本發(fā)明屬于自動(dòng)化
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中壓力拉回控制的補(bǔ)償控制方法。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)電力供應(yīng)仍將以火電為主，需要火電機(jī)組提高運(yùn)行靈活性消納風(fēng)電等帶有強(qiáng)擾動(dòng)性的發(fā)電電源大規(guī)模并網(wǎng)造成的各種擾動(dòng)，衡量靈活性的指標(biāo)中最為重要的是發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)速率。受熱力系統(tǒng)特性制約火電機(jī)組響應(yīng)發(fā)電負(fù)荷變化的能力相對(duì)較差，提高發(fā)電負(fù)荷響應(yīng)速率必然會(huì)導(dǎo)致機(jī)組自身運(yùn)行穩(wěn)定性變差，使得鍋爐燃料量、汽輪機(jī)前蒸汽壓力、過(guò)熱/再熱蒸汽溫度、煙氣氧量等決定著機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保指標(biāo)的參數(shù)波動(dòng)加劇。因此火電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)，需要在發(fā)電負(fù)荷響應(yīng)性能和機(jī)組自身運(yùn)行穩(wěn)定性之間作出權(quán)衡?；痣姍C(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)被控對(duì)象為雙入雙出多變量對(duì)象，特性為：增加鍋爐燃料量時(shí)，機(jī)前壓力和發(fā)電負(fù)荷同時(shí)緩慢增加；增加汽輪機(jī)調(diào)門開度時(shí)，發(fā)電負(fù)荷先快速增加后降低恢復(fù)至原值，機(jī)前壓力快速降低。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制發(fā)電負(fù)荷快速跟隨發(fā)電負(fù)荷指令變化，同時(shí)維持汽輪機(jī)前蒸汽壓力的穩(wěn)定。為了快速響應(yīng)發(fā)電負(fù)荷指令，機(jī)組多采用汽輪機(jī)調(diào)門控制發(fā)電負(fù)荷，鍋爐燃料量控制機(jī)前壓力即以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。控制特點(diǎn)是，發(fā)電負(fù)荷設(shè)定值增加時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)控制器動(dòng)作增加調(diào)門開度，實(shí)際發(fā)電負(fù)荷快速增加跟隨發(fā)電負(fù)荷設(shè)定值，但同時(shí)導(dǎo)致機(jī)前壓力快速降低，鍋爐側(cè)控制器動(dòng)作增加燃料量，使機(jī)前壓力緩慢跟隨機(jī)至前壓力設(shè)定值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)會(huì)改變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減弱鍋爐側(cè)控制器對(duì)汽輪機(jī)前蒸汽壓力的控制作用之不足，提出一種壓力拉回控制的補(bǔ)償控制方法。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中壓力拉回控制的補(bǔ)償控制方法，該方法為在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的壓力拉回控制邏輯中，將壓力偏差經(jīng)過(guò)多點(diǎn)折線函數(shù)計(jì)算出的發(fā)電負(fù)荷偏置指令信號(hào)，引入到另外一個(gè)多點(diǎn)折線函數(shù)計(jì)算得到一個(gè)鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)，再用該補(bǔ)償系數(shù)以乘積的形式修正協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)鍋爐側(cè)控制器的偏差輸入信號(hào)。所述的控制增益補(bǔ)償系數(shù)的獲得，包括以下步驟：步驟一、首先將控制增益補(bǔ)償系數(shù)設(shè)置為1；步驟二、在機(jī)組小幅變負(fù)荷工況下，觀察壓力拉回未動(dòng)作時(shí)機(jī)前壓力變化幅度對(duì)應(yīng)鍋爐燃料量變化幅度的比例并記錄；步驟三、在機(jī)組不同負(fù)荷點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行步驟二，對(duì)多次記錄結(jié)果取平均值；步驟四、在機(jī)組大幅變負(fù)荷工況下，逐漸增加拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)，使得壓力拉回動(dòng)作時(shí)機(jī)前壓力變化幅度對(duì)應(yīng)鍋爐燃料量變化幅度的比例等于步驟三得到的平均值，記錄增益補(bǔ)償系數(shù)；步驟五、在機(jī)組不同負(fù)荷點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行步驟四，對(duì)多次調(diào)試得到的增益補(bǔ)償系數(shù)取平均值，作為最終設(shè)置值。所述的壓力拉回控制滿足以下條件：a.當(dāng)壓力拉回控制未動(dòng)作時(shí)，鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)為1；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)保持原有狀態(tài)；當(dāng)壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)，鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)大于1，維持鍋爐側(cè)控制器對(duì)機(jī)前壓力的控制作用不變。所述的壓力拉回控制邏輯為將機(jī)前壓力偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)帶死區(qū)和限幅作用的多點(diǎn)折線函數(shù)轉(zhuǎn)化為發(fā)電負(fù)荷偏置指令，與原發(fā)電負(fù)荷指令與發(fā)電負(fù)荷反饋的偏差相迭加，構(gòu)成實(shí)際發(fā)電負(fù)荷指令。