超临界直流炉全程负荷控制方法与流程

本方法发明涉及超临界直流炉负荷控制领域，具体是一种超临界直流炉全程负荷控制方法。

背景技术：

随着大容量超临界火电机组在电网中的比例不断增大，超临界机组的运行方式也逐步发生了变化。且由于电网侧使用电负荷结构的变化，引起电网峰谷差值逐步加大，电网对大型超临界机组的自动发电量控制(automatic generation control，AGC)负荷响应能力的要求也越来越明确、越严格。现有国内大部分超临界机组负荷自动控制范围大都在60％-100％Pe，对于60％Pe以下负荷区间只能手动控制或者间接控制，运行方式比较落后，导致机组的大部分负荷没有得到精确控制，电厂生产出很多的无效电量，致使发电机组不仅损失了大部分调峰电量，而且还损失了相当部分的经济效益。

技术实现要素：

本方法发明立足克服上述超临界火电机组负荷自动控制范围窄小的问题，提供了一种性能可靠、可大幅提高超临界火电机组调峰能力与经济效益的全程负荷控制方法。

说明书以及说明书附图中涉及的相关名词解释为：

AGC：自动发电量控制，CCS：协调控制，MW:实际负荷，RATE SET：负荷速率设定，Pe：额定负荷，Ps：主汽压设定值，P_T：主汽压实际值，BD：锅炉主控指令，μ：汽机阀位开度，P1：调节级压力，Δf：频差，POS：汽机阀门位置反馈，TFF：实际燃料量，K₁、K₂、K₃：前馈系数，DEH：汽轮机数字电液调节系统，BDFF：锅炉主控的前馈，LD：单元机组负荷指令

本方法发明所采用的技术方案是：在负荷处理中心将负荷指令经过限幅限速后生成负荷指令LD2，然后根据负荷在0％-30％Pe、30％-60％Pe、60％-100％Pe的阶段，分别把负荷指令LD2送到锅炉主控1、锅炉主控2、锅炉主控3、和汽机主控1、汽机主控2、汽机主控3进行运算，将3个锅炉主控计算后生成的指令BD₁、BD₂、BD₃值进行优化选择生成锅炉主控指令BD值，同时将3个汽机主控计算后生成的汽机阀位开度μ₁、μ₂、μ₃值进行优化选择生成汽机阀位开度μ值，并将BD、μ值送到下一级控制中心执行。

1、负荷处理中心生成负荷指令：负荷处理中心生成负荷指令LD2。当发电机频率高、低或者负荷禁增、减触发时，负荷指令将保持不变，使机组维持当前负荷，防止机组生产无效的上网电量造成浪费。

2、当负荷在0％-30％Pe时为第一阶段负荷控制，由于在低负荷阶段，锅炉燃烧还不稳定，所以负荷控制采用机跟炉控制策略。负荷指令LD2通过锅炉主控1运算后控制燃料调节阀，燃料量变化后主汽压也随之变化，然后汽机主控1为了维持主汽压力的稳定对主汽调阀进行控制，改变汽机阀位开度μ₁，负荷随之改变。这种控制策略是锅炉动作在前，汽机动作在后；主汽压波动小，负荷调节比较稳定，有助于锅炉向稳燃工况过渡，便于下一步的负荷快速调节。其中在机主控中还增加了前馈补偿回路，此回路可以消除由于炉侧燃料量BD₁扰动引起的主汽压P_T、负荷MW的变化，对汽机主控没有影响，不会引起汽机主汽调节阀的动作，实现了补偿解耦。

3、当负荷在30％-60％Pe时为第二阶段负荷控制，主要采用炉跟机的控制策略，汽机主控2负责控制负荷，锅炉主控2负责主汽压的控制。在此负荷段此控制策略是汽机先动作，锅炉慢于汽机动作，所以负荷响应比较快，但是主汽压波动比较大。本发明为了抑制主汽压的波动增加了两个控制环节。第一个环节是在汽机主控回路中增加压力拉回函数并叠加到汽机主控2的设定值中，防止主汽压偏差进一步加大；第二个环节是在锅炉主控2回路中增加了汽机的能量需求信号的微分前馈，以加快锅炉对于汽机能量需求的响应，减小了主汽压的波动。

