專利名稱：鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡 控制器。具體是一種由蒸汽壓力偏差信號(hào)驅(qū)動(dòng)的、由壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu) 化器兩部分構(gòu)成的、以確保蒸汽壓力穩(wěn)定均衡為目的的優(yōu)化控制器。
背景技術(shù)：
鍋爐-汽輪機(jī)單元已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)最為流行且普遍采用的發(fā)電機(jī)組形
式，其典型特征是由單一的一臺(tái)鍋爐(亞臨界、超臨界、循環(huán)流化床、生 物質(zhì)鍋爐等)制備蒸汽供給單一的一臺(tái)汽輪機(jī)，再由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生
電能。 一臺(tái)鍋爐、 一臺(tái)汽輪機(jī)、 一臺(tái)發(fā)電機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備共同構(gòu)成單元制 發(fā)電機(jī)組。
已經(jīng)證明，在燃燒礦物燃料的發(fā)電機(jī)組中，鍋爐-汽輪機(jī)單兀是一種最為 高效和經(jīng)濟(jì)的形式。盡管如此，在鍋爐-汽輪機(jī)單元的整個(gè)生產(chǎn)流程中仍存在 一些影響機(jī)組運(yùn)行品質(zhì)的固有矛盾，例如
燃料加入鍋爐爐膛到高溫高壓蒸汽的產(chǎn)生需要較長(zhǎng)時(shí)間，而電網(wǎng)對(duì)機(jī)組 輸出功率的需求W時(shí)刻都在變化，為了提高鍋爐側(cè)蒸汽產(chǎn)出的速度，主蒸汽 調(diào)節(jié)閥的開度/^常被作為一種調(diào)節(jié)手段，當(dāng)負(fù)荷指令A(yù)^增加時(shí)，通過(guò)增加 主蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度，透支鍋爐金屬材料中的蓄熱，快速地制備蒸汽，從而 響應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷需求，同時(shí)，相應(yīng)地增加入爐燃料量S來(lái)平衡能量的供需關(guān) 系；但是，主蒸汽調(diào)節(jié)闊的開度的變化將不可避免地影響到蒸汽管道出口 (主
蒸汽調(diào)節(jié)閥前)的蒸汽壓力/v(稱為主蒸汽壓力)，使其產(chǎn)生較大范圍的波動(dòng)，
而主蒸汽壓力又是鍋爐-汽輪機(jī)單元運(yùn)行中最為重要的過(guò)程參數(shù)，其穩(wěn)定性將 直接影響到機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
綜上所述，鍋爐-汽輪機(jī)單元的負(fù)荷跟隨速度與汽壓平穩(wěn)性是有矛盾的。 現(xiàn)有的控制方式(尤其是連接自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)AGC的機(jī)組的控制方式)多強(qiáng)調(diào)負(fù)荷響應(yīng)的快速性，而在一定程度上容忍或忽視蒸汽壓力的頻繁波動(dòng)， 但在頻繁改變的電網(wǎng)負(fù)荷需求的激勵(lì)下，蒸汽壓力的波動(dòng)有時(shí)會(huì)趨向惡化， 進(jìn)而引起自動(dòng)系統(tǒng)的解裂甚至停機(jī)。
怎樣在不影響鍋爐-汽輪機(jī)單元負(fù)荷響應(yīng)速度的同時(shí)提高蒸汽壓力的平 穩(wěn)性，即實(shí)現(xiàn)多種工況下的壓力均衡控制是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有學(xué)術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索，未發(fā)現(xiàn)專門針對(duì)蒸汽壓力均衡問(wèn)題的研 究。而對(duì)于鍋爐-汽輪機(jī)單元控制問(wèn)題的研究多集中在對(duì)各種先進(jìn)控制算法的嘗 試和仿真對(duì)比上，如
高夫燕等人在《能源工程》(2004年，第6期，第12-15頁(yè))上發(fā)表的文章 "模糊祌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器用于電站主汽壓控制的研究"根據(jù)主汽壓被控對(duì)象的動(dòng) 態(tài)特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)引用了模糊高斯基 函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用了基于變尺度優(yōu)化學(xué)習(xí)的改進(jìn)型學(xué)習(xí)算法，仿真實(shí) 驗(yàn)證明了該方法的有效性。但是，從工程應(yīng)用的角度看，該研究存在兩方面的
