一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高机组的协调控制品质，保证系统稳定运行的基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法，包括汽轮机功率调节、锅炉燃烧调节以及过热器的一级减温调节，所述过热器的一级减温调节包括以下步骤：AGC负荷指令与机组实际负荷形成机组负荷偏差后将传输给蓄热前馈；蓄热前馈根据机组负荷偏差转换成一级减温水流量的改变量，折算出改变量的持续时间和衰减时间，一级减温水流量调节阀根据控制指令对一级减温水流量进行调节；一级减温水流量的改变量与汽轮机功率调节共同对机组实际负荷进行调节，一级减温水流量的改变量与锅炉燃烧调节共同对主汽压力实际值进行调节。
【专利说明】
一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法
技术领域
[0001 ]本发明属火电厂热工自动控制领域，涉及一种火电机组负荷控制方法，特别涉及 一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法。
【背景技术】
[0002] 单元火电机组的负荷调度是利用锅炉燃料量和汽机调门开度的协调控制实现的， 通过开关汽机调门开度的方式来改变负荷是很迅速的，而通过改变锅炉燃料量的方式来保 证汽机的能量需求较为缓慢。国内大部分火电厂机组采用直吹式中速磨制粉系统，锅炉蒸 汽产生延迟时间较大，大多达到2分钟至3分钟之间，有的长期服役的老火电机组时间更长， 达到5分钟到8分钟，致使机组AGC负荷响应慢，负荷调节精度超差。这种情况下，用传统的 AGC控制策略很难达到调度的AGC考核要求，而且会导致机组主蒸汽压力和主蒸汽温度大幅 波动，影响机组安全运行。
[0003] 在变负荷过程中，由于锅炉和汽轮发电机间动态特性的显著差异，一味的通过调 节汽机调门开度来改变负荷，会导致主蒸汽压力的反向变动，机组负荷变化趋势变缓。因 此，传统协调控制中，为了保证调节效果，锅炉主控前馈需要进行煤量的超调控制，将升降 到该负荷的煤量预先加上或减去。当机组投上AGC后，调度AGC负荷指令频繁动作，才有这种 设计方案会导致煤量、给水量的上下波动，造成机组的更加不稳定。
[0004]在火电机组控制系统中，众多被控参数的指令信号等比例跟随燃料量指令信号变 化，包括给煤量、一次风量、二次风量、直流锅炉给水流量、脱硝喷氨流量等等。燃料量指令 波动将导致锅炉燃烧波动，进而造成一次风压、二次风压、氧量、炉膛压力、过热蒸汽温度、 再热蒸汽温度、汽包锅炉汽包水位或直流锅炉中间点温度、Ν0Χ排放浓度等一系列主要参数 的波动，对机组安全、经济、环保运行造成不利影响，并且这些参数波动最终也会影响主蒸 汽压力的稳定性。当机组关键参数不稳定时，其发电功率控制指标也必然会下降。因此设计 合适的发电功率指令前馈控制逻辑，是机组快速响应AGC指令并保证自身运行参数稳定的 重要条件，如申请号为:201510133100.6,公开了一种火电机组协调控制系统的发电功率指 令前馈控制方法，其合理利用火电机组锅炉蓄热，有效缓解了功率调节调度模式(R调度模 式)下提高AGC指令响应速率和降低锅炉燃料量波动之间的矛盾。不仅可以在AGC指令大幅 单向变化时保证汽轮机前蒸汽压力稳定，而且可以在AGC指令小幅频繁变化时避免锅炉燃 料量大幅波动，相对于传统前馈控制方案，只增加一个低通滤波器，只需要调试滤波器惯性 时间这一个参数，并且此参数仅与锅炉蓄热大小有关，具有整定参数物理意义明确，组态、 调试过程简捷方便等优点，但是其仍未解决锅炉和汽轮发电机间动态特性的显著差异问 题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述技术的不足，从而提供一种基于过热器蓄热前馈的火 电机组负荷控制方法，提高机组的协调控制品质，保证系统稳定运行。
