CN107908103B - 一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法 - Google Patents

一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，针对汽轮机效率变化，对协调控制***中锅炉主控进行修正。其包括如下步骤：A、锅炉侧热值校正回路修正；B、汽轮机侧效率修正；C、基于广义径向基神经网络的排气焓计算；D、热值对锅炉主控输出修正。本发明把汽轮机效率从锅炉热值校正量中分离，将锅炉和汽机效率分开计算，同时将热值校正回路的设定值由负荷函数修改为机组实际的热负荷函数，可保证热值校正回路输出为燃料真实热值，有效减少因汽机效率变化引起的***波动，减少超调，提高机组的安全性和稳定性。

Description

一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法
技术领域
本发明涉及一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法。
背景技术
协调控制***的任务是使火电机组负荷快速响应外界负荷需求(中调负荷指令或操作员负荷指令)，并同时保持机前汽压的稳定。热值校正回路是协调控制的重要组成部分，其功能是当机组燃煤发热量与标煤出现偏差时，对燃料热值进行修正，保证协调控制***的稳定性。传统热值校正回路采用机组所消耗的燃料量与电负荷进行比较，将机组效率进行整体考虑，当所用燃料量与设计值出现偏差时，认为是燃料热值发生变化，热值校正回路对燃料量进行修正，见图1。但是随着火电节能技术的不断发展，当汽轮机因工作点发生变化导致效率变化时，该方案的缺点也在不断凸显。如空冷机组背压随负荷与环境温度变化而改变时，汽轮机效率改变致使整个机组效率发生改变，热值校正回路会因背压变化不断修正燃料热值，导致协调控制***中校正的热值与实际燃料热值失配，造成机组变负荷过程中参数振荡；汽轮机通流改造、机组灵活性改造、滑压优化等节能技术也会改变汽轮机效率，导致热值校正回路的错误调节，造成机组主要参数波动，影响机组的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于因节水(空冷机组)、灵活性改造、节能改造等原因导致汽轮机效率发生变化时，火电机组的协调控制***热值校正方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，针对汽轮机效率变化，对协调控制***中锅炉主控进行修正。
其包括如下步骤：
A、锅炉侧热值校正回路修正；
B、汽轮机侧效率修正；
C、基于广义径向基神经网络的排气焓计算；
D、热值对锅炉主控输出修正。
所述步骤A包括如下步骤：
(1)PID调节器的设定值为锅炉当前热负荷所需的标煤量；所述PID调机器的设定值通过公式(a)计算；
Brs＝f(D×(h1-h3)+D1×(ha-hb)) 公式(a)
公式(a)中，Brs：PID调节器的设定值；
D：主蒸汽流量，由公式(b)获得，由调节级压力折算；
h1：锅炉出口主蒸汽焓，由当前机组主蒸汽温度、压力的设定值查表获得；
h3：锅炉入口给水焓，由省煤器入口给水压力、温度查表获得，
D1：再热蒸汽流量，由公式(b)获得；
hb：高排出口蒸汽焓，由当前机组高排出口蒸汽温度、压力的设定值查表获得；
ha：中压缸入口蒸汽焓，中压缸入口蒸汽压力、温度查表获得，D×(h1-h3)可表征为含锅炉效率的当前锅炉发热量；
f(·)：折算函数，将锅炉热负荷折算为设计标煤量；
Figure BDA0001433039440000021
公式(b)中，D10、pr、tr0、pr0、tr分别为再热蒸汽流量设计值、压力设计值、温度设计值、实际再热蒸汽压力、温度；
(2)热值校正回路中PID的被调量与传统热值校正回路相同，选取为机组燃料量。
所述步骤B为，通过汽轮机热效率对热值的修正系数K2，对锅炉热值修正回路进行校正，K2通过公式(c)计算；
Figure BDA0001433039440000022
公式(c)中，K2：汽轮机热效率对热值修正系数；η0t：汽轮机设计热效率；η1t：汽轮机当前热效率。
当汽轮机无抽汽无中间再热***时，根据公式(e)计算汽轮机当前热效率；
Figure BDA0001433039440000031
公式(e)中，h1：汽轮机入口焓值，由汽轮机入口蒸汽温度、压力设定值查表获取；h2：为汽轮机排汽焓值，由机组当前负荷、主蒸汽焓、再热蒸汽焓、排汽压力、排汽温度进行差值计算获得；h3：锅炉入口给水焓，由给水压力、温度查表获得。
当汽轮机无抽汽有一次再热时，根据公式(f)计算汽轮机当前热效率；
Figure BDA0001433039440000032