4、当负荷在60％-100％Pe时为第三阶段负荷控制，因为此负荷段是常规CCS的调节范围，采取的控制策略是指令平衡法DIB。当电网要求机组出力增加，先增大负荷指令LD2，它与发电机实际负荷MW的偏差信号，一方面经汽机主控3系统，增大汽机调门的阀位开度μ₃，使汽轮机出力增加；另一方面通过前馈作用到锅炉主控3系统，使燃料量增加，以增大锅炉出力。由于锅炉的热惯性与迟延，其出力增加的速度要比汽轮机慢的多，因此主汽压力P_T下降，与其设定值Ps之间出现偏差ΔP，一方面通过锅炉主控3系统进一步加大燃料量，促使主汽压力回升；另一方面又经汽机主控3系统关小调汽门，限制主汽压力下降。这种控制方式兼顾机炉，互相协调，既保证了机组输出功率能够迅速满足电网的要求，又迅速协调锅炉、汽机之间的能量供求关系，使输入机组的热能尽快与机组的输出功率相适应，并且确保机组在各种运行工况下可以安全稳定运行。

5、指令优化选择：对上述三个阶段的锅炉主控指令BD₁、BD₂、BD₃和汽机主控指令μ₁、μ₂、μ₃经过切换功能模块进行优化选择，生成最后的锅炉主控指令BD和汽机主控指令μ，然后把BD送入燃料主控、μ送入DEH中进行调节控制。

本方法发明具体的步骤如下：

S1：负荷处理中心生成负荷指令

S11：对输入的AGC和CCS指令进行切换选择，当AGC投入时输出为输入的AGC指令，不选择CCS指令；当AGC未投入时，输出便为CCS指令，不选择AGC指令；

S12：对输入的S11输出和实际负荷MW进行切换选择，当CCS投入时，输出为S11的输出，否则为实际负荷MW；

S13：S12的输出经过限幅0％-100％Pe后，叠加上频差Δf经过频差函数f₁(x)的输出得到的一次调频指令生成LD1，再经过限速模块的限速处理生成负荷指令LD2；

优选的是，此时可以通过限速模块进行限速处理≤3％Pe/mi n。

当机组运行中发生禁增、禁减工况时，机组的负荷速率经过切换选择模块后变为0，使负荷指令保持不变，防止机组生产无效的上网电量造成浪费。

S2：第一阶段负荷控制

S21：当负荷在0％-30％Pe时，负荷处理中心生成的负荷指令LD2与实际负荷MW做相减的偏差计算后，送入锅炉主控1中，负荷指令LD2乘以前馈系数K₁作为锅炉主控1的前馈也送入控制器中，最终生成锅炉主控1的指令BD₁；

优选的是，此时前馈系数K₁的范围为是0≤K₁≤0.5。

S22：实际负荷MW输入到滑压曲线f₂(x)中，再经过LAG模块的滞后计算生成汽机主控1的设定值Ps，实际负荷MW与负荷指令LD2做偏差计算，再乘以系数K₂为设定值Ps的前馈，再与主汽压力P_T做偏差计算并送入汽机主控1中，生成汽机阀位开度指令μ₁；

优选的是，此时系数K₂的范围是-0.01≤K₂≤0.015。

S3：第二阶段负荷控制

S31：当负荷在30％-60％Pe时，负荷处理中心生成的负荷指令LD2经过滑压曲线f₂(x)计算生成锅炉主控2的设定值Ps与主汽压力P_T做偏差计算后，送入锅炉主控2中，调节级压力P₁除以主汽压力P_T再乘以设定值Ps经过微分模块计算后作为锅炉主控2的前馈，最终生成锅炉主控2的指令BD₂；