問(wèn)題其一，文中將主蒸汽壓力看作一個(gè)孤立的系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，沒(méi)有充
分考慮汽壓與機(jī)組輸出功率之間的耦合關(guān)系，僅通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量來(lái)控 制蒸汽壓力，沒(méi)有設(shè)置對(duì)主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度的限制，如電網(wǎng)負(fù)荷需求發(fā)生大范圍
變化，這種方法將很難保證蒸汽壓力的穩(wěn)定；其二，文中控制系統(tǒng)所基于的神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，未知參數(shù)多且物理意義不明確，有大量參數(shù)需要通過(guò)尋優(yōu)的方式 加以確定。因此，該方法很難在工業(yè)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，實(shí)用價(jià)值不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均 衡控制器，該控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，貼近實(shí)際運(yùn)行情況、易于工程實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為汽壓均衡控制器由壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器兩 部分構(gòu)成，兩者的輸出A^和尸^分別與實(shí)際負(fù)荷信號(hào)W和實(shí)際汽壓信號(hào)尸r求差 后作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的輸入，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制。W和由汽壓偏差信號(hào)&、目標(biāo)負(fù)荷期望值A(chǔ)^和蒸汽壓力期望值尸^、 壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出規(guī)則共同確定。其中，A為條件變量，驅(qū) 動(dòng)不同規(guī)則間的轉(zhuǎn)換及輸入/輸出影射關(guān)系的建立；A^和/^p為目標(biāo)變量，系統(tǒng) 到達(dá)穩(wěn)態(tài)后A^和尸w最終與A^和尸t^保持一致；壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化 器的輸出規(guī)則按照機(jī)組運(yùn)行工況及蒸汽壓力偏離期望值的程度設(shè)定。
具體實(shí)施步驟如下
1)建立壓差補(bǔ)償器的輸出規(guī)則-
根據(jù)蒸汽壓力偏離期望值的程度，即偏差信號(hào)尸￡的大小，按照如下五種情況建立壓 差補(bǔ)償器的輸出規(guī)則。
①汽壓偏差信號(hào)^在允許范圍以內(nèi)，如|/>￡|<0.()3/^|，且目標(biāo)負(fù)荷期望值W
的變化速率在設(shè)定范圍內(nèi)，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
，當(dāng)|i^)N|0.03;W|且& < —,二) ，
其中，A^Q和AW^1)分別為當(dāng)前采樣時(shí)刻和上一采樣時(shí)刻的實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值， A^^)為當(dāng)前采樣時(shí)刻的目標(biāo)負(fù)荷期望值，/MQ為當(dāng)前采樣時(shí)刻的蒸汽壓力偏差 信號(hào)，/VW為當(dāng)前采樣時(shí)刻的蒸汽壓力期望值，攀)和琳-l)分別為當(dāng)前采樣時(shí) 刻和上一采樣時(shí)刻的時(shí)間，F(xiàn)w和尺v分別為預(yù)先給定(可修改)的實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)
值A(chǔ)^的下降速率和上升速率。|0.03;^|的誤差邊界可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。
② 汽壓偏差信號(hào)A在允許范圍以內(nèi)，但目標(biāo)負(fù)荷期望值A(chǔ)^的上升速率超出 了設(shè)定速率i w，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
聰《糊u+嬰-1)，當(dāng)|尸￡(豐!0 )|且n:':、，
③ 汽壓偏差信號(hào)^在允許范圍以內(nèi)，但目標(biāo)負(fù)荷期望值7V,p的下降速率超出 了設(shè)定速率《v，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
