CN102607053A - 一种消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，该方法包括如下步骤：实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当主汽压力的静态偏差超出规定值时，利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与主汽压力静态偏差相对应的燃料量指令偏置，调整锅炉的燃料量，从而消除机组主汽压力的静态偏差。该方法可实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当汽压静态偏差超出规定值时，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与汽压静态偏差相对应的燃料量指令偏置，及时调整锅炉的燃料量，从而能快速消除机组主汽压力的静态偏差，有效提高机组主汽压力的控制精度。

Description

一种消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法

技术领域

本发明涉及一种快速消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，特别是一种利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与汽压静态偏差相对应的燃料量指令偏置，及时调整锅炉的燃料量，从而快速消除机组主汽压力静态偏差的先进控制方法，属于热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

锅炉的负荷控制***是火电厂调节负荷及稳定机组运行的最重要的控制***之一，它主要包括锅炉主控回路和燃料控制回路。在传统的锅炉负荷控制方案中(如附图1所示)，各层所产生的指令为：

第一层为锅炉主控层，计算锅炉的燃料量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器。

第二层为燃料控制层，计算给煤机的平均转速指令CFB：

CFB＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉燃料量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器。

调整锅炉给煤机的平均转速指令CFB，就能实现锅炉燃料量的调整。

在传统的锅炉负荷控制方案中，主汽压力的静态偏差(P₀-P_T)主要依靠PID调节器中的积分作用I来消除的。由于锅炉给煤量对主汽压力的影响是一个大惯性、大滞后的被控过程(纯滞后约120秒左右，惯性时间约1000秒左右)，因此为了确保锅炉负荷控制***的稳定性，PID调节器中的积分作用只能取得很小(对大惯性过程，大的积分作用会引起控制***的不稳定)，积分时间往往达400秒以上。另一方面，主汽压力的静态偏差(P₀-P_T)往往只有(0.1-0.3)Mpa左右，PID调节器的输入偏差很小，很小的积分作用往往使锅炉负荷控制***所具有的消除汽压静差的能力很差，在火电机组运行的大部分时间里，总是存在难于消除的汽压静态偏差，特别是直吹式的亚临界机组如国内大量运行的300MW机组，始终存在汽压静差的状况尤为明显。目前，还未见过采用其它有效方法来消除汽压静差以提高其控制精度的方法和控制方案的报道。

发明内容

技术问题：针对锅炉负荷控制***的现状，为了有效消除机组主汽压力的静态偏差以提高其控制精度，本发明在原锅炉燃料量指令的基础上，提出一种消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，通过间歇性的快速叠加与汽压静态偏差相对应的燃料量指令偏置，快速消除机组主汽压力静态偏差。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，该方法包括如下步骤：实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当主汽压力的静态偏差超出规定值时，利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与主汽压力静态偏差相对应的燃料量指令偏置，调整锅炉的燃料量，从而消除机组主汽压力的静态偏差。

所述调整锅炉燃料量，其对象为锅炉主控层和燃料控制层：

调整锅炉主控层，将根据火电机组的功率指令N₀及主汽压力偏差(P₀-P_T)得到锅炉的燃料量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+BMT

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器；BMT为燃料量指令的间歇性调整偏置，其调整幅度与主汽压力的静态偏差大小有关；

燃料量指令的间歇性调整偏置BMT采用如下方法确定：

步骤A.确定燃料量间歇调整的状态标志″STAT″；

步骤A1.若主汽压力定值P₀、主汽压力P_T的变化率的绝对值分别小于LL1和LL2，汽压偏差(P₀-P_T)大于规定值HL，且这种状态能维持时间DT1秒以上，则说明***存在主汽压力的静态偏差，需调整燃料量，状态标志″STAT″应置位；用如下产生式规则来描述：