[0006]发明所采用的技术方案是这样的：一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制 方法，包括汽轮机功率调节、锅炉燃烧调节以及过热器的一级减温调节，所述过热器的一级 减温调节包括以下步骤：
[0007] S1:AGC负荷指令与机组实际负荷形成机组负荷偏差后将传输给蓄热前馈；
[0008] S2:蓄热前馈根据机组负荷偏差转换成一级减温水流量的改变量，折算出改变量 的持续时间和衰减时间，并形成控制指令，控制指令发送给一级减温器的水流量调节阀；
[0009] S3: -级减温器的水流量调节阀根据控制指令对一级减温水流量进行调节；
[0010] S4:-级减温水流量的改变量与汽轮机功率调节共同对机组实际负荷进行调节， 一级减温水流量的改变量与锅炉燃烧调节共同对主汽压力实际值进行调节。
[0011] 进一步改进的是:所述汽轮机功率调节包括:AGC负荷指令经过限速器限速后形成 机组负荷设定值，机组负荷设定值与机组实际负荷值之间形成负荷偏差，汽轮机控制器根 据负荷偏差调节门开度控制机组实际负荷。
[0012] 进一步改进的是:所述锅炉燃烧调节包括:主汽压力设定值与主汽压力实际值之 间形成压力值偏差，锅炉控制器根据压力值偏差调节总燃料量控制主汽压力实际值。
[0013] 进一步改进的是:所述汽轮机功率调节包括:AGC负荷指令经过限速器限速后形成 机组负荷设定值，锅炉前馈根据负荷设定值计算出与其对应的燃烧调节量，燃烧调节量与 总燃料量叠加形成燃料量指令对主汽压力实际值进行控制。
[0014] 进一步改进的是：所述过热器包括顶棚包墙管、屏式过热器、低温过热器、末级过 热器、一级减温器、二级减温器，所述一级减温器设置于所述低温过热器与所述屏式过热器 之间的管道上，所述二级减温器设置于所述屏式过热器与所述末级过热器之间的管道上。 [0015]通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
[0016] 在变负荷中通过蓄热前馈根据机组负荷偏差换算出一级减温水流量的改变量，而 后变化一级减温水流量（即利用过热器蓄能），同时锅炉侧的燃料量及时补充蓄能，使锅炉 输入能量与发电负荷指令趋势匹配，完成机组变负荷响应的全过程，本控制方法可以大幅 减少主蒸汽压力波动和减少总燃料量的过度调节，使机组协调控制更稳定，机组运行更经 济。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法原理图。
[0018] 图2为本发明变负荷锅炉指令和传统协调控制锅炉指令对比图；
[0019] 其中：曲线1为传统协调控制中锅炉指令变化；曲线2为本发明锅炉指令变化。
[0020] 图3本发明实际应用的负荷变动曲线图；
[0021] 其中：曲线1表示汽机调门开度总指令；曲线2表示一级减温水流量；曲线3表示机 组负荷设定值；曲线4表示机组实际负荷；曲线5表示主汽压力实际值；曲线6表示主汽压力 设定值；曲线7表示总燃料量。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0023]如图1-图3所示，本发明公开一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法， 可广泛应用于火电机组的协调控制，可以大幅减少主蒸汽压力波动和减少总燃料量的过度 调节，使机组协调控制更稳定，机组运行更经济。具体包括汽轮机功率调节、锅炉燃烧调节 以及过热器的一级减温调节，其中：汽轮机功率调节、锅炉燃烧调节属于原机组协调控制系 统，本发明对协调控制系统的改进在于:在原机组协调控制系统的基础上增加了过热器蓄 热前馈控制回路和一级减温水控制回路。而汽轮机功率调节控制方法部分具体地为:所述 汽轮机功率调节包括:AGC负荷指令经过限速器限速后形成机组负荷设定值，机组负荷设定 值与机组实际负荷值之间形成负荷偏差，汽轮机控制器根据负荷偏差调节门开度控制机组 实际负荷。