公式(f)中，ha：再热蒸汽焓，由再热蒸汽温度设定值、压力查表获取；hb：高压缸排汽焓，由高压缸排汽温度、压力查表获取。
当汽轮机有抽汽无中间再热时，根据公式(g)计算汽轮机当前热效率；
Figure BDA0001433039440000033
公式(g)中，a：抽汽份额；i：抽汽级数；n：抽汽编号；x：抽汽做功不足系数，x＝(hi-hb)/(h1-hb)，hi为抽汽焓；
Figure BDA0001433039440000034
是抽汽损失份额，由各级抽汽量、抽汽参数运算获得。
当汽轮机有抽汽和中间再热时，根据公式(h)计算汽轮机当前热效率；
Figure BDA0001433039440000035
公式(h)中，a：高压缸抽汽份额；i：高压缸抽汽级数；n：高压缸抽汽编号；x：抽汽做功不足系数，x＝(hi-hb)/(h1-hb)，hi为抽汽焓；b：中低压缸抽汽份额；j：中低压缸抽汽级数；m：中低压缸抽汽编号；y：抽汽做功不足系数，y＝(hj-h2)/(ha-h2)，hj为抽汽焓；
Figure BDA0001433039440000041
是抽汽损失份额，由各级抽汽量、抽汽参数运算获得。
所述步骤C：指令燃料量Bs为经热值修正后的锅炉主控输出，计算公式(i)为：
Bs＝Bout×K1×K2 公式(i)
公式(i)中，Bout为锅炉主控输出；K1为PID的输出为热值校正系数，由锅炉中汽水吸热量计算得出；K2：汽轮机热效率对热值修正系数。
所述步骤D为：
***输入参数选取为：机组功率、主蒸汽焓、再热蒸汽焓、排汽压力、各抽汽焓，用矩阵X表示；
***输出为排汽焓，用矩阵Y表示；
径向基函数采用高斯函数
Figure BDA0001433039440000042
***输出可表示为公式(j)：
Figure BDA0001433039440000043
公式(j)中：
Figure BDA0001433039440000044
Figure BDA0001433039440000045
dmax为样本中心间的最大欧式距离，I为样本中心个数。
其中，样本中心通过如下方法确定：
1)根据机组负荷和排汽压力确定隐节点个数I；
2)在输入样本中随机选取I个不同的典型样本作为聚类中心(ti(n)(i＝(1,2,...,I),n为迭代次数)，设n＝0，有效的专家经验可减少迭代计算量；
3)计算所有输入样本距各中心的2-范数，||Xk-ti(n)||，k＝(1,2,...,m)为样本个数，并对每个输入样本Xk按最小欧式距离进行归类；
4)重新计算样本中心
Figure BDA0001433039440000051
5)当误差小于设定值时结束，否则返回步骤3)。
本发明的有益效果在于：本发明把汽轮机效率从锅炉热值校正量中分离，将锅炉和汽机效率分开计算，同时将热值校正回路的设定值由负荷函数修改为机组实际的热负荷函数，可保证热值校正回路输出为燃料真实热值，有效减少因汽机效率变化引起的***波动，减少超调，提高机组的安全性和稳定性。
附图说明
图1经典热值校正回路。
图2本发明的热值校正回路。
图3、图4为具体实施方式的效果图(600MW超临界空冷机组)。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本发明进行详细的描述，该实施例是示例性的，仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。
结合某600MW超临界空冷机组实施方案进行介绍，单位统一采用国际基本单位。
针对汽轮机效率变化，对协调控制***中锅炉主控进行修正，保证锅炉主控输出的正确性和热值校正回路的准确性。
本发明的步骤如下：
1.锅炉侧热值校正回路
为将汽轮机效率与热值回路进行解耦，将锅值校正回路的控制策略进行图2中方框1中所示的修改。
(1)PID调节器的设定值为锅炉当前热负荷所需的标煤量，即：
Brs＝f(D×(h1-h3)+D1×(ha-hb))
式中，Brs：热值PID设定值；
D：主蒸汽流量，可由弗留格尔公式(即公式b)获得，由调节级压力折算；
h1：锅炉出口主蒸汽焓，由当前机组主蒸汽温度、压力的设定值查表获得；
h3：锅炉入口给水焓，由省煤器入口给水压力、温度查表获得，D×(h1-h3)可表征为含锅炉效率的当前锅炉发热量；
D1：再热蒸汽流量，由弗留格尔公式获得，
Figure BDA0001433039440000061
D10、pr、tr0、pr0、tr分别为再热蒸汽流量设计值、压力设计值、温度设计值、实际再热蒸汽压力、温度。
hb：高排出口蒸汽焓，由当前机组高排出口蒸汽温度、压力的设定值查表获得；
ha：中压缸入口蒸汽焓，中压缸入口蒸汽压力、温度查表获得，D×(h1-h3)可表征为含锅炉效率的当前锅炉发热量；
f(·)：折算函数，将锅炉发热量折算为标煤量。