IF{(abs(LED₁(P₀))≤LL1)AND(abs(LED₂(P_T))≤LL2)AND

(abs(P₀-P_T)≥HL)能保持时间DT1秒}then″STAT″＝1

式中，LL1，LL2和HL分别为预先设定的不同的限值；abs为绝对值函数；AND为逻辑“与”模块；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；LED₁，LED₂分别为不同参数的第一微分模块和第二微分模块，其传递函数分别为： ${\mathrm{LED}}_1\left(s\right)=\frac{K_{D1}{T}_{D1}s}{1+T_{D1}s},$ ${\mathrm{LED}}_2\left(s\right)=\frac{K_{D2}{T}_{D2}s}{1+T_{D2}s};$ K_D1为第一微分模块的比例增益；T_D1为第一微分模块的微分时间；K_D2为第二微分模块的比例增益；T_D2为第二微分模块的微分时间；s为拉普拉斯算子；

步骤A2.若标志″STAT″＝1的保持时间超过DT2秒，则″STAT″自动复位，即″STAT″＝0；

步骤B.根据燃料量间歇调整的状态标志″STAT″，确定燃料量指令的间歇性调整偏置BMT；

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；A₁，A₂是二个设定的常数；F(x)为预先设定的多点函数；LED₃为第三微分模块，其传递函数为：

LED₃(A₂-A₁)是以(A₂-A₁)为阶跃输入的微分输出；K_D3为第三微分模块的比例增益；T_D3为第三微分模块的微分时间；s为拉普拉斯算子；

燃料控制层，将根据锅炉燃料量指令BM和锅炉实际总煤量FU计算给煤机的平均转速指令CFB：

CFB＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉燃料量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器；

调整锅炉给煤机的平均转速指令CFB，实现锅炉燃料量的调整。

有益效果：本发明的有益效果是：由于通过实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当汽压静态偏差超出规定值时，利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，间歇性的快速叠加与汽压静态偏差相对应的燃料量指令偏置，及时调整锅炉的燃料量，从而能快速消除机组主汽压力的静态偏差，有效提高机组主汽压力的控制精度。

附图说明

图1锅炉负荷控制的传统方案的流程图。图中，k1，k2，k3为比例模块；PD为比例微分模块；PI为比例积分模块；PID为比例积分微分模块；LAG为惯性模块。

图2本发明的锅炉负荷控制方案的流程图。图中，k1，k2，k3为比例模块；PD为比例微分模块；PI为比例积分模块；PID为比例积分微分模块；LAG为惯性模块；LED为实际微分模块；F(x)为折线函数；A为设定系数；ABS为绝对值函数；H/为高值监视器模块；/L为低值监视器模块；MUL为乘法模块；T为切换模块；AND为逻辑与模块；TD为延时带电模块；RS为RS触发器模块。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。

本发明的一种快速消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，是通过以下的技术方案实现的：

实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当汽压静态偏差超出规定值时，利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与汽压静态偏差相对应的燃料量指令偏置，及时调整锅炉的燃料量，从而能快速消除机组主汽压力的静态偏差。

锅炉的燃料调整分为上下二层，即为锅炉主控层和燃料控制层：

第一层为锅炉主控层，将根据发电机组的功率指令N₀及主汽压力偏差(P₀-P_T)等计算锅炉的燃料量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+BMT

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器；BMT为燃料量指令的间歇性调整偏置，其调整幅度与主汽压力的静差大小有关。

BMT采用如下方法确定：

A.确定燃料量间歇调整的状态标志″STAT″。

A1.若主汽压力定值P₀、主汽压力P_T的变化率的绝对值分别小于LL1和LL2，汽压偏差(P₀-P_T)大于规定值HL，且这种状态能维持时间DT1秒以上，则说明***存在主汽压力的静态偏差，需调整燃料量，状态标志″STAT″应置位。可用如下产生式规则来描述：

