专利名称：一种超临界直流炉的仿真模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真模拟器，特别是关于一种超临界直流炉的仿真模拟器。
背景技术：
随着我国电力事业的不断发展，对电力的需求也越来越大，为了节约能源提高 火电厂的能源利用率，单元火力发电机组的发电容量也有了很大的提高，当前单元
火力发电机组已由原来的300MW亚临界汽包炉向600MW超临界直流炉、1000MW超超 临界直流炉转变。由于超临界直流炉的运行参数比较高，这就对电厂的自动控制也 提出了更高的要求。在我国对直流炉的研究还是一个新的领域，对它的控制特性还 不是很了解，这就要求对直流炉的动态特性进行研究，建立适当且实用的数学模型， 以便提供更加准确与实用的仿真平台，对超临界直流炉的控制策略进行有效的研 究，进而开发出新型控制方法，提高其整体控制水准。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种针对超临界直流炉的仿真模拟器，该 仿真模拟器能够很好的模拟出超临界直流炉的主要运行参数。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种超临界直流炉的仿真模拟器， 其特征在于它包括分离器出口压力仿真、机前压力仿真、 一级压力和机组负荷仿 真和分离器出口焓值仿真四个部分；所述分离器出口压力仿真部分包括一组函数发 生器(1 4)，函数发生器(1)的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连 接一除法器(a)的被除数输入端；所述除法器(a)的除数输入端为主给水流量， 它的输出端连接函数发生器2的输入端；所述函数发生器(2)的输出端连接一乘
法器(a)的一个输入端；所述乘法器(a)的另一个输入端为主给水流量，它的输
出端连接函数发生器(3)的输入端；所述函数发生器(3)的输出端经过四阶惯性
环节后连接一减法器(a)的+输入端；所述减法器(a)的-输入端连接函数发生器 (4)的输出端，它的输出端连接一积分器(a)的输入端；所述积分器(a)的输 出端连接一减法器(b)的+输入端；所述减法器(b)的-输入端连接一积分器(b)
的输出端，它的输出端连接所述函数发生器(4)的输入端；所述机前压力仿真部
分包括一函数发生器(5),所述函数发生器(5)的输入端为主蒸汽温度，它的输 出端连接一乘法器(b)的一个输入端；所述乘法器(b)的另一个输入端连接一加
法器(a)的输出端，它的输出端连接一减法器(c)的+输入端；所述减法器(c)
的-输入端连接一乘法器(C)的输出端，它的输出端连接所述积分器(b)的输入
端；所述加法器(a)的一个输入端为减温水流量，它的另一个输入端连接所述函 数发生器(4)的输出端；所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器
(6 9)，函数发生器(6)的输入端连接所述积分器(b)的输出端；所述函数发 生器(6)的输出端连接所述乘法器(c)的一个输入端；函数发生器(7)的输入 端为汽机调门开度，它的输出端连接所述乘法器(C)的另一个输入端；所述乘法 器(c)的输出端连接函数发生器(8)的输入端；所述函数发生器(8)的输出端 经一阶惯性环节后连接函数发生器(9)，所述函数发生器(9)的输出端连接一阶 惯性环节；所述分离器出口焓值仿真部分包括一组函数发生器(11 12)，函数发 生器(11)的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器(b)的 被除数输入端；主给水流量经一阶惯性环节后连接所述除法器(b)的除数输入端， 所述除法器(b)的输出端连接一加法器(c)的一个输入端；函数发生器(12)的 输入端为分离器出口压力，它的输出端连接所述加法器(c)的另一个输入端，所 述加法器(c)的输出端为分离器出口烚值。
所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器(6 10)，函数发生器
(6)、 (7)、 (10)的输入端均连接所述积分器(b)的输出端；所述函数发生器(6) 的输出端连接一加法器(b)的输入端；函数发生器(7)的输出端连接所述乘法器
(C)的一个输入端；所述乘法器(C)的另一个输入端为汽机调门开度，它的输出 端连接所述加法器(b)的输入端；所述函数发生器(10)的输出端连接一乘法器
