火电机组的汽轮机调门开度控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力领域，特别涉及一种火电机组的汽轮机调门开度控制方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 单元机组协调控制系统（CCS)作为锅炉-汽轮机系统的控制中枢，已经成为现代 电站自动化系统中最为核心的组成单元。CCS将火电机组的锅炉控制系统和汽轮机控制系 统作为一个整体、互相协调配合地进行控制，使锅炉和汽轮机尽快地共同适应电网频率变 化的需要，且共同保持火电机组安全、稳定运行的控制系统。但CCS系统是一个复杂的多变 量控制系统，内部存在复杂的关联性，机炉控制回路间的耦合特性使得系统较难取得良好 的控制品质。
[0003] 锅炉是一个相对慢速的响应过程，热惯性较大，而汽轮机则是一个相对快速的响 应过程，热惯性较锅炉小得多。当锅炉侧发生一个微小的扰动时，会打破锅炉-汽轮机之间 的能量平衡，汽轮机功率调节系统能够迅速调整调门开度以消除火电机组负荷偏差，但锅 炉的慢速响应和大惯性特性无法与汽轮机功率调节系统相适应，造成主蒸汽压力以及主蒸 汽温度等主要火电机组运行参数周期性波动，锅炉给煤率和汽轮机调门开度也跟随着周期 性地波动，CCS系统需要很长的时间才能使火电机组恢复到稳定状态，不利于火电机组的经 济运行。
[0004] 常规CCS系统主要是通过汽轮机调节火电机组负荷，采用比例-积分-微分调节 器（PID)，为了能够快速消除火电机组负荷控制偏差，PID参数需要整定得比较强。加强积 分的调节作用，有利于消除火电机组负荷控制偏差，但过强的积分调节作用，会加速锅炉蓄 热的消耗，增加了锅炉-汽轮机之间的不平衡，使得系统很难达到稳定状态。例如，当锅炉 的热负荷与汽轮机热负荷的需求存在差异时，汽轮机侧调门开度会不断地动作，持续地消 耗锅炉的蓄热来维持火电机组负荷，其结果是机前压力持续地向一个方向变化，表现出来 的特性类似一个积分环节，具有不平衡的特性，而锅炉侧的调节一般以机前压力偏差作为 调节的依据，但此时的机前压力控制偏差已经无法体现出初始时的锅炉与汽轮机之间的具 体热负荷差异量，必然造成锅炉给煤率的过调，难以消除机前压力控制偏差，引发系统周期 性的波动，CCS系统需要很长的时间才能使火电机组恢复到稳定状态。减弱积分的调节作 用，降低汽轮机对锅炉蓄热的利用速率，有利于CCS系统的稳定，但却难以消除火电机组负 荷控制偏差。加强比例的调节作用，有利于减少火电机组负荷控制偏差，而且汽轮机的比例 调节作用对锅炉蓄热的利用是一个与压力偏差值成比例的定量，不存在持续消耗锅炉蓄热 的问题，单纯的比例作用对机前压力特性来说，是具有自平衡特性的，因此，加强比例作用， 对减少负荷控制偏差和锅炉的稳定性来说，是有利的。但由于受汽轮机负荷控制对象特性 的影响，过强的比例调节作用，又会引起火电机组功率振荡，不利于CCS系统的稳定，甚至 还会引发电网的低频振荡，危害性更大。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对CCS系统不稳定且难以消除火电机组负荷偏差导致火电机组 不稳定的问题，提供一种有效消除火电机组负荷偏差的同时提高CCS系统稳定运行的火电 机组的汽轮机调门开度控制方法及系统。
[0006] -种火电机组的汽轮机调门开度控制方法，包括以下步骤：
[0007] 获取火电机组负荷值、火电机组负荷设定值、机前压力、机前压力设定值以及一次 调频指令；
[0008] 根据所述火电机组负荷值、所述火电机组负荷设定值、所述机前压力、所述机前压 力设定值以及所述一次调频指令，计算汽轮机主控调节指令的前馈分量、汽轮机主控调节 指令的积分运算分量、汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及汽轮机主控调节指令的机 前压力偏差运算分量；
[0009] 根据所述汽轮机主控调节指令的前馈分量、所述汽轮机主控调节指令的积分运算 分量、所述汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及所述汽轮机主控调节指令的机前压力 偏差运算分量，获取汽轮机主控调节指令；
[0010] 根据所述汽轮机主控调节指令，调节汽轮机调门开度。
[0011] 本发明还提供一种火电机组的汽轮机调门开度控制系统，包括：
[0012] 获取模块，用于获取火电机组负荷值、火电机组负荷设定值、机前压力、机前压力 设定值以及一次调频指令；
[0013] 第一计算模块，用于根据所述火电机组负荷值、所述火电机组负荷设定值、所述机 前压力、所述机前压力设定值以及所述一次调频指令，计算汽轮机主控调节指令的前馈分 量、汽轮机主控调节指令的积分运算分量、汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及汽轮 机主控调节指令的机前压力偏差运算分量；
[0014] 第二计算模块，用于根据所述汽轮机主控调节指令的前馈分量、所述汽轮机主控 调节指令的积分运算分量、所述汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及所述汽轮机主控 调节指令的机前压力偏差运算分量，获取汽轮机主控调节指令；
