一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于電廠自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由制粉系統(tǒng)、直流鍋爐、汽輪機(jī)、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個(gè)PI控制器和解耦補(bǔ)償器組成，解耦補(bǔ)償器由8個(gè)PID控制器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統(tǒng)和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機(jī)相連，3個(gè)傳感器和3個(gè)PI控制器相連，3個(gè)PI控制器和解耦補(bǔ)償器相連；所建立的直流鍋爐單元機(jī)組三輸入三輸出協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)、燃料側(cè)和給水側(cè)間的解耦，解決了目前控制方法中依賴燃水比系數(shù)的難題。
【專利說明】一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電廠自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的推進(jìn)，具有高效率、低排放以及負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)的超(超)臨界直流爐機(jī)組成為我國火力發(fā)電主力機(jī)組。由于其單機(jī)容量大等特點(diǎn)，這些機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
[0003]直流鍋爐單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對象結(jié)構(gòu)模型通常簡化為一個(gè)三輸入三輸出系統(tǒng)，其輸入量為給水量、燃燒量和汽輪機(jī)調(diào)門開度，其輸出量為中間點(diǎn)溫度(比焓)、主汽壓力和汽輪機(jī)功率，在輸入輸出變量間存在交叉的關(guān)聯(lián)和強(qiáng)耦合現(xiàn)象。
[0004]直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，最主要的是給水量調(diào)節(jié)和燃料量調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正確協(xié)調(diào)動(dòng)作與配合，使鍋爐的負(fù)荷達(dá)到要求，也使主蒸汽溫度保持穩(wěn)定。由于燃料量和給水量的變化都對輸出功率產(chǎn)生明顯影響，目前普遍采用調(diào)整燃水比系數(shù)控制中間點(diǎn)溫度(比焓)，將三輸入三輸出的直流鍋爐機(jī)組模型簡化為雙輸入雙輸出的模型，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中存在兩種不同的方案:1.以煤為基礎(chǔ)的水跟煤控制，通過燃料量調(diào)節(jié)負(fù)荷或主汽壓力，給水量調(diào)節(jié)中間點(diǎn)溫度(比焓)；2.以水為基礎(chǔ)的煤跟水控制，通過給水量調(diào)節(jié)負(fù)荷或汽壓，燃料量調(diào)節(jié)微過熱段噴水減溫器前后溫差，保證燃水比，實(shí)現(xiàn)過熱汽溫粗調(diào)。然而兩種方案各有利弊，由于給水比燃料調(diào)節(jié)快得多，水跟煤的控制方案有利于主蒸汽溫度的控制，但是主蒸汽壓力的波動(dòng)會(huì)很大，而煤跟水的控制方案有利于主汽壓力的控制，不利于主蒸汽溫度的保持。此外，由于煤質(zhì)頻繁變化時(shí)，燃水比系數(shù)很難保證，在機(jī)組運(yùn)行過程中往往出現(xiàn)參數(shù)波動(dòng)幅度大，機(jī)組負(fù)荷適應(yīng)性差等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提出的一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由制粉系統(tǒng)、直流鍋爐、汽輪機(jī)、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個(gè)PI控制器和解耦補(bǔ)償器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統(tǒng)和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機(jī)相連；
[0006]功率傳感器一端和汽輪機(jī)相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當(dāng)前汽輪機(jī)功率Ne和初始汽輪機(jī)功率Neci —起送到第一 PI控制器的輸入端；第一 PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第一輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第一輸出端和汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門相連，其輸出的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門開度Ut用于控制汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門開度；
