CN204302776U - 一种火电机组过热汽温先进控制优化装置 - Google Patents

一种火电机组过热汽温先进控制优化装置 Download PDF

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蒋维
刘冰
李海波
蒋明达
徐柳
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CHINA WATER CONSERVANCY AND ELECTRIC POWER MATERIALS SOUTHERN Co
Datang huainan luohe power plant
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Abstract

本实用新型提供一种火电机组过热汽温先进控制优化装置，涉及电厂控制技术领域，该装置包括前馈控制器、协调控制器、内模预测控制器、加法器、控制对象、相位补偿网络和状态变量控制补偿器。上述方案通过采用具有大滞后控制策略的内模预测控制器能够提前调节喷水阀开度，并采用具有抑制过程干扰的协调控制器，同时采用相位补偿网络对过热汽温模型阶次进行降阶处理加快喷水阀开度的动作速度，能够有效抑制过热汽温的变化，减小温度变化的幅度，从而提高了机组的负荷响应速率、稳定性和抗扰动能力。

Description

一种火电机组过热汽温先进控制优化装置
技术领域
本实用新型涉及电厂控制技术领域，特别是指一种火电机组过热汽温先进控制优化装置。
背景技术
自动发电量控制(Automatic Generation Control，AGC)作为现代火力发电机组离散控制***(Distributed Control System，DCS)中的核心控制部分，承担着协调锅炉、汽机侧各个闭环控制***以响应调度负荷指令的重要任务，是连接电网与机组之间的桥梁，其控制性能直接影响着机组AGC运行的安全性、稳定性、经济性和电网有功调节水平。
目前，亚临界机组在运行过程中，随着机组工况变化，机组控制对象的动态特性变得相对较差，过程的滞后和惯性也随之变大，***的非线性和时变性的特征越来越显著，导致机组的负荷响应速率低、稳定性差以及不能很好适应工况的变化。
过热汽温控制是机组运行质量的一个重要指标，过热汽温过高，可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分损坏；过热汽温过低，会引起电厂热耗上升，并使汽轮机轴向推力增大而造成推力轴承过载；总之，必须保持过热汽温稳定在一个预期值附近。目前，过热汽温控制的基本方法就是控制***的燃水比，由于煤种与机组工况经常处于变化之中，实际燃水比与设计值具有很大差别，导致过热汽温波动幅度大。在此情况下，常规的采用负荷指令前馈+比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)反馈的AGC控制方案，已很难协调好控制***快速性和稳定性之间的矛盾。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种火电机组过热汽温先进控制优化装置，以解决现有技术所存在的负荷响应速率低、稳定性差、过热汽温波动幅度大以及不能很好适应工况变化的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种火电机组过热汽温先进控制优化装置，包括前馈控制器、内模预测控制器、协调控制器、加法器、控制对象、相位补偿网络和状态变量控制补偿器；
所述内模预测控制器的输入端接入过热汽温设定值且与加法器的输出端相连，所述内模预测控制器的输出端和协调控制器的输入端相连；
所述前馈控制器的输入端和DCS相连，所述前馈控制器的输出端与协调控制器的输入端相连，该协调控制器的输出端与控制对象的输入端相连；
所述控制对象的输出端分别和所述相位补偿网络的输入端和所述状态变量控制补偿器的第一输入端相连，所述状态变量控制补偿器的第二输入端接收过热汽温设定值，所述状态变量控制补偿器的输出端和所述相位补偿网络的输出端分别和加法器的第一输入端和第二输入端相连。
其中，所述装置以专用硬件为载体，与DCS采用独立的硬件平台。
其中，所述装置与DCS间通过OPC服务器进行通信。
其中，所述装置通过网络适配器与OPC服务器进行通讯。
其中，所述网络适配器为交换机、集线器、路由中的一种。
其中，所述装置和DCS之间采用俩种握手协议：通用的通讯握手协议和控制回路的通讯握手协议。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过采用具有大滞后控制策略的内模预测控制器能够提前调节喷水阀开度，并采用具有抑制过程干扰的协调控制器，同时采用相位补偿网络对过热汽温模型阶次进行降阶处理加快喷水阀开度的动作速度，能够有效抑制过热汽温的变化，减小温度变化的幅度，从而提高了机组的负荷响应速率、稳定性和抗扰动能力。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的火电机组过热汽温先进控制优化装置的结构示意图。
[主要元件符号说明]
1：相位补偿网络；
2：加法器； 
3：状态变量控制补偿器；
4：内模预测控制器；
5：前馈控制器；
6：协调控制器；
7：控制对象。 
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型针对现有的负荷响应速率低、稳定性差、过热汽温波动幅度大以及不能很好适应工况变化的问题，提供一种火电机组过热汽温先进控制优化装置。
