采用给水节流的一次调频控制系统的制作方法

本实用新型涉及火电厂控制系统的
技术领域：
，特别涉及一种采用给水节流的一次调频控制系统。
背景技术：
：火电机组的一次调频是在电网频率下降时发电机组自动增加自身负荷、在电网频率升高时自动减少自身负荷，从而限制电网频率的变化。火电机组必须具有机炉协调控制系统对锅炉、汽轮机及其相关辅助设备进行整体协调，满足电网负荷指令，使机组满足调频调峰要求。为了快速响应机组负荷变化需要，机组大多选择炉跟机的协调方式，即当机组负荷变化时，汽轮机主汽调节阀快速开闭，同时负荷变化量送至锅炉主控回路，增减锅炉燃烧率，直至机组能量和负荷需求达到新的平衡。通过锅炉、汽轮机的协调控制响应电网频率变化，燃料增减会对锅炉燃烧产生过多扰动，此外机组制粉系统存在较大惯性和延迟而无法快速响应负荷变化；同时汽轮机为了保证调节裕量，主汽调节阀也无法保证全开状态，降低了机组效率。技术实现要素：本实用新型的目的是提供能够快速响应电网频率下降的一种一次调频控制系统。具体地说，本实用新型的实施方式提供了一种采用给水节流的一次调频控制系统，此系统包括：加热段，包括串联的多级高压加热器；进水段，包括除氧器，除氧器连接于加热段的上游，用于向加热段提供给水；供水段，包括省煤器，省煤器连接于加热段的下游，用于向锅炉提供给水；给水旁路控制回路，包括串联的调节阀和隔离阀，控制回路的一端连接于最靠近除氧器的高压加热器的给水出口，控制回路的另一端连接与最靠近锅炉的高压加热器的给水出口；输入端，包括汽轮机转速信号、机组负荷信号、省煤器入口给水温度信号和电网实时频率信号；计算单元，与输入端相连并用于根据输入端的所有信号计算调节阀的开度设定值；和调节阀开度切换模块，连接于计算单元和给水旁路控制回路之间，用于根据开度设定值切换调节阀的开度。优选地，计算单元包括：汽轮机转速测量模块、负荷测量模块和温度测量模块，其中，汽轮机转速测量模块连接于汽轮机，用于测量汽轮机转速信号；负荷测量模块连接于发电机，用于测量机组负荷信号和电网实时频率信号；温度测量模块连接于省煤器的给水入口，用于测量省煤器入口给水温度信号；其中，机组负荷信号包括发电机的机组实际负荷。优选地，加热段包括：依次串联第一、第二、第三和第四高压加热器，以及第四高压加热器的外置蒸汽冷却器，外置蒸冷器与第一高加并联连接，第一高压加热器位于加热段的下游并且第四高压加热器位于加热段的上游，省煤器连接在第一高压加热器和外置蒸汽冷却器的给水出口，第四高加连接在除氧器的给水出口。优选地，给水旁路控制回路包括串联连接的多个隔离阀和调节阀，控制回路的一端连接在第四高压加热器的给水出口，控制回路的另一端连接在省煤器的给水入口。优选地，开度切换模块与所调节阀相连，用于从计算单元接收开度设定值调节调节阀的开度。优选地，计算单元包括第一、第二、第三和第四修正模块，其中，第一修正模块用于根据汽轮机转速偏差产生机组调频负荷设定值；第二修正模块用于根据汽轮机转速偏差产生调节阀的开度理论值；第三修正模块用于根据机组实际负荷产生开度理论值的第一修正值；第四修正模块用于根据省煤器入口给水温度产生开度理论值的第三修正值。优选地，计算单元还包括预第一修正模块相连的PID控制器，用于根据机组调频负荷设定值和机组实际负荷的变化量产生开度理论值的第二修正值。优选地，计算单元还包括第一、第二和第三乘法器，其中，第一乘法器与第二和第三修正模块相连，用于将开度理论值与第一修正值相乘并得到第一修正结果；第二乘法器与第一乘法器和PID控制器相连，用于将第一修正结果与第二修正值相乘并得到第二修正结果；第三乘法器与第二乘法器和第四修正模块相连，用于将第二修正结果与第三修正值相乘并得到开度设定值；其中，第三乘法器直接与调节阀开度切换模块相连，用于将开度设定值输入到调节阀开度切换模块。应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是本实用新型的第一实施方式中的采用给水节流的一次调频控制系统的结构示意图。图2是本实用新型的一个实施例中的一次调频控制系统的输入端、计算单元和调节阀切换模块的结构示意图。图3是本实用新型的一个实施例中的一次调频控制系统的结构示意图。图4为本实用新型的第二实施方式中的采用给水节流的一次调频控制方法的控制图。具体实施方式本实用新型提供了一种采用给水节流的一次调频控制系统，为火电机组参与一次调频提供了一种新的可能性。