<formula>formula see original document page 7</formula>④蒸汽壓力偏差信號(hào)尸￡超出允許范圍但仍處于安全范圍內(nèi)，此時(shí)要暫時(shí)f
宜
止實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值A(chǔ)^的變化，等待A回到允許范圍以內(nèi)，則采用離散表達(dá)式的
輸出規(guī)則為Ay" = A^(A:-1)，當(dāng)|0.03尸7
7":t 、
<尸'
本條規(guī)則在壓力偏差信號(hào),￡在[-0.05戶印("，-0.03尸w(")和(0.03i^&),0.05/^("]
范圍內(nèi)變化時(shí)具有滯環(huán)特性，可防止實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值A(chǔ)^在邊界點(diǎn)的頻繁切換。
⑤汽壓偏差信號(hào)A超出安全范圍，此時(shí)要將實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值A(chǔ)^作反向調(diào) 節(jié)，促使&回到安全范圍以內(nèi)，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
(A) = jV/;(A — 1) — a，當(dāng)|A0)| > |0,05尸7
印、
本條規(guī)則中的《^P,.W項(xiàng)是對(duì)A^的反調(diào)，以此來(lái)影響主蒸汽調(diào)節(jié)闊的開
W+ 1
度&，從而主動(dòng)減小蒸汽壓力的偏差。a為反調(diào)系數(shù)， 一般在10 20之間取值；
超前-滯后環(huán)節(jié)^是為了動(dòng)態(tài)地增強(qiáng)反調(diào)強(qiáng)度、快速消除壓力偏差， 一般情況 r25 + l
下應(yīng)取r一5，也可取Z"^^,此時(shí)反調(diào)項(xiàng)就變?yōu)楸壤h(huán)節(jié)。 綜上所述，壓差補(bǔ)償器的輸出規(guī)則可用一組方程描述
聰=^[/("《—1)] + ，一1),
州一/(A:-l)
<凡
當(dāng)^豐l證^l且^f^^ 聰=^ -1)] + (")，
當(dāng)^豐|0.呵,)|且""-，-D"
(1)
聰=，-1)，
當(dāng)|0 )|<|/^
，=，-1)-《^^，
0.05，|
當(dāng)K
r2x+ 1 |>|0.(b )
82)建立壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出規(guī)則
根據(jù)汽壓偏差信號(hào)尸￡的大小，按照如下六種情況建立壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸
出規(guī)則。
① 蒸汽壓力偏差信號(hào)尸￡在允許范圍以內(nèi)，如| ￡|—0.03/^|，且蒸汽壓力期望 值尸7^的變化速率在設(shè)定范圍內(nèi)，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為-
當(dāng)kwi,.03&,Pwi且^、(:))二:::"《
其中，/Vw(Q和尸w(^ 1 )分別為當(dāng)前采樣時(shí)刻和上一采樣時(shí)刻的實(shí)際汽壓目標(biāo)值，
F,和i^分別為預(yù)先給定(可修改)的實(shí)際汽壓目標(biāo)值p^的下降速率和上升速
率。|0.03/g的誤差邊界可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。
② 汽壓偏差信號(hào)&在允許范圍以內(nèi)，但蒸汽壓力期望值尸^的上升速率超出 了設(shè)定速率7 />，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
= 孝-1)]十尸77#-1)，當(dāng)0.03PAp("|且f 、W"
③汽壓偏差信號(hào)4在允許范圍以內(nèi)，但蒸汽壓力期望值戶7^的下降速率超出 了設(shè)定速率Fp，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
P ffc) —P (A: —1、
/^(" = &[#)-1)]十&(A-1)，當(dāng)|尸#)卜|0.03&一且、F,，
④ 汽壓偏差信號(hào)A超出允許范圍但仍處于安全范圍內(nèi)，此時(shí)要暫時(shí)停止實(shí)際
汽壓目標(biāo)值尸77 的變化，等待A回到允許范圍以內(nèi)，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī) 則為
= 1)，當(dāng)lO.O3P 0t)卜^0t)l,.O5^("l ，