IF{(abs(LED₁(P₀))≤LL1)AND(abs(LED₂(P_T))≤LL2)AND

(abs(P₀-P_T)≥HL)能保持时间DT1秒}then″STAT″＝1

式中，LL1，LL2和HL分别为不同的限值；abs为绝对值模块；AND为逻辑“与”模块。LED₁，LED₂分别为不同参数的微分模块，其传递函数分别为：

${\mathrm{LED}}_1\left(s\right)=\frac{K_{D1}{T}_{D1}s}{1+T_{D1}s},$ ${\mathrm{LED}}_2\left(s\right)=\frac{K_{D2}{T}_{D2}s}{1+T_{D2}s}.$

A2.若标志″STAT″＝1的保持时间超过DT2秒，则″STAT″自动复位，即″STAT″＝0

B.根据燃料量间歇调整的状态标志″STAT″，确定燃料量指令的间歇性调整偏置BMT。

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；A₁，A₂是二个设定的常数；F(x)为预先设定的多点函数；LED₃为微分模块，其传递函数为：

LED₃(A₂-A₁)是以(A₂-A₁)为阶跃输入的微分输出。

第二层为燃料控制层，将根据锅炉燃料量指令BM和锅炉实际总煤量FU计算给煤机的平均转速指令CFB：

CFB＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉燃料量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器。

调整锅炉给煤机的平均转速指令CFB，就能实现对锅炉燃料量的调整。

本实施例的一种快速消除机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，可实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当汽压静态偏差超出规定值时，利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与汽压静态偏差相对应的燃料量指令偏置，及时调整锅炉的燃料量，从而能快速消除机组主汽压力的静态偏差，有效提高机组主汽压力的控制精度。本实施例提出的锅炉负荷控制方案如附图2所示。

锅炉的燃料量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+BMT

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器；BMT为燃料量指令的间歇性调整偏置，其调整幅度与主汽压力的静差大小有关。

BMT采用如下方法确定：

A.确定燃料量间歇调整的状态标志″STAT″。

A1.若主汽压力定值P₀、主汽压力P_T的变化率的绝对值分别小于LL1和LL2，汽压偏差(P₀-P_T)大于规定值HL，且这种状态能维持时间DT1秒以上，则说明***存在主汽压力的静态偏差，需调整燃料量，状态标志″STAT″应置位。可用如下产生式规则来描述：

IF{(abs(LED₁(P₀))≤LL1)AND(abs(LED₂(P_T))≤LL2)AND

(abs(P₀-P_T)≥HL)能保持时间DT1秒}then″STAT″＝1

式中，LL1，LL2和HL分别为不同的限值；abs为绝对值模块；AND为逻辑“与”模块。LED₁，LED₂分别为不同参数的微分模块，其传递函数分别为：

${\mathrm{LED}}_1\left(s\right)=\frac{K_{D1}{T}_{D1}s}{1+T_{D1}s},$ ${\mathrm{LED}}_2\left(s\right)=\frac{K_{D2}{T}_{D2}s}{1+T_{D2}s}.$

A2.若标志″STAT″＝1的保持时间超过DT2秒，则″STAT″自动复位，即″STAT″＝0

B.根据燃料量间歇调整的状态标志″STAT″，确定燃料量指令的间歇性调整偏置BMT。

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；A₁，A₂是二个设定的常数；F(x)为预先设定的多点函数；LED₃为微分模块，其传递函数为：

LED₃(A₂-A₁)是以(A₂-A₁)为阶跃输入的微分输出。

给煤机的平均转速指令CFB：

CFB＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉燃料量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器。

调整锅炉给煤机的平均转速指令CFB，就能实现对锅炉燃料量的调整。

某300MW亚临界火电机组采用本专利的控制方案，上式的相关参数选为：

锅炉主控层参数：

$\mathrm{PD}\left(s\right)=0.47+\frac{12.5\×12s}{1+12s},$ $\mathrm{PID}\left(s\right)=1.3+\frac{1}{530s},$ k1＝4， ${\mathrm{LED}}_1\left(s\right)=\frac{20.0\×10s}{1+10s}$