给水旁路调节阀打开使流入高压加热器系统的给水分流，调节阀开度越大流经旁路的给水量越大，汽轮机抽汽量减少，可使在汽轮机中做功的蒸汽量增大而使机组能快速响应电网频率变化要求。术语如本文所用，术语“机组实际负荷”指汽轮发电机机组的发电机有功功率。本实用新型涉及一种采用给水节流的一次调频的控制系统。该控制系统包括：加热段，包括串联的多级高压加热器；进水段，包括除氧器，除氧器连接于加热段的上游，用于向加热段提供给水；供水段，包括省煤器，省煤器连接于加热段的下游，用于向锅炉提供给水；给水旁路控制回路，包括串联的调节阀和隔离阀，控制回路的一端连接于最靠近除氧器的高压加热器的给水出口，控制回路的另一端连接与最靠近锅炉的高压加热器的给水出口；输入端，包括汽轮机转速信号、机组负荷信号、省煤器入口给水温度信号和电网实时频率信号；计算单元，与输入端相连并用于根据输入端的所有信号计算调节阀的开度设定值；和调节阀开度切换模块，连接于计算单元和给水旁路控制回路之间，用于根据开度设定值切换调节阀的开度。本实用新型相对于现有技术，主要优点在于：通过增设给水旁路调节阀开度切换模块，能够快速响应电网频率下降时的调频需求，控制给水旁路调节阀的开度，使流入高压加热器系统的给水分流，调节阀开度越大流经旁路的给水量越大，汽轮机抽汽量减少，可使在汽轮机中做功的蒸汽量增大而使机组能快速响应电网频率变化要求；进一步地，在电网频率下降而需要提升机组自身负荷的情况下，能够保证给水旁路快速响应，保证电网频率的稳定；进一步地，极大地降低了一次调频过程中的节流损失。下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。实施例在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。图1是本实用新型的第一实施方式中的采用给水节流的一次调频控制系统的结构示意图。如图1所示，该一次调频控制系统包括：加热段，进水段，供水段，给水旁路控制回路，输入端，计算单元和调节阀开度切换模块；其中，输入端，包括汽轮机转速信号、机组负荷信号、省煤器入口给水温度信号和电网实时频率信号；计算单元，与输入端相连并用于根据输入端的所有信号计算调节阀的开度设定值；和调节阀开度切换模块，连接于计算单元和给水旁路控制回路之间，用于根据开度设定值切换调节阀的开度。在一实施例中，加热段包括串联的多级高压加热器；进水段包括除氧器，除氧器连接于加热段的上游，用于向加热段提供给水；供水段包括省煤器，省煤器连接于加热段的下游，用于向锅炉提供给水；给水旁路控制回路包括串联的调节阀和隔离阀，控制回路的一端连接于最靠近除氧器的高压加热器的给水出口，控制回路的另一端连接与最靠近锅炉的高压加热器的给水出口。图2是本实用新型的一个实施例中的一次调频控制系统的输入端、计算单元和调节阀切换模块的结构示意图。输入端包括：汽轮机转速测量模块、负荷测量模块和温度测量模块，其中，汽轮机转速测量模块连接于汽轮机，用于测量汽轮机转速信号；负荷测量模块连接于发电机，用于测量机组负荷信号和电网实时频率信号；温度测量模块连接于省煤器的给水入口，用于测量省煤器入口给水温度信号；其中，机组负荷信号包括发电机的机组实际负荷。计算单元包括第一、第二、第三和第四修正模块，其中，第一修正模块用于根据汽轮机转速偏差产生机组调频负荷设定值；第二修正模块用于根据汽轮机转速偏差产生调节阀的开度理论值；第三修正模块用于根据机组实际负荷产生开度理论值的第一修正值；第四修正模块用于根据省煤器入口给水温度产生开度理论值的第三修正值。进一步地，计算单元还包括预第一修正模块相连的PID控制器，用于根据机组调频负荷设定值和机组实际负荷的变化量产生开度理论值的第二修正值。进一步地，计算单元还包括第一、第二和第三乘法器，其中，第一乘法器与第二和第三修正模块相连，用于将开度理论值与第一修正值相乘并得到第一修正结果；第二乘法器与第一乘法器和PID控制器相连，用于将第一修正结果与第二修正值相乘并得到第二修正结果；第三乘法器与第二乘法器和第四修正模块相连，用于将第二修正结果与第三修正值相乘并得到开度设定值；其中，第三乘法器直接与调节阀开度切换模块相连，用于将开度设定值输入到调节阀开度切换模块。下面将借助详细的实施例对本实用新型的实施方式进行说明。