本條規(guī)則在壓力偏差信號(hào)尸￡在[-0.05尸7:, ("，-0.03C,(")和(0.037^ W,0.05/^(Q]
范圍內(nèi)變化時(shí)具有滯環(huán)特性，可防止實(shí)際汽壓目標(biāo)值iVw在邊界點(diǎn)的頻繁切換。
⑤ 汽壓偏差信號(hào)尸￡大于安全范圍上限+0.05&,，此時(shí)要將實(shí)際汽壓目標(biāo)值戶^做一負(fù)向階躍，主動(dòng)拉近尸w與iV的距離，緩解功率變化與蒸汽壓力穩(wěn)定的矛盾， 促使系統(tǒng)盡快回到穩(wěn)態(tài)，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
_P7K(" = 0.98/>ra("l)，當(dāng)尸￡ (" > +0.05i^(" ⑥汽壓偏差信號(hào)戶￡小于安全范圍下限-0.05~，此時(shí)要將實(shí)際汽壓目標(biāo)值/^
做一正向階躍，主動(dòng)拉近/Vw與/V的距離，緩解功率變化與蒸汽壓力穩(wěn)定的矛盾，
促使系統(tǒng)盡快回到穩(wěn)態(tài)，則采用離散表達(dá)式的輸出規(guī)則為
Pra = 1(" 1)，當(dāng)戶￡ (" < -0.05i^ (/t)
綜上所述，壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出規(guī)則可用一組方程描述
當(dāng)&《|0.03&p且& < ，-尸""1) <凡，
—/(A —1)
& (A) =[#) - # 一 l)] + g7;(/c -1),
=巧,,一攀一 l)] + &0 — 1)，
A" (A)
當(dāng)|尸/;(豐|0 )|且
/(A)-/(A—1)
，-1)，
當(dāng)|0.03A:、,,(/t)| <S |0.05/^(々)| :0.98P/K(/t-l)， 當(dāng)AW>+0.05/^(A) 1.02/^(/t-l), 當(dāng)尸/;.("<-0.05PAp("
(2)
3)汽壓均衡控制器實(shí)現(xiàn)汽壓均衡控制的的方式
將上述規(guī)則(1)和(2)在分散控制系統(tǒng)DCS中應(yīng)用軟件組態(tài)的方式，或 應(yīng)用硬件電路與軟件編程相結(jié)合的方式加以實(shí)現(xiàn)。
在DCS中實(shí)現(xiàn)汽壓均衡控制器最為方便，只需應(yīng)用組態(tài)的方式按照(1)和 (2)編制規(guī)則，然后將壓差補(bǔ)償器的輸出A^和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出尸77e作 為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的給定輸入即可。若DCS的存儲(chǔ)容量或運(yùn)算負(fù)荷受限，就需要采用硬件電路與軟件編程相結(jié) 合的方式實(shí)現(xiàn)汽壓均衡控制。該硬件電路除包含中央處理器外，還包含I/0接口、
通信接口、同歩電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、EPROM、 RAM、故障檢測(cè)電路、掉電檢測(cè)電 路等。其中1/0接口用于連接鍵盤和顯示器;通信接口用于與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信; 同步電路與實(shí)時(shí)時(shí)鐘用于數(shù)據(jù)采集與傳輸中的時(shí)間同步；EPROM用于存儲(chǔ)由軟 件編制的壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出規(guī)則；RAM用于存儲(chǔ)來(lái)自DCS 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；故障檢測(cè)電路用于在運(yùn)算失敗時(shí)自動(dòng)復(fù)位程序；掉電檢測(cè)電路用于 在電壓突降或瞬間斷電時(shí)保護(hù)中央處理器中的狀態(tài)信息。該電路通過(guò)通信接口從 DCS中獲得蒸汽壓力偏差信號(hào)戶￡、目標(biāo)負(fù)荷期望值A(chǔ)^和蒸汽壓力期望值戶W; 再將運(yùn)算后產(chǎn)生的壓差補(bǔ)償器的輸出A^和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出P^送回到 DCS中，作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的實(shí)際目標(biāo)值，即可實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力的均衡控制。
考慮到實(shí)際系統(tǒng)的復(fù)雜性，在工程應(yīng)用中，還需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)上述規(guī) 則中選擇的壓力控制邊界點(diǎn)(10.03^g禾口l0.05/g)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和重新設(shè)定。