[0007]壓力傳感器一端和直流鍋爐的過熱段與汽輪機(jī)的中間點(diǎn)相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當(dāng)前主汽壓力Pt和初始主汽壓力Pttl —起送到第二 PI控制器的輸入端；第二 PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第二輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第二輸出端和直流鍋爐受熱段的給水控制端相連，其輸出的給水量I。用于控制直流鍋爐給水量;
[0008]ptO焓值傳感器一端和直流鍋爐的受熱段與過熱段的中間點(diǎn)相連，另一端和第三PI控制器的輸入端相連，將檢測到當(dāng)前中間點(diǎn)比焓hm和初始中間點(diǎn)比焓hm(l —起送到第三PI控制器的輸入端；第三PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第三輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第三輸出端和制粉系統(tǒng)燃燒量控制端相連，其輸出的燃料指令Ub用于控制制粉系統(tǒng)的燃燒量控制。
[0009]所述解耦補(bǔ)償器由8個(gè)PID控制器組成，分別是Pl控制器、P2控制器、P3控制器、P4控制器、Dl控制器、D2控制器、PDl控制器、PD2控制器這八個(gè)控制器；其中，解耦補(bǔ)償器的第一輸入端和Pl控制器、P2控制器、P3控制器的輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第二輸入端和P4控制器、Dl控制器、D2控制器的輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第三輸入端和PDl控制器、PD2控制器的輸入端相連；P1控制器、P4控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第一輸出端相連，P2控制器、Dl控制器、PDl控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第二輸出端相連，P3控制器、D2控制器、PD2控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第三輸出端相連。
[0010]本實(shí)用新型提出的一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)、燃料側(cè)和給水側(cè)間的解耦，解決了目前控制方法中依賴燃水比系數(shù)的難題。當(dāng)中間點(diǎn)比焓偏離設(shè)定值時(shí)，對給水量和燃料量同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，能夠使系統(tǒng)迅速保持穩(wěn)定。以燃料量增益的階躍變化來反映煤質(zhì)變化，當(dāng)燃料量增益階躍降低5%時(shí)，中間點(diǎn)比焓、主汽壓力、功率以及給水流量經(jīng)過調(diào)整后恢復(fù)到原來的數(shù)值，燃料量升高以保證機(jī)組的正常運(yùn)行，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖2.1-2.6所示。當(dāng)給水比焓階躍下降10%時(shí)，中間點(diǎn)比焓、主汽壓力、功率以及燃料量經(jīng)過調(diào)整后恢復(fù)到原來的數(shù)值，給水流量減小已保證機(jī)組的正常運(yùn)行，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖3.1-3.6所示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2.1-2.6為燃料增益階躍變化時(shí)協(xié)調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖；
[0013]圖3.1-3.6為給水比焓階躍變化時(shí)協(xié)調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖；
[0014]圖4.1-4.3為升負(fù)荷協(xié)調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖；
[0015]圖5.1-5.3為降負(fù)荷協(xié)調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]本實(shí)用新型提出的一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，如圖1所示，控制系統(tǒng)由制粉系統(tǒng)、直流鍋爐、汽輪機(jī)、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個(gè)PI控制器和解耦補(bǔ)償器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統(tǒng)和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機(jī)相連；
[0017]功率傳感器一端和汽輪機(jī)相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當(dāng)前汽輪機(jī)功率Ne和初始汽輪機(jī)功率Neci —起送到第一 PI控制器的輸入端；第一 PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第一輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第一輸出端和汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門相連，其輸出的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門開度Ut用于控制汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門開度；