(2)热值校正回路中PID的被调量与传统热值校正回路相同，选取为机组燃料量。
PID的输出为热值校正系数K1。因K1由锅炉中汽水吸热量计算得出，因此当锅炉效率未发生变化时，其可表征为机组燃料热值的变化量。为保证热值校正回路的准确性，其PID控制器只在机组负荷稳定时进行调节。
2.汽机侧效率修正
图2中的方框2为汽轮机效率修正。本方案为带抽汽一次中间再热机组，根据朗肯循环热效率公式可计算汽轮机的热效率：
Figure BDA0001433039440000062
式中，ηt：朗肯循环热效率；
Ws：汽轮机做功；
q：锅炉吸热。
汽轮机设计效率与当前效率的比值对锅炉热值修正回路进行校正。
Figure BDA0001433039440000063
式中，K2：汽轮机效率对热值修正系数；
η0t：汽轮机设计效率；
η1t：汽轮机当前效率。
其中η0t由机组负荷经f(-)折算函数折算获得。
η1t由朗肯循环热效率公式获取。
Figure BDA0001433039440000071
式中，a：高压缸抽汽份额；
i：高压缸抽汽级数；
n：高压缸抽汽编号；
x：抽汽做功不足系数，x＝(hi-hb)/(h1-hb)，hi为抽汽焓；
b：中低压缸抽汽份额；
j：中低压缸抽汽级数；
m：中低压缸抽汽编号；
y：抽汽做功不足系数，y＝(hj-h2)/(ha-h2)，hj为抽汽焓。
Figure BDA0001433039440000072
是抽汽损失份额，由各级抽汽量、抽汽参数运算获得。
3.基于广义径向基神经网络的排气焓计算
为简化DCS中逻辑组态与计算量，***输入参数简化为：机组功率、主蒸汽焓、再热蒸汽焓、排汽压力、倒数第二级抽汽焓，用矩阵X表示；***输出为排汽焓，用矩阵Y表示。
径向基函数采用高斯函数
Figure BDA0001433039440000073
***输出可表示为：
Figure BDA0001433039440000074
式中：
Figure BDA0001433039440000075
Figure BDA0001433039440000081
dmax为样本中心间的最大欧式距离，I为样本中心个数。
样本中心的确定
(1)根据机组负荷和排汽压力确定隐节点个数I；
(2)在输入样本中随机选取I个不同的典型样本作为聚类中心(ti(n)(i＝(1,2,...,I),n为迭代次数)，设n＝0，有效的专家经验可减少迭代计算量；
(3)计算所有输入样本距各中心的2-范数，||Xk-ti(n)||，k＝(1,2,...,m)为样本个数，并对每个输入样本Xk按最小欧式距离进行归类；
(4)重新计算样本中心
Figure BDA0001433039440000082
(5)当误差小于设定值时结束，否则返回(3)。
4.热值对锅炉主控输出修正
燃料量指令为经热值修正后的锅炉主控输出，计算公式为：
Bs＝Bout×K1×K2
图3、图4为本方案实际应用效果图。当机组背压随负荷与环境温度变化时，机组热值校正回路动作正常，未将汽机效率引起的机组效率变化计入热值校正回路。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，但并不限于此，本领域的技术人员很容易根据上述实施例领会本发明的精神，并作出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，针对汽轮机效率变化，对协调控制***中锅炉主控进行修正；
其包括如下步骤：
A)锅炉侧热值校正回路修正；
B)汽轮机侧效率修正；
C)基于广义径向基神经网络的排气焓计算；
D)热值对锅炉主控输出修正；
所述步骤C为：
***输入参数选取为：机组功率、主蒸汽焓、再热蒸汽焓、排汽压力、各抽汽焓，用矩阵X表示；
***输出为排汽焓，用矩阵Y表示；
径向基函数采用高斯函数
Figure FDA0002499645190000011
***输出可表示为公式(j)：
Figure FDA0002499645190000012
公式(j)中：
Figure FDA0002499645190000013
Figure FDA0002499645190000014
dmax为样本中心间的最大欧式距离，I为样本中心个数；
所述样本中心通过如下方法确定：
1)根据机组负荷和排汽压力确定隐节点个数I；
2)在输入样本中随机选取I个不同的典型样本作为聚类中心ti(n)(i＝(1,2,...,I)，n为迭代次数；设n＝0，有效的专家经验可减少迭代计算量；
3)计算所有输入样本距各中心的2-范数，||Xk-ti(n)||，k＝(1,2,...,m)为样本个数，并对每个输入样本Xk按最小欧式距离进行归类；
4)重新计算样本中心
Figure FDA0002499645190000021
