一种火电机组滑压优化调节系统及调节方法
【专利摘要】一种火电机组滑压优化调节系统及调节方法，该系统包括PLC控制单元，和PLC控制单元通过双向接口连接的分散控制系统，与分散控制系统连接的多个汽轮机高压调节阀以及变频凝结水泵和除氧器水位调节阀；PLC控制单元通过分散控制系统实现对系统参数和信号的读取，并实现对主蒸汽压力、变频凝结水泵和除氧器水位调节阀的控制；本发明不仅避免耗时费力的机组运行优化试验和计算，又能实时根据环境变化动态优化主蒸汽压力设定目标，通过凝结水系统的蓄能协调作用来解决主蒸汽压力优化与负荷调节能力之间的矛盾，在满足电网要求的前提下，实时动态实现发电机组运行经济性的最大化。
【专利说明】—种火电机组滑压优化调节系统及调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及火力发电机组控制【技术领域】，具体涉及一种火电机组滑压优化调节系统及调节方法。
【背景技术】
[0002]我国火电机组的实际运行能耗普遍远低于机组的设计能耗，一方面长时间在部分负荷条件下运行，使机组运行工况严重偏离设计的最经济工况；另一方面我国较高的用电负荷峰谷比，使电网要求绝大多数机组参与负荷的调节，保留快速升降负荷的能力，进一步牺牲了机组的运行经济性。
[0003]典型的机组调节运行方式根据主蒸汽压力的运行目标可分为定压运行和滑压运行两种，根据调门的动作方式可分为单阀调节和顺序阀调节。由于定压运行和(或)单阀运行在绝大多数部分负荷工况存在较大经济性损失，或缺乏快速升负荷能力，因此在实际机组的正常运行过程中很少采用。对于绝大多数配置有4个以上调节阀的发电机组较多采用定压-滑压-定压的滑压运行曲线配合以顺序阀运行(喷嘴调节)方式。其主蒸汽压力的控制目标根据预先设定的滑压运行曲线确定，在约50%至95%的最常见运行工况采用变主蒸汽压力运行的方式；同时，机组的负荷调节目标则根据预先设定的阀门开启顺序，动态调节各调门的开度，需要升负荷时，依次开启多个调节阀，需要降低负荷时，依次关闭多个调节阀。各调门的开关曲线一般是非线性的，且存在一定的重叠度，以抵消阀门固有的开度和流量非线性。这种运行方式(以下简称顺序阀滑压运行)下，控制目标明确，实现简单可靠，负荷的调节连续性较好，可以很好地在保障电网要求的一次调频和AGC升降负荷性能的条件下，具备较好的经济性。
[0004]有关顺序阀滑压运行优化的文献和实践非常多，因为控制系统中设定的滑压运行曲线对机组的运行经济性和动态负荷调节能力具有重要的影响，是相关运行优化的核心，因此有关优化研究或改造都必然通过理论分析或试验的手段，试图确定最优的一条滑压运行曲线用以取代原有控制系统中设定的滑压运行曲线。这种用优化的滑压曲线替换原有滑压控制曲线的优化方法有以下问题:
[0005]1.优化曲线的确定依赖对整个电站运行经济性的高精度计算和实验，需要较多的人力和设备资源，实施代价较高。
[0006]2.最优的滑压运行曲线的计算结果往往倾向于在较低负荷采用较低的主蒸汽压力，而这样势必在较大程度上降低了机组在较低负荷工况条件下的蓄能水平，从而造成机组的一次调频和AGC负荷调节能力大幅下降。为了满足发电机组并网发电的要求，必须保证一次调频和AGC的调节能力，因此，实际机组最终设定的滑压运行曲线往往将理论计算的最优滑压曲线进行一定的上浮，提高机组的实际运行主蒸汽压力，使有关优化结果大打折扣。
[0007]3.理论上的最优滑压运行曲线并不唯一，随环境压力、循环水温度、机组背压等参数的变化而变化，按照额定参数来计算得到的标准滑压曲线在实际运行过程中往往偏离理论最优点，尤其对于四季和昼夜环境变化较大的北方内陆地区，偏差更大。基于环境和工况参数变化的相关修正往往只是定性的，难以获得具有工程精度的定量修正。