图3是本实用新型的一个实施例中的一次调频控制系统100的结构示意图。如图3所示，控制系统100包括高压加热系统1，给水旁路系统2和调节阀开度控制系统3。高压加热系统1包括依次串联的高压加热器(简称“高加”)101，高加103，高加104，高加105，以及高加104的外置蒸汽冷却器(简称“蒸冷”)102与高加101并联。这里的“串联”是指不同高加的进水口与出水口相连，例如，高加103的进水口与高加103的出水口相连；这里的“串联”是指不同高加或蒸冷的进水口与进水口相连，出水口与出水口相连，例如高加101的进水口与蒸冷102的进水口相连，并且与高加103的出水口相连；高加101的进水口与蒸冷102的出水口相连，并且与锅炉省煤器相连。而且，高加101、蒸冷102、高加103、高加104和高加105分别设有气源1～5，该气源1～5均来自于通向汽轮机的主蒸汽。因此，上述各个高加和蒸冷构成加热给水的加热段。而且，系统1还与除氧器连接，除氧器出水口连接于高加105的进水口以向系统1提供给水。经过加热段加热的给水流入锅炉省煤器从而锅炉省煤器将来自加热段的给水与主给水混合后向锅炉供水，省煤器连接在加热段的出口作为供水段。在省煤器的给水入口设有热电偶以探测省煤器入口给水温度。机组正常运行时，给水从除氧器送出，经高压加热器105、104、103后分流，分别流经高压加热器101和高加104外置蒸汽冷却器102，给水流量比例约为3:7。给水旁路系统2包括给水旁路调节阀202及其前后电动隔离阀203和201。给水旁路进口连接最靠近除氧器的高压加热器105出口给水管道，出口连接最靠近锅炉的高压加热器101出口给水管道。在主给水管道上，高压加热器105的出口处引出一路旁路，通过给水旁路调节阀202及其前后电动隔离阀203和201，接入高压加热器1与高压加热器4外置蒸汽冷却器出口混合后给水管道，与主给水混合后送入锅炉。给水旁路调节阀202打开使流入高压加热器105的给水分流，调节阀202开度越大流经旁路的给水量越大，汽轮机抽汽量减少，可使在汽轮机中做功的蒸汽量增大而使机组能快速响应电网频率变化要求。在实施例中，经过给水旁路的流量与主给水流量的比例约为1:3，即当给水旁路调节阀202全开时，主给水则有25％的流量通过给水旁路。调节阀开度控制系统3包括：连接在调节阀202两端的开度切换模块，连接到开度切换模块的计算单元和连接到计算单元的输入端。输入端分别与系统1的热电偶相连以采集省煤器入口给水温度信号，与汽轮机相连以采集汽轮机转速信号，与电网相连以采集机组负荷信号、和电网实时频率信号。计算单元，与输入端相连并用于根据输入端的输出信号计算调节阀的202开度设定值。调节阀开度切换模块，连接于计算单元和给水旁路控制回路之间，用于根据开度设定值切换调节阀202的开度。本实用新型的第二实施方式提供了一种采用给水节流的一次调频控制方法，该方法包括以下步骤：a.采集汽轮机转速信号、机组负荷信号、省煤器入口给水温度信号和电网实时频率信号，机组负荷信号包括机组实际负荷；b.根据汽轮机转速信号计算第一汽轮机转速偏差和第二汽轮机转速偏差，并根据第一汽轮机转速确定机组实际负荷的变化量，根据第二汽轮机转速偏差确定机组调频负荷设定值；c.基于电网实时频率信号和电网标准频率信号计算频差信号，当频差信号小于0并且超出一次调频死区时，计算给水旁路控制回路的调节阀的开度理论值；根据机组实际负荷计算开度理论值的第一修正值；通过PID控制器根据机组实际负荷的变化量和机组调频负荷设定值计算开度理论值的第二修正值；根据省煤器入口给水温度信号计算开度理论值的第三修正值；d.通过第一乘法器将开度理论值与第一修正值相乘并得到第一修正结果，通过第二乘法器将第一修正结果和第二修正值相乘并得到第二修正结果，通过第三乘法器将第二修正结果与第三修正值相乘得到调节阀的开度设定值；e.根据开度设定值调节调节阀的开度，并控制给水旁路控制回路的给水量。该方法通过对给水旁路流量的调节，保证机组快速响应电网频率变化，为火电机组提出了一种新型的机组一次调频方式。给水节流可在机组任一负荷下投运，较佳地，该一次调频控制方法可以在机组负荷较低时用于快速调频。下面结合实施例对上述步骤进行详细介绍。图3所示的实施例中，系统100中，省煤器入口给水温度TE11热电偶用来监测省煤器入口主给水管道温度，给水旁路调节阀202用来控制给水旁路的流量。