(d)的一个输入端；所述乘法器(d)的另一个输入端连接一乘法器(e)的输出 端，它的输出端连接所述加法器(b)的输入端；所述乘法器(e)的输入端为汽机 调门开度；所述加法器(b)的输出端连接函数发生器(8)的输入端；所述函数发 生器(8)的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器(9)，所述函数发生器(9) 的输出端连接一阶惯性环节；所述机前压力仿真部分中的减法器(c)的-输入端连 接所述加法器(b)的输出端。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明是以单元机组的 机理为基础，并结合经验建模的方法建立起来的火力发电厂单元机组直流炉的数学 模型，因此在保证合理性的同时，在实际应用中也能够很好的实现。2、在本发明 中各个参数的设置是相对独立的，因此在参数的配置上具有很灵活的处理方式。3、 由于本发明是在电厂集散控制系统中的具体实现，因此可以很好的在电厂中得到验 证和应用。本发明经现场使用证明能够很好的在线跟踪机组的实际运行参数，因此 可以帮助分析超临界直流炉的控制特性，从而提出更合理的控制方案。
图1是本发明的完整模型逻辑图
图2是本发明的简化模型逻辑图 图3是本发明经实践得出的负荷变动曲线图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明是以火力发电厂单元机组的机理为基础，并结合经验建模 的方法建立起来的火力发电厂单元机组超临界直流炉的数学模型，该数学模型包括 分离器出口压力仿真部分A、机前压力仿真部分B、 一级压力及机组负荷仿真部分C 和分离器出口焓值仿真部分D。
分离器出口压力仿真部分A包括一组函数发生器1 4，函数发生器1的输入端 为煤量『，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器a的被除数输入端。除法器 a的除数输入端为主给水流量。，它的输出端连接函数发生器2的输入端。函数发 生器2的输出端连接一乘法器a的一个输入端。乘法器a的另一个输入端为主给水 流量"它的输出端连接函数发生器3的输入端。函数发生器3的输出端经过四阶 惯性环节后连接一减法器a的+输入端。减法器a的-输入端连接函数发生器4的输 出端，它的输出端连接一积分器a的输入端。积分器a的输出端连接一减法器b的 +输入端。减法器b的-输入端连接一积分器b的输出端，它的输出端连接函数发生 器4的输入端。函数发生器4的输出端连接一加法器a。
函数发生器1的输入变量为煤量『，它的输出为煤量『对应的给水流量^，函 数发生器1的输出经三阶惯性环节后除以主给水流量2。函数发生器1的作用是当 给水流量^和主给水流量2不匹配时，煤量『对主给水流量g的影响修正。函数发 生器2作用是当进入锅炉的煤量『和主给水流量0的匹配程度在一定范围内时，煤 量『不对主给水流量g进行修正，当超出一定的范围时，煤量『才对主给水流量g 进行修正。
函数发生器3的输入变量为经过函数发生器1修正后的进入省煤器的主给水流 量2，它的输出为中间参考变量一主蒸汽流量K函数发生器3的功能就是把进入 锅炉的主给水流量2和煤量『折算成相对应的进入锅炉的主蒸汽流量K再和下面 的四阶惯性环节模拟燃料进入锅炉燃烧，并对主给水流量Q加温加压后到锅炉的分 离器入口这一段锅炉的燃烧特性。
函数发生器4的输入变量为分离器出口压力P6与机前压力S的差值，此差值由 分离器出口压力/>A与机前压力A输入减法器b计算得出，它的输出为该差值压降相对应的主蒸汽流量h。函数发生器4的功能是模拟从分离器出口到汽轮机入口之间 锅炉的过热器加热段这一区间的压力一流量特性，通过分离器出口压力&和机前压 力尸,的差值计算出从分离器出口到汽轮机入口之间锅炉的过热器加热段中主蒸汽 流量^，主蒸汽流量^与进入锅炉分离器的主蒸汽流量K的差值经积分器a计算出 分离器出口压力A。
机前压力仿真部分B包括一函数发生器5，函数发生器5的输入端为主蒸汽温 度7，它的输出端连接一乘法器b的一个输入端。乘法器b的另一个输入端连接一 加法器a的输出端，它的输出端连接一减法器c的+输入端。减法器c的-输入端连 接一乘法器c的输出端，它的输出端连接一积分器b的输入端。积分器b的输出端 连接减法器b的-输入端。加法器a的一个输入端为减温水流量Z，它的另一个输入 端连接函数发生器4的输出端。函数发生器5的作用当温度高蒸汽所含有的能量大 时，函数发生器5的输出大于1，反之则小于1，它体现了主蒸汽温度7对蒸汽品 质的影响。
一级压力及机组负荷仿真部分C包括一组函数发生器6 10，函数发生器6、 7、 10的输入端均连接积分器b的输出端。函数发生器6的输出端连接一加法器b的输 入端，函数发生器7的输出端连接一乘法器c的一个输入端。乘法器c的另一个输 入端为汽机调门开度A;它的输出端连接加法器b的输入端。函数发生器10的输出 端连接一乘法器d的一个输入端。乘法器d的另一个输入端连接一乘法器e的输出 端，它的输出端连接加法器b的输入端。乘法器e的输入端为汽机调门开度A;加 法器b的输出端连接减法器c的-输入端和函数发生器8的输入端。函数发生器8 的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器9，函数发生器9的输出端连接一阶惯 性环节。