[0018]壓力傳感器一端和直流鍋爐的過熱段與汽輪機(jī)的中間點(diǎn)相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當(dāng)前主汽壓力Pt和初始主汽壓力Pttl —起送到第二 PI控制器的輸入端；第二 PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第二輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第二輸出端和直流鍋爐受熱段的給水控制端相連，其輸出的給水量I。用于控制直流鍋爐給水量；
[0019]ptO焓值傳感器一端和直流鍋爐的受熱段與過熱段的中間點(diǎn)相連，另一端和第三PI控制器的輸入端相連，將檢測到當(dāng)前中間點(diǎn)比焓hm和初始中間點(diǎn)比焓hm(l —起送到第三PI控制器的輸入端；第三PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第三輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第三輸出端和制粉系統(tǒng)燃燒量控制端相連，其輸出的燃料指令Ub用于控制制粉系統(tǒng)的燃燒量控制。
[0020]解耦補(bǔ)償器由8個(gè)PID控制器組成，分別是Pl控制器、P2控制器、P3控制器、P4控制器、Dl控制器、D2控制器、PDl控制器、PD2控制器這八個(gè)控制器；其中，解耦補(bǔ)償器的第一輸入端和Pl控制器、P2控制器、P3控制器的輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第二輸入端和P4控制器、Dl控制器、D2控制器的輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第三輸入端和PDl控制器、PD2控制器的輸入端相連；P1控制器、P4控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第一輸出端相連，P2控制器、Dl控制器、PDl控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第二輸出端相連，P3控制器、D2控制器、PD2控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第三輸出端相連。
[0021]1.汽輪機(jī)側(cè)與鍋爐側(cè)的雙向補(bǔ)償。汽輪機(jī)側(cè)的擾動(dòng)對中間點(diǎn)比焓影響甚微，可以忽略不計(jì)。將主汽壓力偏差信號APt引入至汽輪機(jī)側(cè)，可以用來補(bǔ)償給水側(cè)和燃料側(cè)擾動(dòng)可能引起的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器動(dòng)作，由于主汽壓力和功率對燃料和給水?dāng)_動(dòng)響應(yīng)曲線形狀相似，使得APt變化與ANe的變化相互抵消，保證汽輪機(jī)調(diào)門開度在鍋爐側(cè)擾動(dòng)時(shí)保持不變。功率的偏差信號ANe作為汽輪機(jī)側(cè)擾動(dòng)的補(bǔ)償信號引入到給水側(cè)和燃料側(cè)，當(dāng)汽輪機(jī)側(cè)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，由于功率和中間點(diǎn)比焓的變化方向相反，保證燃料側(cè)指令不變的同時(shí)，加速給水側(cè)動(dòng)作來保證主汽壓力Pt的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)能力。此外，當(dāng)改變功率定值時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器變化很快，使得調(diào)節(jié)汽門動(dòng)作跟上負(fù)荷指令的需求，但是由于鍋爐的慣性很大，能量難以及時(shí)補(bǔ)充，會(huì)造成主汽壓力Pt大的波動(dòng)，甚至?xí)^允許的偏差范圍，把APt引入汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器，能夠起到穩(wěn)定主汽壓力的作用。
[0022]2.給水側(cè)與燃料側(cè)的雙向補(bǔ)償。當(dāng)燃料側(cè)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，中間點(diǎn)比焓和主汽壓力變化方向相同，而當(dāng)給水側(cè)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，中間點(diǎn)比焓和主汽壓力的變化方向相反。將△匕和APt微分信號同時(shí)引入給水側(cè)和燃料側(cè)，可以減弱或者消除給水側(cè)和燃料側(cè)之間的耦合，使得系統(tǒng)的整定變得容易。同時(shí)也相當(dāng)于在鍋爐側(cè)增加了一個(gè)快速的反饋回路，可以補(bǔ)償汽輪機(jī)側(cè)的擾動(dòng)，提高了機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)速度，增強(qiáng)了系統(tǒng)克服擾動(dòng)的能力。
[0023]為了驗(yàn)證協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制性能，對該系統(tǒng)做升降負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，工況1:機(jī)組由677麗升負(fù)荷至802麗；工況2:機(jī)組有934MW降負(fù)荷至802麗。圖4.1-4.3、圖5.1-5.3顯示了兩種工況下汽輪機(jī)功率、中間點(diǎn)比焓和主汽壓力3個(gè)輸出量的設(shè)定值和響應(yīng)曲線。由圖中可以看出，汽輪機(jī)功率和主汽壓力動(dòng)態(tài)性能良好，中間點(diǎn)比焓在調(diào)整過程中的有一定的動(dòng)態(tài)偏差，3個(gè)輸出量都能迅速達(dá)到設(shè)定值，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制性能良好。