如图1所示为本实用新型实施例提供的火电机组过热汽温先进控制优化装置的结构示意图，该装置包括前馈控制器5、内模预测控制器4、协调控制器6、加法器2、控制对象7、相位补偿网络1和状态变量控制补偿器3；
所述内模预测控制器4的输入端接入过热汽温设定值且与加法器2的输出端相连，所述内模预测控制器4的输出端和协调控制器6的输入端相连；
前馈控制器5的输入端和DCS相连，接收机组负荷指令，前馈控制器5的输出端和协调控制器6的输入端相连，该协调控制器6的输出端与控制对象7的输入端相连；
控制对象7的输出端分别和相位补偿网络1的输入端和状态变量控制补偿器3的第一输入端相连，状态变量控制补偿器3的第二输入端接收过热汽温设定值，状态变量控制补偿器3的输出端和相位补偿网络1的输出端分别和加法器2的第一输入端和第二输入端相连。
其中，内模预测控制器4接收过热汽温设定值和加法器2输出端输出的叠加信号，内模预测控制器4通过过热汽温设定值和加法器2输出端输出的叠加信号与过程内模的输出进行比较并输出误差信号，同时将该误差信号提供给协调控制器6，作为协调控制器6的前馈补偿，其中，内模预测控制器4具有大滞后控制策略，能够提前调节喷水阀开度，从而有效抑制控制对象7的过热汽温的变化，减小过热汽温的变化幅度。
进一步的，DCS发送的机组负荷指令接入前馈控制器5的输入端，经前馈控制器5处理后输出过热汽温前馈信号接入协调控制器6的输入端，同时内模预测控制器4的输出信号也接入协调控制器6的输入端，通过协调控制器6处理后输出过热气温控制信号去控制喷水阀开度，从而调节控制对象7的过热 汽温温度值，其中，协调控制器能够抑制过程干扰，保证输出结果达到长时间的稳定，从而保证整个***的稳定性。
进一步的，控制对象7输出的过热汽温温度值分别提供给相位补偿网络1的输入端和状态变量控制补偿器3的第一输入端，状态变量控制补偿器3的第二输入端接收过热汽温设定值，状态变量控制补偿器3的输出信号和相位补偿网络1的输出信号提供给加法器2，加法器2处理后输出叠加信号送入内模预测控制器4，从而形成过热汽温闭环控制回路。
其中，相位补偿网络1采用超前动态补偿技术来补偿控制对象7的惯性和滞后性，当控制对象7的过热汽温模型阶次较高时，采用超前动态补偿技术对其进行降阶处理，降阶补偿后的等效控制对象的过热汽温模型阶次比原控制对象7的模型阶次降低二阶，从而使补偿后的等效控制对象具有滞后较小的特性，这样可在整个***稳定性不变的前提下，加快调节喷水阀开度的动作速度，抑制过热汽温的变化。
同时，将控制对象7的过热汽温提供给状态变量控制补偿器3，该状态变量控制补偿器3输出控制对象7的过热汽温温度校正值(即称状态变量)，然后根据该温度校正值提前调节喷水阀开度，能有效减小控制对象7的惯性，在保证***相同稳定性的前提下，提前喷水阀开度，从而提高机组的负荷响应速率。
进一步的，该装置以专用硬件为载体，独立于DCS，与DCS间通过用于过程控制的对象连接与嵌入(Object Linking and Embedding for Process Control，OPC)服务器进行通信，且所述装置通过网络适配器与OPC服务器进行通信，所述网络适配器为交换机、集线器、路由中的一种。
进一步的，为了保证该装置与DCS的通信安全可靠，采用俩种握手协议：
一是通用的通讯握手协议，验证DCS和该装置之间的通讯；
二是控制回路的通讯握手协议，验证DCS和该装置之间某一特定控制回路的通讯。
该装置接收DCS送出的机组负荷指令信号，经处理后输出优化控制指令至DCS来实时校正当前DCS控制指令，使得整个***始终处于自适应在线优化状态，以达到改善机组协调及AGC控制性能的目的，从而提高机组AGC的闭环稳定性和抗扰动能力，使其控制性能不断向最优目标逼近。
上述方案中，通过采用具有大滞后控制策略的内模预测控制器能够提前调节喷水阀开度，并采用具有抑制过程干扰的协调控制器，同时采用相位补偿网 络对过热汽温模型阶次进行降阶处理加快喷水阀开度的动作速度，能够有效抑制过热汽温的变化，减小温度变化的幅度，从而提高了机组的负荷响应速率、稳定性和抗扰动能力。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种火电机组过热汽温先进控制优化装置，其特征在于，包括前馈控制器、内模预测控制器、协调控制器、加法器、控制对象、相位补偿网络和状态变量控制补偿器；
所述内模预测控制器的输入端接入过热汽温设定值且与加法器的输出端相连，所述内模预测控制器的输出端和协调控制器的输入端相连；
所述前馈控制器输入端和DCS相连，所述前馈控制器的输出端与协调控制器的输入端相连，该协调控制器的输出端与控制对象的输入端相连；
所述控制对象的输出端分别和所述相位补偿网络的输入端和所述状态变量控制补偿器的第一输入端相连，所述状态变量控制补偿器的第二输入端接收过热汽温设定值，所述状态变量控制补偿器的输出端和所述相位补偿网络的输出端分别和加法器的第一输入端和第二输入端相连。
2.根据权利要求1所述的火电机组过热汽温先进控制优化装置，其特征在于，所述装置以专用硬件为载体，与DCS采用独立的硬件平台。
3.根据权利要求1所述的火电机组过热汽温先进控制优化装置，其特征在于，所述装置与DCS间通过OPC服务器进行通信。
4.根据权利要求1所述的火电机组过热汽温先进控制优化装置，其特征在于，所述装置通过网络适配器与OPC服务器进行通讯。
5.根据权利要求4所述的火电机组过热汽温先进控制优化装置，其特征在于，所述网络适配器为交换机、集线器、路由中的一种。
6.根据权利要求1所述的火电机组过热汽温先进控制优化装置，其特征在于，所述装置和DCS之间采用俩种握手协议：通用的通讯握手协议和控制回路的通讯握手协议。
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