S32：负荷指令LD2经过两个LAG模块滞后计算后再叠加上压力拉回函数f₃(x)的输出生成汽机主控2的设定值，汽机主控2的设定值与实际负荷MW做偏差计算，偏差模块的输出送入汽机主控2中，生成汽机阀位开度指令μ₂；

S4：第三阶段负荷控制

S41：当负荷在60％-100％Pe时，负荷处理中心生成的负荷指令LD2经过滑压曲线f₂(x)生成锅炉主控3的设定值Ps再与主汽压力P_T做偏差，送入锅炉主控3中，BDFF作为锅炉主控3的前馈，最终生成锅炉主控3的负荷指令BD₃；

S42：负荷指令LD2经过两个LAG模块的滞后计算后再叠加上压力拉回函数f₃(x)的输出形成汽机主控3的设定值，与实际负荷MW做偏差计算，经过偏差模块的相减后输出送入汽机主控中，LD2乘以前馈系数K₃作为汽机主控3的前馈，最后生成汽机阀位开度指令μ₃；

优选的是，此时系数K₂的范围是0≤K₃≤0.1。

S5：锅炉主控和汽机主控的指令优化选择

S51：锅炉主控指令BD的生成

S511：对输入的BD₁和实际燃料量TFF进行选择，当锅炉主控1投入自动时，模块输出BD₁，否则输出TFF；

S512：对BD₂和S511的输出进行切换选择，当锅炉主控2投入自动时，经过选择后输出BD₂，否则输出另一个输入；

S513：对BD₃和S512的输出进行切换选择，当锅炉主控3投入自动时，模块输出BD₃，否则为模块的另一个输入。S513的输出送给锅炉主控指令BD，然后再到燃料主控，进行下一级调节；

S52：汽机主控指令μ的生成

S521：对输入μ₁和汽机阀门的位置反馈POS进行选择，当汽机主控1投入自动时，输出μ₁，否则输出POS；

S522：对μ₂和S521的输出进行切换选择，当汽机主控2投入自动时，经过选择后输出μ₂，否则输出为切换选择的另一个输入；

S523：对μ₃和S522的输出进行切换选择，当汽机主控3投入自动时，输出μ₃，否则为切换选择的另一个输入。S523的输出送给汽机主控指令μ，然后再到DEH中进行下一级控制调节。

本发明与现有超临界火电机组运行方式相比，具有以下特点：

1、可起到对大型超临界机组做到全程的负荷控制作用，即负荷自动控制范围为0％-100％Pe，提高了电厂自动化控制水平，也让电网运行更加安全可靠；

2、机组运行高度自动化方式，运行方式先进，解放出更多地电厂运行人员，减少人员费用，为电厂节省成本；

3、自动发电量控制成为运行的核心，对于负荷的控制更加直接，精确；

4、提高了CCS的调节范围，可以使AGC提前投入，并且大幅度提升了火电机组的调峰能力，使火电机组获得更多的有效电量与经济效益。

附图说明

图1：负荷处理中心工作逻辑图

图2第一阶段负荷控制逻辑图

图3第二阶段负荷控制逻辑图

图4第三阶段负荷控制逻辑图

图5锅炉主控和汽机主控指令优化选择逻辑图

具体实施方式

下面结合附图对本方法发明做进一步详细说明，以下是对本方法发明的解释而本方法发明并不局限于以下简介，其中公开的数据、函数、代号等并非对该方法发明的限制，本领域技术人员可以根据说明书及附图提供的方案，不必经过创造性的劳动即可得到其他数据、函数以实现发明目的。