[0024]以1000MW超超臨界直流鍋爐單元機(jī)組作為控制對象，其輸入量為給水量De。、燃燒指令uB和汽輪機(jī)調(diào)門開度Ut，其輸出量為中間點(diǎn)比焓hm、主汽壓力pt和汽輪機(jī)功率Ne。直流鍋爐機(jī)組三輸入三輸出協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制系統(tǒng)由3個(gè)PI控制器和解耦補(bǔ)償器組成，解耦補(bǔ)償器可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出各變量間的完全解耦，八匕、八隊(duì)和ANeSPI控制器輸出，隊(duì)。、％和μ ,為控制量，直接作用于被控對象上。本控制系統(tǒng)采用的爐跟機(jī)控制方式，通過改變鍋爐輸入量，來維持機(jī)爐能量的平衡，保持主汽壓力，機(jī)組對外界負(fù)荷變化需求的響應(yīng)性好?？紤]到直流機(jī)組機(jī)爐對象間的耦合特性，在控制系統(tǒng)中加入解耦補(bǔ)償器，消除機(jī)爐對象特性存在的耦合，增強(qiáng)了系統(tǒng)客服擾動(dòng)的能力，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)側(cè)和鍋爐側(cè)、鍋爐內(nèi)給水側(cè)和燃料側(cè)的解耦，使整個(gè)系統(tǒng)等效為三個(gè)互不干擾的單變量控制系統(tǒng)。
[0025]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種直流鍋爐單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)由制粉系統(tǒng)、直流鍋爐、汽輪機(jī)、功率傳感器、壓力傳感器、焓值傳感器、3個(gè)PI控制器和解耦補(bǔ)償器組成；其中，直流鍋爐分為受熱段和過熱段；制粉系統(tǒng)和直流鍋爐中的受熱段相連，受熱段和過熱段相連，過熱段和汽輪機(jī)相連； 功率傳感器一端和汽輪機(jī)相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當(dāng)前汽輪機(jī)功率Ne和初始汽輪機(jī)功率Neci —起送到第一 PI控制器的輸入端；第一 PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第一輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第一輸出端和汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門相連，其輸出的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門開度Ut用于控制汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門開度； 壓力傳感器一端和直流鍋爐的過熱段與汽輪機(jī)的中間點(diǎn)相連，另一端和第一 PI控制器的輸入端相連，將檢測到的當(dāng)前主汽壓力Pt和初始主汽壓力Pttl —起送到第二 PI控制器的輸入端；第二 PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第二輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第二輸出端和直流鍋爐受熱段的給水控制端相連，其輸出的給水量I。用于控制直流鍋爐給水量；Pto焓值傳感器一端和直流鍋爐的受熱段與過熱段的中間點(diǎn)相連，另一端和第三PI控制器的輸入端相連，將檢測到當(dāng)前中間點(diǎn)比焓hm和初始中間點(diǎn)比焓hm(l —起送到第三PI控制器的輸入端；第三PI控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第三輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第三輸出端和制粉系統(tǒng)燃燒量控制端相連，其輸出的燃料指令Ub用于控制制粉系統(tǒng)的燃燒量控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述解耦補(bǔ)償器由8個(gè)PID控制器組成，分別是Pl控制器、P2控制器、P3控制器、P4控制器、Dl控制器、D2控制器、PDl控制器、PD2控制器這八個(gè)控制器；其中，解耦補(bǔ)償器的第一輸入端和Pl控制器、P2控制器、P3控制器的輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第二輸入端和P4控制器、Dl控制器、D2控制器的輸入端相連，解耦補(bǔ)償器的第三輸入端和PDl控制器、PD2控制器的輸入端相連；P1控制器、P4控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第一輸出端相連，P2控制器、Dl控制器、PDl控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第二輸出端相連，P3控制器、D2控制器、PD2控制器的輸出端和解耦補(bǔ)償器的第三輸出端相連。
【文檔編號】G05B13/04GK204009409SQ201420369029
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】秦志明, 劉吉臻, 張欒英, 谷俊杰 申請人:華北電力大學(xué)（保定）