[0015] 调节模块，用于根据所述汽轮机主控调节指令，调节汽轮机调门开度。
[0016] 上述火电机组的汽轮机调门开度控制方法及系统，根据火电机组负荷值、机前压 力、一次调频指令、火电机组负荷设定值以及机前压力设定值，获取四个控制汽轮机主控调 节指令的汽轮机主控调节指令的前馈分量、汽轮机主控调节指令的积分运算分量、汽轮机 主控调节指令的比例运算分量以及汽轮机主控调节指令的机前压力偏差运算分量，从而实 现对汽轮机调门开度的控制，根据获得的汽轮机主控调节指令的前馈分量对汽轮机的控 制，能有效减少火电机组负荷偏差，根据获得的汽轮机主控调节指令的积分运算分量对汽 轮机的控制，能有效控制积分调节，实现CCS系统的稳定，根据获得的汽轮机主控调节指令 的比例运算分量对汽轮机的控制，能有效对比例调节进行限幅，防止过大的偏差引起系统 不稳定，同时，能减少稳态下的火电机组负荷偏差，根据获得的汽轮机主控调节指令的机前 压力偏差运算分量对汽轮机的控制，有利于机前压力的稳定，减少锅炉的扰动。通过上述四 种分量获得汽轮机主控调节指令对汽轮机调门开度进行控制，克服了传统的PID调节器过 强的积分作用和过强的比例作用对CCS系统造成的不稳定影响，且能有效地减少火电机组 负荷偏差，确保火电机组的稳定性。
【附图说明】
[0017] 图1为一种实施方式的火电机组的汽轮机调门开度控制方法的流程图；
[0018] 图2为另一种实施方式的火电机组的汽轮机调门开度控制方法的子流程图；
[0019] 图3为火电机组的汽轮机调门开度控制框图；
[0020] 图4为一种实施方式的火电机组的汽轮机调门开度控制系统的模块图；
[0021] 图5为另一种实施方式的火电机组的汽轮机调门开度控制系统的子模块图。
【具体实施方式】
[0022] 火电机组是利用煤、石油以及天然气等作为燃料生产电能，基本生产过程是首先 燃料在锅炉中燃烧加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽通过管道引到汽轮 机，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，并从汽轮机中间合适的压力部分抽出一 些蒸汽向周围供热用户提供热源，然后汽轮机带动发电机旋转，发电机被驱动后就可以发 出电力了，将机械能转变成电能，当发电机并网时，将产生的电能输出至电网。在锅炉-汽 轮机系统中，包括多个控制系统，例如，单元机组协调控制系统（CCS)以及分散控制系统 DCS (Distributed Control System)〇
[0023] 请参阅图1，提供一种实施方式的火电机组的汽轮机调门开度控制方法，包括如下 步骤：
[0024] S100:获取火电机组负荷值、火电机组负荷设定值、机前压力、机前压力设定值以 及一次调频指令。
[0025] 在锅炉-汽轮机系统中，实时获取火电机组负荷值、机前压力、一次调频指令、火 电机组负荷设定值以及机前压力设定值，一般情况下，实时采集周期为100毫秒，通过从锅 炉-汽轮机系统的DCS系统中实时采集，为后续获取汽轮机主控调节指令提供依据，火电机 组负荷值表示火电机组输出功率值，机前压力表示汽轮机入口处的压力，一次调频表示根 据电网频率的变化，自发的进行调整火电机组负荷值以恢复电网频率。火电机组负荷设定 值是由CCS系统根据中调的负荷需求设置的，即是限速后的实际负荷指令，机前压力设定 值是根据滑压曲线以及负荷指令得到的，其中，滑压曲线为机前压力与负荷指令之间的关 系曲线。
[0026] S200:根据火电机组负荷值、火电机组负荷设定值、机前压力、机前压力设定值以 及一次调频指令，计算汽轮机主控调节指令的前馈分量、汽轮机主控调节指令的积分运算 分量、汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及汽轮机主控调节指令的机前压力偏差运算 分量。
[0027] 获取火电机组负荷值、机前压力、一次调频指令、火电机组负荷设定值以及机前压 力设定值后，可根据火电机组负荷值、机前压力、一次调频指令、火电机组负荷设定值以及 机前压力设定值，计算获得决定汽轮机主控调节指令值大小的汽轮机主控调节指令的前馈 分量、汽轮机主控调节指令的积分运算分量、汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及汽 轮机主控调节指令的机前压力偏差运算分量，为后续计算汽轮机主控调节指令提供数据依 据。
[0028] S300:根据汽轮机主控调节指令的前馈分量、汽轮机主控调节指令的积分运算分 量、汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及汽轮机主控调节指令的机前压力偏差运算分 量，获取汽轮机主控调节指令。
[0029] 获取得到汽轮机主控调节指令的前馈分量、汽轮机主控调节指令的积分运算分 量、汽轮机主控调节指令的比例运算分量以及汽轮机主控调节指令的机前压力偏差运算分 量后，根据这些分量计算获得汽轮机主控调节指令。
[0030] S400 :根据汽轮机主控调节指令，调节汽轮机调门开度。
[0031] 为使锅炉-汽轮机系统稳定运行的控制过程中，一方面可通过控制锅炉的给煤 率，另一方面可通过控制汽轮机调门开度，汽轮机调门是控制汽轮机转速和输出功率的阀 门，改变进入汽轮机