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，在壓力拉回控制邏輯中，將壓力偏差經(jīng)過(guò)多點(diǎn)折線函數(shù)計(jì)算出的發(fā)電負(fù)荷偏置指令信號(hào)，引入到另外一個(gè)多點(diǎn)折線函數(shù)計(jì)算得到一個(gè)鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)，再用該補(bǔ)償系數(shù)以乘積的形式修正協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)鍋爐側(cè)控制器的偏差輸入信號(hào)。通過(guò)設(shè)置增益補(bǔ)償系數(shù)的多點(diǎn)折線函數(shù)的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)：當(dāng)壓力拉回控制未動(dòng)作時(shí)，鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)為1，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)保持原有狀態(tài)；當(dāng)壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)，鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)大于1，增強(qiáng)鍋爐側(cè)控制器的控制作用以抵消壓力拉回控制動(dòng)作的影響，維持鍋爐側(cè)控制器對(duì)機(jī)前壓力的控制作用不變，快速減小壓力偏差從而減少對(duì)發(fā)電負(fù)荷控制品質(zhì)的影響。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：（1）補(bǔ)償控制效果好。本發(fā)明給出機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中壓力拉回控制的補(bǔ)償控制方法，能夠保留壓力拉回控制有利的一面，即汽輪機(jī)機(jī)前蒸汽壓力偏差大時(shí)，強(qiáng)迫機(jī)組改變發(fā)電負(fù)荷維持壓力穩(wěn)定；能夠克服壓力拉回控制不利的一面，即壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)不減弱鍋爐側(cè)控制器的調(diào)節(jié)強(qiáng)度，盡快結(jié)束壓力拉回動(dòng)作避免長(zhǎng)時(shí)間影響發(fā)電負(fù)荷的控制品質(zhì)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)用效果好，特別適用于頻繁大幅參與電網(wǎng)調(diào)峰的火電機(jī)組。（2）組態(tài)簡(jiǎn)單、調(diào)試快捷。本發(fā)明組態(tài)簡(jiǎn)單，只需要在原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中增加2個(gè)模塊，可以在任何dcs中實(shí)現(xiàn)。整個(gè)補(bǔ)償控制邏輯只有一個(gè)需要調(diào)試的參數(shù)，參數(shù)變化范圍小調(diào)試方向明確，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。參數(shù)調(diào)試好后，控制系統(tǒng)可長(zhǎng)期運(yùn)行不需要維護(hù)。附圖說(shuō)明：圖1協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2壓力拉回控制動(dòng)作后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3壓力拉回控制的補(bǔ)償控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4壓力拉回控制的補(bǔ)償控制邏輯。具體實(shí)施方式一種機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中壓力拉回控制的補(bǔ)償控制方法，具體的實(shí)施方式如下：爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)如圖1所示。以爐跟機(jī)方式為基礎(chǔ)的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠有效利用鍋爐蓄熱快速響應(yīng)發(fā)電負(fù)荷，但利用蓄熱的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致機(jī)前壓力變化，因此也必須加大對(duì)鍋爐燃料量的調(diào)節(jié)幅度以同時(shí)彌補(bǔ)發(fā)電負(fù)荷和機(jī)前壓力的變化。壓力拉回控制邏輯通過(guò)機(jī)前壓力的偏差修正發(fā)電負(fù)荷的偏差，當(dāng)壓力拉回控制動(dòng)作后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2所示。相當(dāng)于在基本控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了一路壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷側(cè)控制回路的單向解耦通道。單向解耦通道的存在使得整個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用減弱。當(dāng)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷快速跟隨發(fā)電負(fù)荷指令變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)前壓力反饋值偏離設(shè)定值出現(xiàn)偏差，這種偏差反而又會(huì)限制發(fā)電負(fù)荷變化，使得實(shí)際發(fā)電負(fù)荷的變化速率減緩；另外由于減緩發(fā)電負(fù)荷變化能夠起到輔助調(diào)節(jié)機(jī)前壓力的作用，機(jī)前壓力偏差的變化幅度和變化速率也會(huì)減緩，又會(huì)使得鍋爐側(cè)控制器的控制作用減弱。