[发明专利]火力发电单元机组自适应煤种变化的协调控制系统及方法

说明书

本发明公开了火力发电单元机组自适应煤种变化的协调控制系统及方法，实际燃料使用量Fs与燃料指令人工偏置经过偏差模块输入除法器的被除数管脚，燃料量基准函数发生器的输出接入除法器的除数管脚，除法器计算输出的商值经切换模块生成燃料量基准信号修正因子K_I，经乘法器，作用于燃料量基准函数发生器的输出，代替常规控制策略的燃料量基准函数发生器的输出，形成最终的燃料量基准信号，送入加法器，形成最终的锅炉燃料需求指令BM；本发明在实际燃用煤质偏离设计煤种时，能够自动适应新的煤质条件，使燃料量基准信号能够实时匹配当前燃用的煤质，为燃料指令比例积分控制器与实际微分环节创造良好的条件。

技术领域

本发明涉及火电厂自动控制技术领域，具体涉及一种火力发电单元机组自适应煤种变化的协调控制系统及方法。

背景技术

由于火电单元机组机炉协调控制系统是一个复杂的多变量非线性控制系统。针对此控制系统，科技工作者提出了众多先进控制算法，各有千秋，并且已经解决了一些控制难题。

火电厂单元机组协调控制系统的任务就是根据锅炉和汽轮机的不同特性，把锅炉及汽轮机作为一个单元机组的整体进行综合控制，使锅炉和汽轮机协调动作、互相配合，在满足电网负荷需求的同时，保持机组主要运行参数的稳定。它是整个动力装置控制系统的主体，是蒸汽动力装置自动控制系统的重要组成部分。整个控制系统是由机组负荷指令形成回路、主汽压力设定值形成回路、汽机主控回路和锅炉主控回路组成。

由于锅炉、汽轮机在响应电网负荷上存在差异。从动态特性上讲，锅炉具有较大的观念性，从燃烧率的改变到机前压力的变化有较大时间延迟。相对而言，汽轮机的惯性要小的多，从汽轮机的调门开度的改变到机组负荷的变化具有很小的时间延迟。所以，火力发电厂单元机组在适应电网负荷变化需求时，初始阶段，所需要的蒸汽量主要由锅炉释放蓄热产生，这样势必引起机前压力有较大变化。随着单元机组容量的增加锅炉的而虚弱了相对越来越小，单元机组的负荷适应能力与保持机前压力稳定的矛盾更加突出。

基于以上特点，单元机组在进行负荷控制的时候，必须很好的协调汽轮机、锅炉两侧的控制动作，合理保持内外两个能量供需平衡关系。即单元机组与电网之间的能量平衡关系和单元机组中的锅炉和汽轮机之间的能量平衡关系，以同时兼顾负荷响应能力和机组主汽压力的稳定这两方面的性能指标要求。

从上面的情况分析，可以知道，由于汽轮机的动态特性惯性时间小，输出功率响应快，用简单的单回路控制即可得到很好的控制效果。而锅炉的动态特性表现为大惯性、大延迟的特点，通过简单的单回路控制无法实现合理的响应电网负荷变化的要求。

常规的协调控制系统基本控制逻辑方框图一般如图1所示：常规协调控制系统输出主要包括左侧的汽机主控回路和右侧的锅炉主控回路。左侧的汽机主控回路相对简单，由机组负荷需求经过负荷指令形成回路生成负荷需求指令，并与机组功率信号经偏差模块，输入给比例积分控制器，从而形成最终的汽轮机阀位指令TM。右侧的锅炉主控回路通过从左至右共4个子回路输出在加法器5中求和，形成最终的锅炉燃料需求指令BM。这4个求和叠加的子回路分别是：(1)机组负荷需求信号经实际微分环节4形成燃料微分指令；(2)机组负荷需求信号经函数发生器形成主汽压力设定值，与实际主蒸汽压力测量信号经偏差模块后输出主蒸汽压力控制偏差，送入燃料指令比例积分控制器3，形成主蒸汽压力偏差控制指令；(3)由运行人员手动干预输入的人工偏置1指令；(4)机组负荷需求经燃料量基准函数发生器换算为燃料量基准信号。其中燃料量基准信号是锅炉燃料需求指令BM的主体和基础；在此基础上，燃料指令比例积分控制器3输出的主蒸汽压力偏差控制指令通过比例和积分控制作用来弥补各种内、外部扰动的影响从而消除稳态控制偏差；实际微分环节4输出的燃料微分指令用于补偿锅炉大惯性引起的动态过程偏差；人工偏置1则提供给运行人员手动干预的入口。