给水旁路调节阀202根据汽轮机实际转速偏差值控制调节阀开度，但由于给水旁路调节阀202的开度受到省煤器入口给水温度及机组实际运行工况的影响，最终调节阀202的开度需进行修正后送至给水旁路调节阀202的控制回路。当电网实际频率低于电网标准频率时，开度切换模块根据计算的开度设定值进行机组调频。图4为本实用新型的第二实施方式中的采用给水节流的一次调频控制方法的控制图，涉及到如下步骤：1)当汽轮机转速偏差1未达到设定值时，切换器T1被接至N出口，输出机组实际负荷；汽轮机转速偏差1达到设定值时，切换器T1被接至Y出口，输出保持汽轮机转速发生偏差前一刻的实际负荷；机组实际负荷与汽轮机转速发生偏差前一刻的负荷求差得到机组实际负荷已变化量。转速偏差1设定值为-2。2)当汽轮机转速偏差2未达到设定值时，切换器T2被接至N出口，输出为手动设定值；汽轮机转速偏差2达到设定值时，切换器T2被接至Y出口，输出为机组实际转速与设定值偏差；汽轮机转速偏差经过函数F1(x)运算生成机组调频负荷设定值。转速偏差2设定值为-2.9。3)汽轮机转速偏差经过函数F2(x)运算，生成给水旁路调节阀开度理论设定值；4)机组实际负荷经过函数F3(x)输出，生成给水旁路调节阀开度理论设定值的修正值1；5)机组调频负荷设定值与机组实际已调负荷量作为PID控制器的输入进行积分运算，输出信号作为给水旁路调节阀开度理论设定值的修正值2；6)省煤器入口给水实际温度经过函数F4(x)输出，生成给水旁路调节阀开度理论设定值的修正值3；7)给水旁路调节阀开度理论设定值先后与修正值1、修正值2及修正值3乘积后，得出调节阀开度设定值，送至给水旁路阀调节手/自动切换模块T。8)给水旁路阀调节手/自动切换模块T，当给水旁路调节阀处于手动状态时，直接手动输入信号控制给水旁路调节阀的开度；当给水旁路阀调节手/自动切换模块处于自动状态时，经过修正后的控制指令控制给水旁路调节阀的开度，从而调节给水流量。9)给水旁路阀调节手/自动切换模块T切换条件为：当机组未投入一次调频或给水旁路调节阀故障或省煤器入口给水温度坏点时，模块切换至手动。其中，步骤2)中，函数F1(x)为汽轮机转速偏差与机组调频负荷设定值之间的函数关系，汽轮机实际转速与设定转速偏差通过函数计算，得出调频负荷设定值。在本实施例中，函数关系F1(x)如下：转速偏差(r/min)-3-11调频负荷设定值(MW)1030步骤3)中，函数F2(x)为汽轮机转速偏差与给水旁路调节阀开度之间的函数关系。当汽轮机转速偏差较大时，调节阀开度较大。在本实施例中，函数关系F2(x)如下：转速偏差(r/min)-2.9-4-5给水调节阀开度(％)909595步骤4)中，函数F3(x)为机组实际负荷与给水旁路调节阀开度修正值的对应关系。为了保证机组在不同工况下，脱硝装置入口烟温满足投运要求，给水旁路调节阀的开度受到机组负荷的限制。在本实施例中，函数F3(x)如下：机组负荷(MW)5006007007509001000修正值10.850.95110.850.85步骤5)中，积分调节运算PID控制器是对于机组调频负荷设定值与机组实际已调负荷量的偏差进行积分运算，输出信号作为给水旁路调节阀开度理论设定值的修正值2；步骤6)中，函数F4(x)为省煤器入口给水实际温度与给水旁路调节阀开度修正值的对应关系。为了保证机组在不同工况下，进入锅炉的给水温度必须满足锅炉制造厂提出的要求，给水旁路调节阀的开度受到限制。在本实施例中，函数F4(x)如下：省煤器入口给水温(℃)245250260280修正值300.50.91在实施例中，通过仿真计算，发现若机组主汽压力降低5％，热耗则上升0.4％，即29kJ/kW.h。为满足一次调频需求且防止机组效率降低、维持机组效率稳定，需要主汽调阀至少节流2％以上，机组热耗则上升12kJ/kW.h。通过本实用新型提出的控制系统可以在不影响机组调频速度与效率的前提下，减少机组至少2％节流损失。因此，本实用新型提供的一次调频系统能够快速调节给水旁路调节阀的开度，迅速辅助主汽调阀进行节流以满足一次调频需求。因此，采用本实用新型提出的一次调频控制系统可减小因为仅采用主汽调阀节流带来的损失，极大地提高了机组经济性。在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。当前第1页1 2 3