LL₁＝LL₂＝0.2，HL＝0.1，A1＝0.0，A2＝1.0，A3＝0.0

DT1＝60Sec，DT2＝250Sec，

F(x)：由如下函数点通过线性插值计算

x	-1.0	-0.3	-0.2	-0.1	0.0	0.1	0.2	0.3	1.0
										F(x)	-4.0	-4.0	-3.0	-2.0	0.0	2.0	3.0	4.0	4.0

燃料控制层参数：

k₂＝0.1，k₃＝1.0， $\mathrm{PI}\left(s\right)=0.02+\frac{1}{6.0s},$

本发明的快速消除机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法可在各类分散控制***DCS中直接通过组态方式实现，该控制***已在某电厂300MW亚临界机组上成功应用。在采用本发明之前，机组在大部分的运行时间里主汽压力均存在(0.1-0.3)Mpa之间的静态偏差，而采用本发明后，主汽压力的静态偏差能快速消除，有效提高了主汽压力的控制精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (2)

1.一种消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：实时监测火电机组主汽压力的静态偏差，当主汽压力的静态偏差超出规定值时，利用微分控制模块的阶跃输出特性，在原锅炉燃料量指令的基础上，通过间歇性的快速叠加与主汽压力静态偏差相对应的燃料量指令偏置，调整锅炉的燃料量，从而消除机组主汽压力的静态偏差。

2.根据权利要求1所述的消除火电机组主汽压力静态偏差的间歇性控制方法，其特征在于所述调整锅炉燃料量，其对象为锅炉主控层和燃料控制层：

调整锅炉主控层，将根据火电机组的功率指令N₀及主汽压力偏差(P₀-P_T)得到锅炉的燃料量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+BMT

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器；BMT为燃料量指令的间歇性调整偏置，其调整幅度与主汽压力的静态偏差大小有关；

燃料量指令的间歇性调整偏置BMT采用如下方法确定：

步骤A.确定燃料量间歇调整的状态标志″STAT″；

步骤A1.若主汽压力定值P₀、主汽压力P_T的变化率的绝对值分别小于LL1和LL2，汽压偏差(P₀-P_T)大于规定值HL，且这种状态能维持时间DT1秒以上，则说明***存在主汽压力的静态偏差，需调整燃料量，状态标志″STAT″应置位；用如下产生式规则来描述：

IF{(abs(LED₁(P₀))≤LL1)AND(abs(LED₂(P_T))≤LL2)AND

(abs(P₀-P_T)≥HL)能保持时间DT1秒}then″STAT″＝1

式中，LL1，LL2和HL分别为预先设定的不同的限值；abs为绝对值函数；AND为逻辑“与”模块；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；LED₁，LED₂分别为不同参数的第一微分模块和第二微分模块，其传递函数分别为： ${\mathrm{LED}}_1\left(s\right)=\frac{K_{D1}{T}_{D1}s}{1+T_{D1}s},$ ${\mathrm{LED}}_2\left(s\right)=\frac{K_{D2}{T}_{D2}s}{1+T_{D2}s};$ K_D1为第一微分模块的比例增益；T_D1为第一微分模块的微分时间；K_D2为第二微分模块的比例增益；T_D2为第二微分模块的微分时间；s为拉普拉斯算子；

步骤A2.若标志″STAT″＝1的保持时间超过DT2秒，则″STAT″自动复位，即″STAT″＝0；

步骤B.根据燃料量间歇调整的状态标志″STAT″，确定燃料量指令的间歇性调整偏置BMT；

式中，P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；A₁，A₂是二个设定的常数；F(x)为预先设定的多点函数；LED₃为第三微分模块，其传递函数为：

LED₃(A₂-A₁)是以(A₂-A₁)为阶跃输入的微分输出；K_D3为第三微分模块的比例增益；T_D3为第三微分模块的微分时间；s为拉普拉斯算子；

燃料控制层，将根据锅炉燃料量指令BM和锅炉实际总煤量FU计算给煤机的平均转速指令CFB：

CFB＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉燃料量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器；

调整锅炉给煤机的平均转速指令CFB，实现锅炉燃料量的调整。

Images