[0008]综上所述，首先，获得理论最优的滑压曲线比较困难，且为满足电网对机组的要求，最优计算曲线无法直接实施；其次，实际最优滑压曲线是随环境和工况参数变化的，无法实时准确修正，基于传统技术路线的曲线优化方式控制偏差大，节能效果不足；第三该方法与机组多个控制子系统相关性明显，当机组进行相关系统的优化、调整和改造后，原有优化曲线即失效，其优化过程需频繁进行。
【发明内容】
[0009]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种火电机组滑压优化调节系统及调节方法，不仅避免耗时费力的机组运行优化试验和计算，又能实时根据环境变化动态优化主蒸汽压力设定目标，通过凝结水系统的蓄能的协调作用来解决主蒸汽压力优化与负荷调节能力之间的矛盾，在满足电网要求的前提下，实时动态实现发电机组运行经济性的最大化。此外，该系统的控制作用与汽轮机的顺序阀调节阀序、一次调频和AGC响应基本回路无明显耦合关系，互不影响，可方便的进行无扰投切。
[0010]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0011]一种火电机组滑压优化调节系统，包括PLC控制单元8，和PLC控制单元8通过双向接口 9相连接的分散控制系统7，与分散控制系统7相连接的多个汽轮机高压调节阀I以及变频凝结水泵5和除氧器水位调节阀6 ；PLC控制单元8通过分散控制系统7实现对系统参数和信号的读取，并实现对主蒸汽压力、变频凝结水泵5和除氧器水位调节阀6的控制；
[0012]所述PLC控制单元8包括用于输出主蒸汽压力给定指令的第一控制器8-1以及输出凝结水泵转速给定和除氧器水位调节阀开度指令的第二控制器8-2，第二控制器8-2在火电机组负荷满足负荷给定要求时，根据除氧器和凝汽器水位状态，修正主蒸汽压力给定目标，以保障机组的持续升降负荷备用能力；还包括机组负荷调节能力指标的估计模块8-3，估计模块8-3根据估计指标状态与电网要求指标状态的偏差对优化控制目标进行修正。
[0013]上述所述火电机组滑压优化调节系统的调节方法，当火电机组实际主蒸汽压力因工况变化偏离最优主蒸汽压力时，将直接导致火电机组的汽轮机高压调节阀I的开度状态偏离最优经济性对应的阀门开度状态，如当前总的阀门开度状态小于最优阀门开度状态，第一控制器8-1输出降低主蒸汽压力给定指令，并根据开度偏离的程度，确定并输出调整主蒸汽压力给定的幅度，使火电机组尽可能运行于最优阀门开度状态；实现节能运行；当电网频率偏差超出死区或/和电网AGC指令出现变化，使火电机组的实际负荷低于负荷给定时，第二控制器8-2输出降低凝结水泵转速给定指令，并根据负荷偏差的程度，确定并输出凝结水泵的转速降幅以及是否配合以关小除氧器水位调节阀6，减小凝结水流量，降低从低压加热器11带走的热量，使更多的抽汽回到汽轮机2做功，提高火电机组的输出功率；反之，当火电机组的实际负荷高于负荷给定时，第二控制器8-2则输出提高凝结水泵转速给定指令，降低机组功率，这样配合火电机组原有一次调频回路和AGC响应回路，提高火电机组升降负荷能力，满足电网考核指标。
[0014]所述最优经济性对应的阀门开度状态是指:对于只有两个汽轮机高压调节阀I的火电机组，其最优阀门开度状态为两个调节阀全开时；对于拥有四个汽轮机高压调节阀I的火电机组，其最优阀门开度状态位于三个调节阀接近全开，第四个调节阀未开启时；对于拥有六个汽轮机高压调节阀I的火电机组，其最优阀门开度状态为四个汽轮机高压调节阀I接近全开，而最后两个调节阀未开启时。
[0015]本发明与相关现有技术或系统的核心区别主要有以下几个方面:
[0016]1.现有滑压优化技术基本都基于滑压优化试验确定滑压优化曲线并固化于控制系统模块内部，其缺陷是当运行工况与试验工况发生变化，或其它电站子系统(如阀门开启顺序等)发生偏移或调整后，结果偏差变大甚至失效。有系统进行基于该固化曲线的环境参数的修正，其难度极大，不具备与试验结果相当的修正精度。本发明基于调节阀开启状态动态生成机组运行的主蒸汽压力给定，不仅可对环境参数的变化进行修正，还可适应工业抽汽、供热负荷或机组辅机异常投退等工况变化，具有更广泛的适应性。
[0017]2.基于可编程控制器(PLC)的外置控制系统在火电机组的各种复杂控制中应用广泛，但其作为一种通用控制系统平台的部件来说，与其连接的执行机构、控制流程和方法、控制目标、传感器等组成，决定了整个控制系统的功能、性能、技术水平的本质差异。本发明系统主要以机组各调节阀开度作为主要的直接控制目标，以主蒸汽压力给定、凝结水泵转速、除氧器水位调节阀为主要控制对象，其功能是保障机组在满足电网对机组一次调频和AGC响应指标要求的前提下，优化机组的滑压运行压力，实现降低节流损失，实现提高部分负荷经济性的目标。本发明系统的直接控制目标、控制对象和功能都与现有技术或系统存在本质的差别。
[0018]3.现有用于火电机组节能目的的基于凝结水变频或凝结水节流控制系统主要用于节流运行机组(只有两个或两个以下调节阀而不具备顺序阀运行能力或因其它原因无法投入顺序阀运行的机组)，仅取代或补充机组的一次调频控制，从而降低或消除机组的节流损失。本发明不仅适用于上述节流运行机组，对常规的顺序阀运行机组(具有四个或四个以上调节阀)同样具有明显的节能效果；本发明对凝结水系统设备的控制不仅响应机组的一次调频，而且主要响应机组的AGC控制，后者的控制更加频繁、持续时间长、难度大；本发明核心控制目标是优化机组的滑压运行参数，而凝结水系统相关设备的控制在此主要用于解决低负荷条件下滑压运行优化与电网要求的本质矛盾，是本发明系统的必要补充，而现有凝结水变频或节流控制系统主要用于机组响应一次调频的负荷调整，并不参数滑压参数的优化，滑压参数的优化与调整是独立进行的，二者不存在动态的交互。
[0019]4.现有滑压优化技术基本都基于滑压优化试验结果的离线分析与计算，本发明可无需优化试验的参考，以机组多个调节阀开度作为动态优化目标的主要参照，实现成本低、工况适应性广泛、对其它相关系统的改造或调整不敏感、有效寿命长。
[0020]5.除节能收益外，本发明系统通过凝结水系统的优化控制还可以改善原有AGC调节能力不足机组的AGC考核情况，解决运行节能与电网指标考核的矛盾。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明一种火电机组滑压优化调节系统的组成结构图。
[0022]图2是本发明一种火电机组滑压优化调节系统中核心PLC控制单元的控制原理图。【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作更详细的说明。
[0024]如图1所示，来自锅炉的主蒸汽经过多个汽轮机高压调节阀I进入汽轮机2做功并驱动发电机3生成电能。完成做功的蒸汽离开汽轮机2，进入凝汽器4冷凝成液态的凝结水，由变频凝结水泵5经过多个低压加热器11和除氧器水位调节阀6送入除氧器10。其中一部分蒸汽从汽轮机2中被抽出，在低压加热器11中加热凝结水，实现回热作用。本发明火电机组滑压优化调节系统包括PLC控制单元8，和PLC控制单元8通过双向接口 9相连接的分散控制系统7，与分散控制系统7相连接的多个汽轮机高压调节阀I以及变频凝结水泵5和除氧器水位调节阀6 ；PLC控制单元8通过分散控制系统7实现对系统参数和信号的读取，并实现对汽轮机高压调节阀1、变频凝结水泵5和除氧器水位调节阀6的控制。