本發(fā)明的有益效果是應(yīng)用木發(fā)明提出的方法，工程技術(shù)人員可以針對(duì)各種 類型的鍋爐-汽輪機(jī)單元，在常規(guī)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上新增汽壓均衡控制器， 方便有效地解決機(jī)組輸出功率大范圍變化時(shí)蒸汽壓力頻繁超限的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn) 蒸汽壓力的均衡控制，提高機(jī)組運(yùn)行水平。


圖1是鍋爐-汽輪機(jī)單元汽壓均衡控制器的組成結(jié)構(gòu)及其機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng)連接的原料示意圖。
圖2鍋爐-汽輪機(jī)單元汽壓均衡控制器的硬件電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3所示是某電廠500MW鍋爐-汽輪機(jī)單元的非線性模型圖。
圖4是實(shí)施例中定壓運(yùn)行方式下汽壓均衡控制器性能試驗(yàn)的響應(yīng)曲線圖。
圖5是某電廠500MW鍋爐-汽輪機(jī)單元的滑壓運(yùn)行曲線圖。圖6是實(shí)施例中滑壓運(yùn)行方式下汽壓均衡控制性能試驗(yàn)的響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器，以下結(jié)合附圖和實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
圖1所示，汽壓均衡控制器1由壓差補(bǔ)償器2和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器3兩部 分構(gòu)成。將壓差補(bǔ)償器2的輸出A^和設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器3的輸出尸M分別與實(shí)際 負(fù)荷信號(hào)7V和實(shí)際汽壓信號(hào)/V求差后作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器4的輸入，即可實(shí) 現(xiàn)對(duì)鍋爐-汽輪機(jī)單元5的汽壓均衡控制。
圖2所示為汽壓均衡控制器1采用硬件電路與軟件編程相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方 式。該硬件電路除包含中央處理器外，還包含i/o接口、通信接口、同步電路、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、EPROM、 RAM、故障檢測(cè)電路、掉電檢測(cè)電路等。其中I/0接口 用于連接鍵盤和顯示器；通信接口用于與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；同歩電路與實(shí) 吋時(shí)鐘用于數(shù)據(jù)采集與傳輸中的時(shí)間同歩；EPROM用于存儲(chǔ)由軟件編制的壓 差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出規(guī)則；RAM用于存儲(chǔ)來(lái)自DCS的實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)；故障檢測(cè)電路用于在運(yùn)算失敗時(shí)自動(dòng)復(fù)位程序；掉電檢測(cè)電路用于在 電壓突降或瞬間斷電時(shí)保護(hù)中央處理器中的狀態(tài)信息。該電路通過(guò)通信接口 從DCS中獲得蒸汽壓力偏差信號(hào)/^、目標(biāo)負(fù)荷期望值A(chǔ)^和蒸汽壓力期望值 戶 ；再將運(yùn)算后產(chǎn)生的壓差補(bǔ)償器的輸出A^和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出/V 送回到DCS中，作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的實(shí)際目標(biāo)值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽壓力的 均衡控制。
實(shí)施例圖3所示是某電廠500MW鍋爐-汽輪機(jī)單元的非線性模型，機(jī)組 的額定參數(shù)分別為主蒸汽壓力16.18Mpa，汽包壓力18.97Mpa,主蒸汽流量 1650t/h,輸出功率500MW。燃料量3%和主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度〃％分別滿足速率
和幅值限制|dS/dz|^1.0/5， O.OSS^IOO.O以及0.0^^100.0?；谏鲜瞿Ｐ?，應(yīng)用本發(fā)明給出的方法實(shí)現(xiàn)鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制，具體實(shí)施步驟 如下