函数发生器6、 7、 10的输入变量为机前压力^，它们的输出和汽机调门开度《 通过双线性拟合的方法，计算出蒸汽做功后的主蒸汽流量h 。
函数发生器8的输入变量为经过汽机调门后蒸汽做功的主蒸汽流量h ，它的输 出经一阶惯性环节后为一级压力S。函数发生器9的入口变量为一级压力a，它的 输出经一阶惯性环节后为机组负荷ws 。
分离器出口焓值仿真部分D包括一组函数发生器11 12，函数发生器11的输 入端为煤量r，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器b的被除数输入端。主 给水流量C经一阶惯性环节后连接除法器b的除数输入端，除法器b的输出端连接 一加法器c的一个输入端。函数发生器12的输入端为分离器出口压力A，它的输 出端连接加法器c的另一个输入端，加法器c的输出端为分离器出口焓值凡
上述实施例中， 一级压力及机组负荷仿真部分C中的函数发生器6、 7、 10的 输入变量为机前压力^，它们的输出和汽机调门开度《通过双线性拟合的方法，计 算出蒸汽做功后的主蒸汽流量h。但当超临界直流炉在正常合理工况下运行时，一 般按照一定的滑压曲线进行升降负荷，即可满足生产的需要，因此在这里可以采用 更简单的方法对蒸汽做功后的主蒸汽流量h进行计算，即可以对一级压力及机组负 荷仿真部分C进行简化处理。
如图2所示，当采用简化的数学模型时，函数发生器6的输入端连接积分器b 的输出端，它的输出端连接乘法器c的一个输入端。函数发生器7的输入端为汽机 调门开度《，它的输出端连接乘法器c的另一个输入端。乘法器c的输出端直接连 接函数发生器8的输入端，并且机组机前压力仿真部分B中减法器c的-输入端连 接乘法器c的输出端。此时函数发生器6的输入变量为机前压力A，它的输出为该 机前压力^下对应的主蒸汽流量。函数发生器6的功能是模拟主蒸汽进入汽轮机到 汽轮机调速汽门这一段汽轮机做功主蒸汽流量的变化特性。函数发生器7的入口变 量为汽机调门开度《，它的输出为有效汽机调门开度。函数发生器7的功能是模拟 汽机调门开度《对主蒸汽流量的影响，它的输出和函数发生器6的输出经乘法器c 乘积得到蒸汽做功后的主蒸汽流量。函数发生器4的输出与减温水流量Z之和为进 入过热器的蒸汽流量，该蒸汽流量经函数发生器5修正后和主蒸汽流量的差值经积 分器b计算出汽机的机前压力丹。
如图l、图2所示，在DCS (分散控制系统)中对上述数学模型进行逻辑组态， 然后按如下步骤对上述数学模型中的各个运行参数(主要是函数发生器1 12)进 行配置
1) 在DCS中查找实际运行机组稳定运行时，不同负荷下各个运行参数之间的 对应关系，运行参数包括主给水流量。、减温水流量Z、主蒸汽温度r、煤量r、
汽机调门开度汇分离器出口压力^、机前压力P,、 一级压力i^、机组负荷Wfi和主 蒸汽流量。
2) 通过步骤1)中实际运行机组的运行参数的概率统计对上述数学模型中各个 参数进行静态配置，使得上述数学模型在各个负荷段下的静态输出参数能够很好的 体现实际运行机组运行参数的特性。
3) 根据经验值给出上述数学模型中惯性环节的惯性时间和积分器的积分时间。
4) 在机组运行中把上述数学模型计算出来的参数(包括分离器出口压力尸6、 机前压力S、 一级压力Pp机组负荷#￡和分离器出口焓值^)与实际运行机组的参 数进行比较分析如果上述数学模型各个参数最终的数值与实际运行机组的运行参
数是一样的，只是和实际运行机组的运行参数有个时间差，则改变相应惯性环节的 惯性时间和积分器的积分时间；如果上述数学模型各个参数最终的数值与实际运行 机组的运行参数不一样,则需要修改相应的函数发生器，直到上述数学模型能够很 好的与实际运行机组相匹配。
如图3所示，是采用本发明在电厂调试过程中得到的负荷变动曲线图。经过现 场调试， 一台超临界直流炉负荷从425MW升到500MW，从图中分离器出口焓值从 机前压力^、分离器出口压力A和一级压力A的曲线可以看出，在这一过程中本发 明都能够很好的跟踪锅炉的实际参数，很好的完成了数值模拟的任务。
尽管为说明目的公开了本发明的较佳实施例和附图，其目的在于帮助理解本发 明的内容并据以实施，但是熟悉本领域技术的人员，在不脱离本发明及所附的权利 要求的精神和范围内，可作各种替换、变化和润饰。因此，本发明不应局限于最佳 实施例和附图所公开的内容，本发明的保护范围以所附的权利要求书所界定的范围 为准。
权利要求