壓力拉回空話子邏輯中，壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷偏差的增益越大，減弱調(diào)節(jié)作用的程度越為明顯。圖1~3中：ptsp為機(jī)前壓力設(shè)定值，mpa；ptpv為機(jī)前壓力反饋值，mpa；ub為鍋爐燃料量，t/h；ut為汽輪機(jī)調(diào)門開度，%；模塊gbc(s)為鍋爐側(cè)控制器傳遞函數(shù)；模塊gtc(s)為汽輪機(jī)側(cè)控制器傳遞函數(shù)；模塊gbt(s)為被控對(duì)象傳遞函數(shù)；模塊k為機(jī)前壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷偏差的增益系數(shù)；模塊kpb為壓力拉回補(bǔ)償控制的增益系數(shù)。從大方向上分析，由于壓力拉回控制都設(shè)置有壓力偏差的死區(qū)，即壓力偏差小于死區(qū)高低限值時(shí)壓力拉回控制是不發(fā)生作用的；當(dāng)壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)組處于非正常工作狀態(tài)，需要減弱整個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，以維持機(jī)組安全運(yùn)行。但是從細(xì)節(jié)上分析，壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)，強(qiáng)迫發(fā)電負(fù)荷變化對(duì)維持機(jī)前壓力穩(wěn)定是有利的；但減弱鍋爐側(cè)控制器的調(diào)節(jié)強(qiáng)度，這在許多情況下不符合現(xiàn)場(chǎng)要求的。如果鍋爐運(yùn)行狀態(tài)沒(méi)有明顯異常，則期望鍋爐側(cè)控制器快速調(diào)節(jié)燃料量使機(jī)前壓力盡快恢復(fù)正常。特別是電負(fù)荷指令頻繁大幅變化時(shí)，這種期望表現(xiàn)得更為迫切。因此，更加符合現(xiàn)場(chǎng)需要的控制思路是：當(dāng)機(jī)前壓力偏差大時(shí)，同樣強(qiáng)迫發(fā)電負(fù)荷變化維持壓力穩(wěn)定，但不減弱鍋爐側(cè)控制器的調(diào)節(jié)強(qiáng)度。對(duì)壓力拉回控制增加補(bǔ)償控制邏輯能夠?qū)崿F(xiàn)以上思路，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。即在圖2所示控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，鍋爐側(cè)控制器前增加一個(gè)大于1的增益補(bǔ)償環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)前壓力偏差信號(hào)進(jìn)行放大，從而增強(qiáng)壓力拉回動(dòng)作時(shí)的鍋爐側(cè)控制器的調(diào)節(jié)強(qiáng)度。參考圖4說(shuō)明發(fā)明技術(shù)方案。圖3中的虛線框內(nèi)是在原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增加的邏輯。原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，機(jī)前壓力設(shè)定值與反饋值的偏差直接進(jìn)入到鍋爐側(cè)控制器。新系統(tǒng)中，機(jī)前壓力設(shè)定值與反饋值的偏差，乘以由多點(diǎn)折線函數(shù)計(jì)算出的壓力拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)后，再進(jìn)入到鍋爐側(cè)控制器。圖4中：sum1~3為均為求和模塊；mul1為乘法模塊；f(x)1為計(jì)算機(jī)前壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷偏差的多點(diǎn)折線函數(shù)模塊，參數(shù)設(shè)置為死區(qū)加限幅的格式；f(x)2為計(jì)算壓力拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)的多點(diǎn)折線函數(shù)模塊；pid1為鍋爐側(cè)控制器；pid2為汽輪機(jī)側(cè)控制器。圖4中，依靠計(jì)算機(jī)前壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷偏差的多點(diǎn)折線函數(shù)模塊f(x)1設(shè)置壓力拉回的死區(qū)、限值以及機(jī)前壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷偏差的增益系數(shù)。以表1的參數(shù)設(shè)置為例，壓力拉回的死區(qū)高低幅值為±0.6mpa，即只有機(jī)前壓力偏差超過(guò)±0.6mpa時(shí)壓力拉回控制才動(dòng)作；壓力拉回的限值為±15mw，即壓力拉回控制最多只產(chǎn)生±15mw的發(fā)電負(fù)荷偏置指令；機(jī)前壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷偏差的增益系數(shù)為15/1.2=12.5。表1多點(diǎn)折線函數(shù)模塊f(x)1設(shè)置表1序號(hào)123456x-100-1.2-0.60.61.2100y-15-15001515圖4中，依靠計(jì)算壓力拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)的多點(diǎn)折線函數(shù)模塊f(x)2設(shè)置不同情況下的鍋爐側(cè)控制器增益補(bǔ)償系數(shù)。以表2的參數(shù)設(shè)置為例，未發(fā)生壓力拉回時(shí)f(x)2的輸入為0，不需要進(jìn)行補(bǔ)償因此拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)為1；發(fā)生壓力拉回時(shí)f(x)2的輸入不為0，拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)為1.4；f(x)2的第2點(diǎn)和第4點(diǎn)的作用是設(shè)置一個(gè)±10%的緩沖區(qū)，作用是避免拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)突然變化導(dǎo)致鍋爐側(cè)控制器輸入的突然變化。