1)首先，按照線性解耦控制理論設(shè)計(jì)出該模型的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器
<formula>formula see original document page 13</formula>2) 然后，按照式(1)鄰式(2)的形式以軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)壓差補(bǔ)償 器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器，二者組成汽壓均衡控制器。其中，壓力控制邊界點(diǎn) 選為(10.03i^l和l0.05P 1)，反調(diào)系數(shù)《 = 18，時(shí)間常數(shù)r,r^
3) 接著，按圖1的形式，連接汽壓均衡控制器與機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器，即可 實(shí)現(xiàn)對(duì)該鍋爐-汽輪機(jī)單元模型的壓力均衡控制。
為了檢驗(yàn)本發(fā)明提出的汽壓均衡控制器的性能，分別進(jìn)行兩組仿真試驗(yàn)
① 定壓運(yùn)行方式下汽壓均衡控制器性能試驗(yàn)
設(shè)定機(jī)組工作在定壓運(yùn)行方式(主蒸汽壓力的設(shè)定值不隨機(jī)組輸出功率而 改變)，升降負(fù)荷速率不受限制(即&> ， 4=+ )，試驗(yàn)從，50s開始， 目標(biāo)負(fù)荷期望值W,p從500MW階躍下降到400MW，輸出功率響應(yīng)曲線如圖4 上部曲線所示。圖中的點(diǎn)劃線---為實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值A(chǔ)^和實(shí)際汽壓目標(biāo)值 Pm點(diǎn)線■■-為目標(biāo)負(fù)荷期望值A(chǔ)^和蒸汽壓力期望值P ；虛線…-為未加 入汽壓均衡控制器時(shí)機(jī)組的輸出功率；蒸汽壓力曲線如圖4下部曲線所示； 實(shí)線——為加入汽壓均衡控制器后機(jī)組的輸出功率及蒸汽壓力曲線。從試驗(yàn)曲 線可以看出，由丁-汽壓均衡控制器的加入，實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值Ww和實(shí)際汽壓目
標(biāo)值？7^相比于為目標(biāo)負(fù)荷期望值A(chǔ)^和蒸汽壓力期望值P7V有明顯改變，在
此作用下，機(jī)組的壓力平穩(wěn)性明顯提高，同時(shí)保持了機(jī)組原有的對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷 需求的跟隨能力。
② 滑壓運(yùn)行方式下汽壓均衡控制器性能試驗(yàn)設(shè)定機(jī)組工作在滑壓運(yùn)行方式(主蒸汽壓力的定值隨機(jī)組輸出功率定值的 變化而變化，對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線如圖5所示)。升降負(fù)荷速率及汽壓變化速率設(shè)
定為卞w =-15MW/min， =+15MW/min， FP =-0.3MPa/min， i P =+0.3MPa/min。 試驗(yàn)從t=50s開始，目標(biāo)負(fù)荷期望值Mp從300MW以12MW/min的速率上升 到400MW，蒸汽壓力期望值/V,p按滑壓曲線變化響應(yīng)曲線如圖6所示。從試 驗(yàn)曲線可以看出，即使在滑壓運(yùn)行方式下，汽壓均衡控制器的加入也能明顯 提高機(jī)組的壓力平穩(wěn)性，同時(shí)保持良好的負(fù)荷跟隨能力。以上闡述的是本發(fā) 明給出的一個(gè)實(shí)施例表現(xiàn)出的優(yōu)良控制效果。需要指出的是，本發(fā)明不只限 于上述實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明基本精神及不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容所涉及范 圍的前提下可通過(guò)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃蝸?lái)適應(yīng)多種類型的鍋爐-汽輪機(jī)單元。
權(quán)利要求
