用于热电厂中的控制和故障分析的优化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热电厂中的控制和故障分析，以及更具体来说，涉及将电厂数据规范用于对电厂在其正常操作期间的有效控制和故障分析。
【背景技术】
[0002]电力通过将一种形式的能量转换为电能来生成。在热电厂中，热能转换为电能。典型热电厂涉及由一个或多个熔炉和水循环系统所组成的锅炉单元，其被供应水以获得蒸汽和用于热能的燃料氧。由锅炉所产生的蒸汽经过一个或多个过热器，并且然后经过节流阀传递到涡轮机。在经过高压涡轮机之后，蒸汽损失其热能和压能，这通过使其经过过热器又重新获得。蒸汽然后经过中压和低压涡轮机，以确保全面利用。最后，蒸汽经过冷凝、再热并且经过给水泵循环回到锅炉。同步到电力网的发电机轴连到涡轮机，并且因而生成电力。
[0003]电厂由分布式控制系统(DCS)来控制，并且工作在各种模式。热电厂控制模式是手动模式、锅炉跟随模式、涡轮机跟随模式和协调模式。而协调模式和涡轮机跟随模式是在正常电厂操作期间使用的模式。本发明涉及这些模式期间的电厂控制优化和故障检测。
[0004]涡轮机供应商基于其对不同电力生成规范(以兆瓦(MW)来表示)的设计来提供数据表，并且这些数据表规范用作电厂启动操作的输入。这些数据表规范一般由DCS连续地用来提供例如节流压力、节流温度、再热温度和汽包水位等的关键过程值的设置点。这类数据表规范用作计量电厂的性能的基准。因此，存在数据表规范与DCS相集成以便获得对电厂的更好控制以及跟踪性能的可能性。
[0005]此外，在丽生成和需求的差是显著的情形中，达到需求所花费的时间也许相当长。控制过程还需要提供针对电厂自行调整以满足需求所花费的时间的优化。
[0006]示出需求变化期间的控制过程及其具体对降级电厂(比如说降级熔炉)的影响的情形，以指出控制和故障分析中的改进/优化要求。
[0007]示例I一从350到700碼的需求的增加
增加节流压力和温度设置点，并且起动过热器和再热器阀，以增加压力和温度。这引起锅炉中的蒸汽压力的突然降低和后续收缩效应。降级熔炉开始通过增加燃料和给水输入来逐渐采取动作，以满足需求。协调模式处理基于锅炉响应来延迟涡轮机动作。因此，斜升时间会相当长，并且熔炉的降级未被察觉，这表示较小电厂效率。
[0008]示例2—从750到350碼的需求的降低
降低节流压力和温度设置点，并且起动过热器和再热器阀，以降低压力和温度。这引起锅炉中的蒸汽压力的突然增加和后续溶胀效应。降级熔炉开始通过降低燃料和给水输入来逐渐采取动作，以满足需求。协调模式处理基于锅炉响应来延迟涡轮机动作。因此，斜降时间会相当长，并且熔炉的降级未被察觉，这表示较小电厂效率和进一步降级。
[0009]需要将电厂设备数据表规范与控制系统相集成和配合使用，以便在正常操作期间进行有效控制，以及还具有一种电厂，其中能够识别任何降级或故障以便供将要影响的控制过程中的适当校正。
【发明内容】
[0010]作为本发明的一个方面，公开一种基于电厂数据规范的使用并且周期地更新电厂数据规范以便有效地控制电厂的方法。电厂数据规范包含过程单元的过程参数(示例设置点信息和过程输出的输入和输出值)的列表，其中包括致动器的信号信息。更新用来检测和分析过程单元中的故障。该方法包括:a)从包含过程参数和过程输出的列表的所提供电厂数据规范来得到至少一个设置点信息；b)通过基于从电厂数据规范的所得到的一个或多个设置点信息以提供控制的设置点来控制一个或多个控制回路，以操作热电厂；c)识别控制热电厂规范中的所述一个或多个控制回路中的间隙，并且迭代地操纵至少一个设置点，以满足需求；d)基于用来满足需求的所操纵的至少一个设置点来更新电厂数据规范；以及e)将已更新电厂数据规范用于控制电厂，以满足需求。
[0011]作为本发明的一实施例，提供一种集成前馈技术以控制发电厂的方法。该方法包括通过前馈控制向一个或多个致动器信号提供附加偏置的附加步骤，其中附加偏置基于电厂数据规范来估计。
[0012]本发明的另一方面是一种控制系统，其利用电厂数据规范来控制发电厂。该控制系统包括数据库，以用于存储具有周期更新的电厂数据规范(原始厂商数据以及对设置点值的周期更新，以满足需求)。设置点校正模块，跟踪用于控制各种控制回路以满足需求的设置点的间隙并且更新电厂数据规范；以及判定模块，将控制各种控制回路中的间隙与预定义阈值进行比较，以识别与各种控制回路关联的过程单元中的故障状况，其中包括确定维护状况。