表2為多點(diǎn)折線函數(shù)模塊f(x)2設(shè)置。表2序號(hào)12345x-15-1.501.515y1.41.411.41.4壓力拉回控制邏輯結(jié)構(gòu)為將機(jī)前壓力偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)帶死區(qū)和限幅作用的多點(diǎn)折線函數(shù)轉(zhuǎn)化為發(fā)電負(fù)荷偏置指令，與原發(fā)電負(fù)荷指令與發(fā)電負(fù)荷反饋的偏差相迭加，構(gòu)成實(shí)際發(fā)電負(fù)荷指令。實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)機(jī)前壓力反饋值和設(shè)定值的偏差在死區(qū)內(nèi)時(shí)，壓力拉回控制不起作用，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)處于正常工作方式下；當(dāng)機(jī)前壓力反饋值高于設(shè)定值并超出死區(qū)時(shí)，提高發(fā)電負(fù)荷指令，通過(guò)增加發(fā)電負(fù)荷的方式達(dá)到降低機(jī)前壓力的目的，保證機(jī)組運(yùn)行安全；當(dāng)機(jī)前壓力反饋值低于設(shè)定值并超出死區(qū)時(shí)，降低發(fā)電負(fù)荷指令，通過(guò)減少發(fā)電負(fù)荷達(dá)到提高機(jī)前壓力的目的，保證機(jī)組運(yùn)行安全。從控制系統(tǒng)的角度分析，當(dāng)壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)，相當(dāng)于在原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)壓力偏差對(duì)發(fā)電負(fù)荷控制回路的單向耦合通道，這一通道的存在將導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制特性發(fā)生變化。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)為：正常情況下機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)鍋爐側(cè)控制器依據(jù)機(jī)前壓力的偏差調(diào)節(jié)鍋爐燃料量實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)前壓力的控制；但壓力拉回控制動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)會(huì)通過(guò)調(diào)整發(fā)電負(fù)荷的方式協(xié)助減小壓力偏差，因此會(huì)導(dǎo)致鍋爐側(cè)控制器接收到的壓力偏差信號(hào)減弱，使得鍋爐側(cè)控制器輸出的調(diào)節(jié)量也相應(yīng)減弱，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)機(jī)前壓力的控制作用減弱。最終結(jié)果是，壓力拉回控制一旦動(dòng)作就會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間，降低發(fā)電負(fù)荷的控制品質(zhì)。舉例說(shuō)明如下：壓力拉回死區(qū)上限為0.6mpa，當(dāng)機(jī)前壓力反饋值超過(guò)設(shè)定值0.6mpa時(shí)壓力拉回控制動(dòng)作。如果壓力拉回不動(dòng)作，機(jī)前壓力反饋值會(huì)超過(guò)設(shè)定值0.8mpa，鍋爐側(cè)控制器會(huì)減少20t/h的燃料量，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后機(jī)前壓力反饋值會(huì)降低至正常水平。但壓力拉回動(dòng)作后，由于發(fā)電負(fù)荷增加，機(jī)前壓力反饋值只會(huì)超過(guò)設(shè)定值0.7mpa，鍋爐側(cè)控制器會(huì)只減少15t/h的燃料量，因此要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間后機(jī)前壓力反饋值才會(huì)降低至正常水平。發(fā)明實(shí)施步驟為（1）實(shí)施條件確認(rèn)發(fā)明適用于采用以爐跟機(jī)爐方式為基礎(chǔ)的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，分析組態(tài)邏輯，確認(rèn)壓力拉回邏輯的位置。（2）補(bǔ)償邏輯組態(tài)在機(jī)組dcs（分散控制系統(tǒng)）中增加圖4中虛線框內(nèi)的壓力拉回控制補(bǔ)償控制邏輯。其中多點(diǎn)折線函數(shù)f(x)2的設(shè)置方式見表2。（3）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中對(duì)f(x)2中的拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過(guò)程是，1）首先將系數(shù)設(shè)置為1；2）在機(jī)組小幅變負(fù)荷工況下，觀察壓力拉回未動(dòng)作時(shí)機(jī)前壓力變化幅度對(duì)應(yīng)鍋爐燃料量變化幅度的比例并記錄；3）在機(jī)組不同負(fù)荷點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行步驟2，對(duì)多次記錄結(jié)果取平均值；4）在機(jī)組大幅變負(fù)荷工況下，逐漸增加拉回控制增益補(bǔ)償系數(shù)，使得壓力拉回動(dòng)作時(shí)機(jī)前壓力變化幅度對(duì)應(yīng)鍋爐燃料量變化幅度的比例等于步驟3得到的平均值，記錄增益補(bǔ)償系數(shù)；5）在機(jī)組不同負(fù)荷點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行步驟4，對(duì)多次調(diào)試得到的增益補(bǔ)償系數(shù)取平均值，作為最終設(shè)置值。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)12