定，找出不同工况下负荷与煤量之间的关系曲线；
②根据增量式状态观测器的设计概念，将所述负荷与煤量之间的关系曲线作为参考信号引入所述第一增量式状态观测器，经过所述第一增量型状态观测器中的算法计算后得出状态反馈值，然后将所述状态反馈值作为前馈信号引入所述传统协调控制***的锅炉主控制回路中，对单元机组各种负荷下对应的煤量进行超前定位，增强锅炉的响应速度。
3.如权利要求1所述的一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其特征在于：在进行步骤3)时，包括以下三个方面的内容：
①当升降负荷的逻辑信号置位时，在所述锅炉主控回路中加入一正踢控制回路，所述正踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以改善锅炉控制的响应性；
②当升降负荷的逻辑信号复位时，在所述锅炉主控回路中加入一反踢控制回路，所述反踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以防止锅炉汽压的过调；
③在所述锅炉主控回路中加入一加速控制回路，所述加速控制回路根据当前的负荷偏差经函数发生器计算输出一个额外增减煤量的前馈指令给所述锅炉主控回路，令其再额外地增加或减少一部分煤量。
4.如权利要求2所述的一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其特征在于：在进行步骤3)时，包括以下三个方面的内容：
①当升降负荷的逻辑信号置位时，在所述锅炉主控回路中加入一正踢控制回路，所述正踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以改善锅炉控制的响应性；
②当升降负荷的逻辑信号复位时，在所述锅炉主控回路中加入一反踢控制回路，所述反踢控制回路给出一个额外增减煤量的前馈指令到所述锅炉主控回路，用以防止锅炉汽压的过调；
③在所述锅炉主控回路中加入一加速控制回路，所述加速控制回路根据当前的负荷偏差经函数发生器计算输出一个额外增减煤量的前馈指令给所述锅炉主控回路，令其再额外地增加或减少一部分煤量。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种超临界直流炉综合型协调控制方法，其特征在于：在进行步骤4)时，包括以下两个方面的内容：
①所述第二增量式状态观测器的输入变量包括给水流量、负荷指令、分离器出口压力和温度，输出是增量式状态反馈去改变给水控制指令，把给水流量和由负荷指令计算出的给水流量设定值的偏差通过多个惯性环节模仿实际锅炉进水加热的过程，惯性环节的最终输出和分离器出口蒸汽的焓值与负荷指令计算出的焓值设定值的偏差进行比较，经比较后得到的偏差修正惯性环节，最终使惯性环节后的给水流量偏差与分离器出口焓值偏差相等；
②取各个惯性环节中的中间状态变量作为所述第二增量式状态观测器的反馈，修正给水控制指令。
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