[0024] 锅炉燃烧调节控制方法部分具体地为:所述锅炉燃烧调节包括:主汽压力设定值 与主汽压力实际值之间形成压力值偏差，锅炉控制器根据压力值偏差调节总燃料量控制主 汽压力实际值。
[0025] 此外锅炉燃烧调节部分，为了解决现有技术中，保证调节效果，锅炉主控前馈需要 进行煤量的超调控制，将升降到该负荷的煤量预先加上或减去，当机组投上AGC后，调度AGC 负荷指令频繁动作这一缺陷，其优化的技术方案为:取消传统协调控制中的预给煤超调控 制前馈，改为锅炉前馈控制，所述锅炉前馈控制包括:AGC负荷指令经过限速器限速后形成 机组负荷设定值，锅炉前馈根据负荷设定值计算出与其对应的燃烧调节量，燃烧调节量与 总燃料量叠加形成燃料量指令对主汽压力实际值进行控制使锅炉输入能量与发电负荷指 令趋势匹配，完成机组变负荷响应的全过程。
[0026] 本发明的核心部分:所述过热器的一级减温调节包括以下步骤：
[0027] S1:AGC负荷指令与机组实际负荷形成机组负荷偏差后将传输给蓄热前馈；
[0028] S2:蓄热前馈根据机组负荷偏差转换成一级减温水流量的改变量，折算出改变量 的持续时间和衰减时间，并形成控制指令，控制指令发送给一级减温的水流量调节阀。
[0029] S3: -级减温器的水流量调节阀根据控制指令对一级减温水流量进行调节；
[0030] S4:-级减温水流量的改变量与汽轮机功率调节共同对机组实际负荷进行调节， 一级减温水流量的改变量与锅炉燃烧调节共同对主汽压力实际值进行调节，从而实现利用 一级减温水流量改变过热器金属蓄热来快速响应负荷调度，并与锅炉指令合理配合，稳住 因汽机调门变化导致的主蒸汽压力波动。
[0031 ]现有技术中方案的原理分析:现有火电机组协调控制系统发电功率指令前馈控制 逻辑结构为:AGC指令信号经过变化幅度限制环节、变化速率限制环节后，形成机组实际发 电功率指令信号，机组实际发电功率指令信号再经过一个超前动态环节后，形成发电功率 指令前馈控制输出信号，但是在R调度模式下，当AGC指令频繁小幅变化时，此前馈逻辑存在 着一个显著的缺点，即超前环节对高频信号的放大作用会导致锅炉燃料量出现剧烈波动， 详细分析如下：由于超前环节中微分部分输出值与实际发电功率指令变化速率有关，当变 化速率设置值比较高时，即使AGC指令小幅变化，微分部分也会输出一个幅值很大、但持续 时间很短的脉冲，进而导致锅炉燃料量指令也出现大幅度、短时间的脉冲变化，特别当AGC 指令频繁小幅正反向变化时，前馈控制逻辑会输出幅值很大、持续时间很短的正反向脉冲， 造成燃料量指令大幅摆动，严重影响锅炉燃烧稳定性。
[0032]本发明提出的利用过热器蓄热参与协调控制的基本原理是:机组发电过程中，锅 炉侧过热器换热管道中包含有大量储能，锅炉过热器系统包括顶棚包墙管、屏式过热器、低 温过热器、末级过热器，低温过热器出口至屏式过热器入口管道上布置一级减温器，作为粗 调控制屏式过热器出口温度；屏式过热器与末级过热器之间的连接管道上布置二级减温 器，作为细调控制末级过热器出口温度。而过热器金属蓄热能主要集中在对流过热器和屏 式过热器中，过热器总的蓄热随着压力的增加而增加，因此，调节一级减温喷水量，改变屏 式过热器管道中的金属蓄热，使进入主蒸汽流量发生变化，主蒸汽流量的变化配合汽轮机 的调开门度协同对机组实际负荷进行调控，主蒸汽流量的变化配合锅炉燃烧调节通过对主 汽压力实际值进行调控，从而可以达到短时间改变机组功率和主蒸汽压力的目的。