[0025]如图2所示，为本发明一种火电机组滑压优化调节系统中PLC控制单元的控制原理图。所述PLC控制单元包括用于输出主蒸汽压力给定指令的第一控制器和输出凝结水泵转速给定和除氧器水位调节阀开度指令的第二控制器。第一控制器根据实际汽轮机高压调节阀的开度与最优开启状态的偏差，生成的主蒸汽压力给定信号还需根据情况的需要进行修正，一方面，如系统根据热平衡和变工况计算得出的机组升降负荷能力不满足电网要求，则需在一定程度上提高机组的主蒸汽压力给定，以提高锅炉的蓄能能力；另一方面，凝结水泵转速或除氧器水位调节阀的动态调节会直接影响除氧器和凝汽器的水位，从而限制了进一步的调节空间和潜力，因此当机组的负荷完成动态的调节，满足电网或操作人员对机组负荷的升降操作后，第二控制器还会输出主蒸汽压力给定微量修正信号，使除氧器和凝汽器水位得以缓慢恢复到最佳状态，以保障机组的持续负荷调节性能。
【权利要求】
1.一种火电机组滑压优化调节系统，其特征在于:包括PLC控制单元(8)，和PLC控制单元(8)通过双向接口(9)相连接的分散控制系统(7)，与分散控制系统(7)相连接的多个汽轮机高压调节阀(I)以及变频凝结水泵(5)和除氧器水位调节阀(6) ;PLC控制单元(8)通过分散控制系统(7)实现对系统参数和信号的读取，并实现对主蒸汽压力、变频凝结水泵(5)和除氧器水位调节阀(6)的控制； 所述PLC控制单元(8)包括用于输出主蒸汽压力给定指令的第一控制器(8-1)以及输出凝结水泵转速给定和除氧器水位调节阀开度指令的第二控制器(8-2)，第二控制器(8-2)在火电机组负荷满足负荷给定要求时，根据除氧器和凝汽器水位状态，修正主蒸汽压力给定目标，以保障机组的持续升降负荷备用能力；还包括机组负荷调节能力指标的估计模块(8-3)，估计模块(8-3)根据估计指标状态与电网要求指标状态的偏差对优化控制目标进行修正。
2.权利要求1所述火电机组滑压优化调节系统的调节方法，其特征在于:当火电机组实际主蒸汽压力因工况变化偏离最优主蒸汽压力时，将直接导致火电机组的汽轮机高压调节阀(I)的开度状态偏离最优经济性对应的阀门开度状态，如当前总的阀门开度状态小于最优阀门开度状态，第一控制器(8-1)输出降低主蒸汽压力给定指令，并根据开度偏离的程度，确定并输出调整主蒸汽压力给定的幅度，使火电机组尽可能运行于最优阀门开度状态；当电网频率偏差超出死区或/和电网AGC指令出现变化，使火电机组的实际负荷低于负荷给定时，第二控制器(8-2)输出降低凝结水泵转速给定指令，并根据负荷偏差的程度，确定并输出凝结水泵的转速降幅以及是否配合以关小除氧器水位调节阀(6)，减小凝结水流量，降低从低压加热器(11)带走的热量，使更多的抽汽回到汽轮机(2)做功；反之，当火电机组的实际负荷高于负荷给定时，第二控制器(8-2)则输出提高凝结水泵转速给定指令，降低机组功率，这样配合火电机组原有一次调频回路和AGC响应回路，提高火电机组升降负荷能力。
3.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于:所述最优经济性对应的阀门开度状态是指:对于只有两个汽轮机高压调节阀(I)的火电机组，其最优阀门开度状态为两个调节阀全开时；对于拥有四个汽轮机高压调节阀(I)的火电机组，其最优阀门开度状态位于三个调节阀接近全开，第四个调节阀未开启时；对于拥有六个汽轮机高压调节阀(I)的火电机组，其最优阀门开度状态为四个汽轮机高压调节阀(I)接近全开，而最后两个调节阀未开启时。
【文档编号】G05B19/05GK103713569SQ201310739928
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】高林, 高海东, 薛建中, 王春利, 金国强, 肖勇, 孙德良 申请人:西安西热控制技术有限公司, 西安热工研究院有限公司