[0013]在本发明的另一个实施例中，提供使用电厂数据规范、具有集成前馈技术的控制系统。该控制系统还包含前馈信号计算器模块，以便基于包括致动器信号、需求和生成值的电厂数据规范来计算前馈信号。它还具有开关模块，以向相应致动器提供作为基于需求和实际生成值的差的显著性的附加偏置的前馈信号，即，仅当差较大时才提供附加偏置。
【附图说明】
[0014]通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括:
图1是控制热电厂的方法；
图2是用于控制热电厂的电厂数据规范的示例；
图3是具有用于控制热电厂的多个控制回路和电厂数据规范的控制系统的图示；
图4是用于更新电厂数据规范的图示；
图5是具有集成前馈控制方法的控制系统的图示。
【具体实施方式】
[0015]本发明示出集成和使用用于控制热电厂的电厂数据表规范的方法和系统。
[0016]该方法借助于图1示出，图1列示利用数据表来检测电厂单元中的任何故障(充分降级)的存在的各种步骤。
[0017]数据表规范又称作电厂数据规范，其具有包括从电厂来生成以供电厂控制的数据的另一范围。
[0018]步骤SOOl:具有电厂单元数据规范
电厂单元制造商为其单元提供数据表。例如，涡轮机制造商为数据表提供不同MW生成所需的过程参数的推荐。
[0019]数据表可用来读取与单元操作相关的参数。例如，参照图2所示的数据表图表，
(i)对于700Mw发电厂，420 MW生成(210)的过程参数如下主蒸汽流量=1159 t/h
节流压力/温度=158 Kg/cm2 568 °C 再热入口蒸汽压力/温度=25.1 Kg/Cm2 353 °C 再热入口蒸汽压力/温度=33.68 Kg/Cm2 596 °C
(ii)对于700Mw发电厂，560丽生成(220)的过程参数如下主蒸汽流量=1590 t/h
节流压力/温度=211 Kg/cm2 568 °C 再热入口蒸汽压力/温度=47.4 Kg/Cm2 348 °C 再热入口蒸汽压力/温度=47.4 Kg/Cm2 596 °C
这个数据用作手动电厂启动期间的指南。一旦电厂稳定，则使控制回路进入自动模式。本发明在电厂的稳定模式期间也使用数据表规范。
[0020]步骤S002:基于历史值来准备图表
记录过程参数的历史数据和不同MW生成的相关曲线的图表。这些存储在DCS模块的数据库中作为电厂数据规范。电厂效率根据输入/输出来确定，以及具有良好电厂效率的最佳曲线作为电厂数据规范的更新来存储。这种活动随最近数据周期地发生，从而确保曲线反映实际电厂状况。
[0021]步骤S003:得到需求信息
对发电厂的MW需求基于定时和不同客户需求从电网(负载分配中心)来设置。需求信息连同电厂数据规范一起用于该方法中。
[0022]步骤S004-S006:使用数据规范来操作电厂，以满足需求
在设置新MW需求时，作为这个方法中的一个步骤，得到来自不同过程的电厂数据规范的设置点信息。设置点信息用来提供设置点，其触发控制回路付诸实施，直到过程参数以可接受偏差达到该设置点。例如，图3的具有三元件控制器的汽包水位控制回路310示为用于操作提供控制系统300的电厂。它接收来自数据库(370)中的所存储数据图表、电厂数据规范的汽包水位设置点，并且基于主蒸汽流量/汽包水位和当前给水流量来计算给水流量。按照同样的方式，还操作满足图3所示的丽需求(380)的各种控制回路(320、330、340,350 和 360)。
[0023]在预定时帧之后，电力生成会以偏差或者没有偏差来达到需求。这个偏差(间隙)被记录，并且可用于以后研宄以分析故障。关键过程值的设置点迭代地增加/减少。用于增加或减少的步骤能够逐个电厂改变，并且由过程顾问来决定。
[0024]此校正/偏差量用作校正所生成图表的输入(由此反映实际电厂状态)，并且也许经过设置点校正模块390来记录，供更新电厂数据规范。
[0025]步骤S007-S010:降级的检测通常发电厂能够生成电力，其在电厂为全新或者进行了成功维护时几乎大致遵循标