1、一种超临界直流炉的仿真模拟器，其特征在于它包括分离器出口压力仿真、机前压力仿真、一级压力和机组负荷仿真和分离器出口焓值仿真四个部分；所述分离器出口压力仿真部分包括一组函数发生器(1～4)，函数发生器(1)的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器(a)的被除数输入端；所述除法器(a)的除数输入端为主给水流量，它的输出端连接函数发生器2的输入端；所述函数发生器(2)的输出端连接一乘法器(a)的一个输入端；所述乘法器(a)的另一个输入端为主给水流量，它的输出端连接函数发生器(3)的输入端；所述函数发生器(3)的输出端经过四阶惯性环节后连接一减法器(a)的+输入端；所述减法器(a)的-输入端连接函数发生器(4)的输出端，它的输出端连接一积分器(a)的输入端；所述积分器(a)的输出端连接一减法器(b)的+输入端；所述减法器(b)的-输入端连接一积分器(b)的输出端，它的输出端连接所述函数发生器(4)的输入端；所述机前压力仿真部分包括一函数发生器(5)，所述函数发生器(5)的输入端为主蒸汽温度，它的输出端连接一乘法器(b)的一个输入端；所述乘法器(b)的另一个输入端连接一加法器(a)的输出端，它的输出端连接一减法器(c)的+输入端；所述减法器(c)的-输入端连接一乘法器(c)的输出端，它的输出端连接所述积分器(b)的输入端；所述加法器(a)的一个输入端为减温水流量，它的另一个输入端连接所述函数发生器(4)的输出端；所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器(6～9)，函数发生器(6)的输入端连接所述积分器(b)的输出端；所述函数发生器(6)的输出端连接所述乘法器(c)的一个输入端；函数发生器(7)的输入端为汽机调门开度，它的输出端连接所述乘法器(c)的另一个输入端；所述乘法器(c)的输出端连接函数发生器(8)的输入端；所述函数发生器(8)的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器(9)，所述函数发生器(9)的输出端连接一阶惯性环节；所述分离器出口焓值仿真部分包括一组函数发生器(11～12)，函数发生器(11)的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器(b)的被除数输入端；主给水流量经一阶惯性环节后连接所述除法器(b)的除数输入端，所述除法器(b)的输出端连接一加法器(c)的一个输入端；函数发生器(12)的输入端为分离器出口压力，它的输出端连接所述加法器(c)的另一个输入端，所述加法器(c)的输出端为分离器出口焓值。
2、 一种如权利要求1所述的一种超临界直流炉的仿真模拟器，其特征在于所述 一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器(6 10)，函数发生器(6)、 (7)、(10)的输入端均连接所述积分器(b)的输出端；所述函数发生器(6)的输出端连接一加法器(b)的输入端；函数发生器(7)的输出端连接所述乘法器(c)的 一个输入端；所述乘法器(c)的另一个输入端为汽机调门开度，它的输出端连接 所述加法器(b)的输入端；所述函数发生器(10)的输出端连接一乘法器(d)的 一个输入端；所述乘法器(d)的另一个输入端连接一乘法器(e)的输出端，它的 输出端连接所述加法器(b)的输入端；所述乘法器(e)的输入端为汽机调门开度;所述加法器(b)的输出端连接函数发生器(8)的输入端；所述函数发生器(8) 的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器(9)，所述函数发生器(9)的输出端 连接一阶惯性环节；所述机前压力仿真部分中的减法器(c)的-输入端连接所述加 法器(b)的输出端。
全文摘要
本发明涉及一种超临界直流炉的仿真模拟器，它是以火力发电厂单元机组的机理为基础，并结合经验建模的方法建立起来的火力发电厂单元机组超临界直流炉的数学模型，其特征在于它包括分离器出口压力仿真、机前压力仿真、一级压力及机组负荷仿真和分离器出口焓值仿真四个部分，并在DCS控制系统对该数学模型进行逻辑组态，然后根据实际运行机组运行参数的概率统计对该数学模型中各个参数进行静态配置和动态配置，使得该数学模型的输出参数能够很好的和实际运行机组的参数相匹配。本发明经现场使用证明能够很好的在线跟踪机组的实际运行参数，因此可以帮助分析超临界直流炉的控制特性，从而提出更合理的控制方案。
文档编号G05B17/02GK101339411SQ200810118650
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者健 冯, 周传心, 丹 李, 韩忠旭 申请人:中国电力科学研究院;北京国电智深控制技术有限公司