1. 一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器，其特征在于鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器由壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器兩部分組成壓差補(bǔ)償器依據(jù)規(guī)則，根據(jù)汽壓偏差信號(hào)PE的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)荷指令變化的速率和方向，產(chǎn)生實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值NR；壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器根據(jù)運(yùn)行工況，在汽壓偏差信號(hào)PE的驅(qū)動(dòng)下，依據(jù)規(guī)則動(dòng)態(tài)調(diào)整蒸汽壓力的設(shè)定值，產(chǎn)生實(shí)際汽壓目標(biāo)值PTR；將NR和PTR分別與實(shí)際負(fù)荷信號(hào)N和實(shí)際汽壓偏差信號(hào)PT求差后作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的輸入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器，其特征 在于，所述壓差補(bǔ)償器根據(jù)汽壓偏差信號(hào)尸￡的大小產(chǎn)生出實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值7\^所 依據(jù)的規(guī)則如下當(dāng)S 0.034一且FA, <^~~^ <足導(dǎo))=i w W" — —1)] +(A 一 1)，當(dāng)^豐i。.呵,)l且w,)nl)〉凡 w=4 [/w— -1)]+A; (A—1)，當(dāng)IC)I ^0.037^(^1且，-，-l) ) — — 1)(1)當(dāng)l0.03/^(/c)kl&.(A0l一0.05^聰:導(dǎo)-1)-a^^("rj+ 1 當(dāng)l^踏l0.05C)'式中，A^④和A^(hl)分別為當(dāng)前采樣時(shí)刻和上一采樣時(shí)刻的實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值， A^(Q為當(dāng)前采樣時(shí)刻的目標(biāo)負(fù)荷期望值，/M&)為當(dāng)前采樣時(shí)刻的汽壓偏差信號(hào)， P,("為當(dāng)前采樣時(shí)刻的蒸汽壓力期望值，《A)和^:-l)分別為當(dāng)前采樣時(shí)刻和上 一采樣時(shí)刻的時(shí)間，i^和7 w分別為預(yù)先給定的實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值A(chǔ)^的下降速率和 上升速率，^^1《,W項(xiàng)是對(duì)A^的反調(diào)，以此來(lái)影響主蒸汽調(diào)節(jié)闊的開度^，2V + 1 '從而主動(dòng)減小蒸汽壓力的偏差，"為反調(diào)系數(shù)， 一般在10 20之間取值，超前-滯后環(huán)節(jié)Ilili是為了動(dòng)態(tài)地增強(qiáng)反調(diào)強(qiáng)度、快速消除壓力偏差， 一般情況下應(yīng) r一 + l取。>^，也可取r,-、，此時(shí)反調(diào)項(xiàng)就變?yōu)楸壤h(huán)節(jié)。規(guī)則中，汽壓偏差信號(hào)尸￡在[-0.05/^(",-0.03尸印(i:))和(0.03/^(",0.05/^W]范 圍內(nèi)變化時(shí)具有滯環(huán)特性，可防止實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值A(chǔ)^在邊界點(diǎn)的頻繁切換。 1ow/g和|O.OS/g的誤差邊界可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器，其特征 在于，所述設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器根據(jù)汽壓偏差信號(hào)尸￡的大小產(chǎn)生出實(shí)際汽壓目標(biāo)值戶^ 所依據(jù)的規(guī)則如下當(dāng)<formula>formula see original document page 3</formula>當(dāng)<formula>formula see original document page 3</formula>(2)當(dāng)<formula>formula see original document page 3</formula>當(dāng)<formula>formula see original document page 3</formula>式中，/V"幻和尸^(hl)分別為當(dāng)前采樣時(shí)刻和上一采樣時(shí)刻的實(shí)際汽壓目標(biāo)值，F(xiàn)尸和&分別為預(yù)先給定的實(shí)際汽壓目標(biāo)值尸^的下降和上升速率。規(guī)則中，汽壓偏差信號(hào)尸￡大于安全范圍上限+0.05 時(shí)要將實(shí)際汽壓目標(biāo)值尸^做一幅值為0.027^(/t-l)的負(fù)向階躍，主動(dòng)拉近尸^與尸r的距離，緩解功率變化與蒸汽壓力穩(wěn)定的矛盾，促使系統(tǒng)盡快回到穩(wěn)態(tài)。