其中，η表示学习率，重新计算样本中心时，η(Xk(n)-ti(n))表示第n+1次计算，需更新聚类中心i的修正量；
5)当误差小于设定值时结束，否则返回步骤3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，所述步骤A包括如下步骤：
(1)PID调节器的设定值为锅炉当前热负荷所需的标煤量；所述PID调节器的设定值通过公式(a)计算；
Brs＝f(D×(h1-h3)+D1×(ha-hb)) 公式(a)
公式(a)中，Brs：PID调节器的设定值；
D：主蒸汽流量，由公式(b)获得，由调节级压力折算；
h1：锅炉出口主蒸汽焓，由当前机组主蒸汽温度、压力的设定值查表获得；
h3：锅炉入口给水焓，由省煤器入口给水压力、温度查表获得；
D1：再热蒸汽流量，由公式(b)获得；
hb：高排出口蒸汽焓，由当前机组高排出口蒸汽温度、压力的设定值查表获得；
ha：中压缸入口蒸汽焓，中压缸入口蒸汽压力、温度查表获得，D×(h1-h3)可表征为含锅炉效率的当前锅炉发热量；
f(·)：折算函数，将锅炉热负荷折算为设计标煤量；
Figure FDA0002499645190000022
公式(b)中，D10、pr、tr0、pr0、tr分别为再热蒸汽流量设计值、压力设计值、温度设计值、实际再热蒸汽压力、温度；
(2)热值校正回路中PID的被调量与传统热值校正回路相同，选取为机组燃料量。
3.根据权利要求2所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，所述步骤B为，通过汽轮机热效率对热值的修正系数K2，对锅炉热值修正回路进行校正，K2通过公式(c)计算；
Figure FDA0002499645190000031
公式(c)中，K2：汽轮机热效率对热值修正系数；η0t：汽轮机设计热效率；η1t：汽轮机当前热效率。
4.根据权利要求3所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，当汽轮机无抽汽无中间再热***时，根据公式(e)计算汽轮机当前热效率；
Figure FDA0002499645190000032
公式(e)中，h1：锅炉出口主蒸汽焓，由当前机组主蒸汽温度、压力的设定值查表获得；h2：为汽轮机排汽焓值，由机组当前负荷、主蒸汽焓、再热蒸汽焓、排汽压力、排汽温度进行差值计算获得；h3：锅炉入口给水焓，由给水压力、温度查表获得。
5.根据权利要求3所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，当汽轮机无抽汽有一次再热时，根据公式(f)计算汽轮机当前热效率；
Figure FDA0002499645190000033
公式(f)中，ha：中压缸入口蒸汽焓，中压缸入口蒸汽压力、温度查表获得；hb：高排出口蒸汽焓，由当前机组高排出口蒸汽温度、压力的设定值查表获得。
6.根据权利要求3所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，当汽轮机有抽汽无中间再热时，根据公式(g)计算汽轮机当前热效率；
Figure FDA0002499645190000034
公式(g)中，a：抽汽份额；i：抽汽级数；n：抽汽编号；x：抽汽做功不足系数，x＝(hi-hb)/(h1-hb)，hi为抽汽焓；
Figure FDA0002499645190000041
是抽汽损失份额，由各级抽汽量、抽汽参数运算获得。
7.根据权利要求3所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，当汽轮机有抽汽和中间再热时，根据公式(h)计算汽轮机当前热效率；
Figure FDA0002499645190000042
公式(h)中，a：高压缸抽汽份额；i：高压缸抽汽级数；n：高压缸抽汽编号；x：抽汽做功不足系数，x＝(hi-hb)/(h1-hb)，hi为抽汽焓；b：中低压缸抽汽份额；j：中低压缸抽汽级数；m：中低压缸抽汽编号；y：抽汽做功不足系数，y＝(hj-h2)/(ha-h2)，hj为抽汽焓；
Figure FDA0002499645190000043
是抽汽损失份额，由各级抽汽量、抽汽参数运算获得。
8.根据权利要求7所述的一种基于汽轮机效率修正的协调控制***热值校正方法，其特征在于，所述步骤D：指令燃料量Bs为经热值修正后的锅炉主控输出，计算公式(i)为：
Bs＝Bout×K1×K2 公式(i)
公式(i)中，Bout为锅炉主控输出；K1为PID的输出为热值校正系数，由锅炉中汽水吸热量计算得出；K2：汽轮机热效率对热值修正系数。
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