如图1所示，利用切换功能模块对输入信号进行选择，第一个切换功能模块的输入为AGC与CCS指令，当AGC投入时输出为AGC指令，输出至第二个切换功能模块，当CCS投入时，第二切换功能模块的输出为第一个切换功能模块的输出，否则为实际负荷MW；负荷处理中心将CCS和AGC指令进行限幅限速后再和频差函数f₁(x)，其中f₁(x)＝[-14,-48；-2,0；2,0；14,48]，Δf＝3000-实际转速。相叠加生成负荷指令LD1，最后经过限速模块限速处理≤3％Pe/mi n生成负荷指令LD2。当发电机频率高、低或者负荷禁增、减触发时，负荷指令将保持不变，使机组维持当前负荷。

如图2所示，当负荷为0％-30％Pe时，负荷处理中心生成的负荷指令LD2与实际负荷MW做偏差计算后，送入锅炉主控1中，负荷指令LD2乘以前馈系数K₁＝0.5，作为锅炉主控1的前馈也送入控制器中，最终生成锅炉指令BD₁；实际负荷MW输入到滑压曲线f₂(x)中，其中f₂(x)＝[0,10；150,10；230,10；330,14；610,25]，再经过LAG模块的滞后作用生成主汽压设定值Ps，实际负荷MW与负荷指令LD2做相减的偏差计算，再乘以前馈系数K₂＝0.015为设定值Ps的前馈，再与主汽压力P_T做偏差计算并送入汽机主控1中，生成汽机的阀位开度指令μ₁。

如图3所示，当负荷为30％-60％Pe时，负荷处理中心生成的LD2经过滑压曲线f₂(x)计算生成锅炉主控2的设定值Ps与主汽压力P_T做偏差计算，其中f₂(x)＝[0,10；150,10；230,10；330,14；610,25]，调节级压力P1除以主汽压力P_T再乘以设定值Ps经过微分模块计算后作为锅炉主控2的前馈，最终生成锅炉主控2的指令BD₂；负荷指令LD2经过两个LAG模块滞后计算后再叠加上压力拉回函数f₃(x)的输出生成汽机主控2的设定值，其中f₃(x)＝[-1.2,12；-0.5,0；0.5,0；1.2,12]，汽机主控2的设定值与实际负荷MW做偏差计算，偏差模块的输出送入汽机主控2中，生成汽机的阀位开度指令μ₂。

如图4所示，当负荷为60％-100％Pe时，负荷处理中心生成的LD2经过滑压曲线f₂(x)生成锅炉主控3的设定值Ps再与主汽压力PT做偏差，送入锅炉主控3中，BDFF作为锅炉主控3的前馈，最终生成指令BD₃；负荷指令LD2经过两个LAG模块再叠加上压力拉回函数f₃(x)(其中f₃(x)＝[-1.2,12；-0.5,0；0.5,0；1.2,12])的输出形成汽机主控3的设定值，与实际负荷MW做偏差计算，LD2乘以前馈系数K₃＝0.1作为汽机主控3的前馈，偏差模块的输出送入汽机主控3中，生成汽机的阀位开度指令μ₃。

如图5所示：经过上述步骤逻辑生成的锅炉主控指令和汽机主控指令经过3个切换模块选择后，生成最终的BD和μ，然后再送到下一级控制中心去执行。当机组负荷指令0％≤MW≤30％时，锅炉主控1和汽机主控1投入自动，锅炉主控2和汽机主控2以及锅炉主控3和汽机主控3在手动位置，经过切换选择后锅炉主控指令BD就为BD₁，汽机主控指令就为μ₁；当机组负荷指令30％＜MW≤60％时，锅炉主控2和汽机主控2投入自动，锅炉主控1和汽机主控1以及锅炉主控3和汽机主控3在手动位置，经过切换选择后锅炉主控指令BD就为BD₂，汽机主控指令就为μ₂；当机组负荷指令60％＜MW≤100％时，锅炉主控3和汽机主控3投入自动，锅炉主控1和汽机主控1以及锅炉主控2和汽机主控2在手动位，经过切换选择后锅炉主控指令BD就为BD₃，汽机主控指令就为μ₃；当锅炉主控1、2、3和汽机主控1、2、3都在手动位置时，BD就为实际燃料量，μ就为实际汽机阀门位置反馈。