同理，汽壓偏差信號(hào)A小于 安全范圍下限-0.05/;時(shí)要將實(shí)際汽壓目標(biāo)值Pra做一幅值為0.02/^(A:-l)的正向階躍，緩解功率變化與蒸汽壓力穩(wěn)定的矛盾。規(guī)則中，壓力偏差信號(hào)尸￡在[-0.05P7:、#)，-0.03/>n#))和(0.03i^("0,05i^("]范圍內(nèi)變化時(shí)具有滯環(huán)特性，可防止實(shí)際汽壓目標(biāo)值戶w在邊界點(diǎn)的頻繁切換。|0.03;|和|o.os/g的誤差邊界可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器，其特征 在于，所述汽壓均衡控制采用在分散控制系統(tǒng)DCS中應(yīng)用軟件組態(tài)的方式，或 應(yīng)用硬件電路與軟件編程相結(jié)合的方式加以實(shí)現(xiàn)；硬件電路中除包含中央處理器 外，還包含I/O接口、通信接口、同步電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、EPROM、 RAM、故障檢測(cè)電路和掉電檢測(cè)電路；其中I/0接口用于連接鍵盤和顯示器；通信接口用于 與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；同歩電路與實(shí)時(shí)時(shí)鐘用于數(shù)據(jù)采集與傳輸中的時(shí)間同歩； EPROM用于存儲(chǔ)由軟件編制的壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器的輸出規(guī)則； RAM用于存儲(chǔ)來(lái)自DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；故障檢測(cè)電路用于在運(yùn)算失敗時(shí)自動(dòng)復(fù)位 程序；掉電檢測(cè)電路用于在電壓突降或瞬間斷電時(shí)保護(hù)中央處理器中的狀態(tài)信 息；該電路通過(guò)通信接口從DCS中獲得汽壓偏差信號(hào)尸￡、目標(biāo)負(fù)荷期望值Mp 和蒸汽壓力期望值戶z^;再將運(yùn)算后產(chǎn)生的壓差補(bǔ)償器的輸出A^和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu) 化器的輸出P^送回到DCS中作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的實(shí)際目標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于發(fā)電設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域的一種鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制器。其由壓差補(bǔ)償器和壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器兩部分組成壓差補(bǔ)償器根據(jù)汽壓偏差信號(hào)P_E的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)荷指令變化的速率和方向，產(chǎn)生實(shí)際負(fù)荷目標(biāo)值N_R；壓力設(shè)定點(diǎn)優(yōu)化器在汽壓偏差信號(hào)P_E的驅(qū)動(dòng)下，動(dòng)態(tài)調(diào)整蒸汽壓力的設(shè)定值，產(chǎn)生實(shí)際汽壓目標(biāo)值P_TR。將N_R和P_TR分別與實(shí)際負(fù)荷信號(hào)N和實(shí)際汽壓偏差信號(hào)P_T求差后作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器的輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐-汽輪機(jī)單元的汽壓均衡控制。應(yīng)用本發(fā)明在常規(guī)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上新增汽壓均衡控制器，方便有效地解決機(jī)組輸出功率大范圍變化時(shí)蒸汽壓力頻繁超限的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力的均衡控制，提高機(jī)組的運(yùn)行水平。
文檔編號(hào)F22B35/18GK101504135SQ20091007971
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者劉吉臻, 方 房, 文 譚, 樂(lè) 魏 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)