[0033] 将本发明所述的方法进行工程化处理后，应用于某电厂340MW亚临界机组中，过程 如下:首先分别在高、中和低负荷段进行一级减温水量扰动试验，以获得一级减温水量与机 组主蒸汽压力和机组负荷之间的特性关系，每次试验前，机组保持在稳态工况;试验过程 中，汽机和锅炉全切手动，汽机调门开度维持不变，锅炉给煤机转速保持稳定（给煤量不 变），试验数据如表1所示，从表1中可以看到，一级减温水流量改变后，机组主蒸汽压力和机 组负荷改变迅速，基本迟延在15秒到20秒之间；一级减温水流量改变引起的机组负荷增加 达到10MW以上，机组的一级减温水流量对机组的主蒸汽压力影响达到0.6MPa，将试验数据 通过数据拟合，得出一级减温水流量和机组负荷、主蒸汽压力之间的系统模型如表2所示， 并将表2的数学模型填入蓄热前馈控制模块中。
[0035]表1减温水流量特性试验数据
表2各工况一级减温水流量与负荷和主蒸汽压力模型 [0037]从实验结果和数据拟合得到的模型关系，我们可以得出升降负荷变动值和一级减 温水流量变化幅度、持续时间、衰减时间函数关系，如表3所示。
[0039] 表3各工况负荷和一减流量参数对应函数表
[0040] 将锅炉控制器的锅炉前馈函数由图2所示曲线1改为曲线2对应函数，其中机组负 荷和总燃料量的函数关系如表4所示。
[0042]表4机组负荷与总燃料量函数关系表
[0043] 记录机组升负荷变化趋势图，负荷变动的范围为260MW-275MW，负荷指令的变化速 率为2%Pe，负荷的动态偏差在，3MW以内，最大压力偏差为0.2MPa，动态过程满足控制品质 要求，如图3所示，从曲线可以看出本发明提出的负荷变化初期由一级减温水流量改变来改 变负荷、稳定主蒸汽压力的控制策略，锅炉指令按图2中的曲线2来线性平稳控制总燃料量， 图中，曲线1表示汽机调门开度总指令；曲线2表示一级减温水流量；曲线3表示机组负荷设 定值；曲线4表示机组实际负荷；曲线5表示主汽压力实际值；曲线6表示主汽压力设定值；曲 线7表示总燃料量。
[0044]以上所述实施例显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的 技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明 本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些 变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及 其等效物界定。
【主权项】
1. 一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法，其特征在于:包括汽轮机功率 调节、锅炉燃烧调节以及过热器的一级减温调节，所述过热器的一级减温调节包括以下步 骤： S1:AGC负荷指令与机组实际负荷形成机组负荷偏差后将传输给蓄热前馈； S2:蓄热前馈根据机组负荷偏差转换成一级减温水流量的改变量，折算出改变量的持 续时间和衰减时间，并形成控制指令，控制指令发送给一级减温器的水流量调节阀； S3: -级减温水流量调节阀根据控制指令对一级减温水流量进行调节； S4:-级减温水流量的改变量与汽轮机功率调节共同对机组实际负荷进行调节，一级 减温水流量的改变量与锅炉燃烧调节共同对主汽压力实际值进行调节。2. 根据权利要求1所述的一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法，其特征 在于:所述汽轮机功率调节包括:AGC负荷指令经过限速器限速后形成机组负荷设定值，机 组负荷设定值与机组实际负荷值之间形成负荷偏差，汽轮机控制器根据负荷偏差调节门开 度控制机组实际负荷。3. 根据权利要求1所述的一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法，其特征 在于:所述锅炉燃烧调节包括:主汽压力设定值与主汽压力实际值之间形成压力值偏差，锅 炉控制器根据压力值偏差调节总燃料量控制主汽压力实际值。4. 根据权利要求3所述的一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法，其特征 在于:所述锅炉燃烧调节还包括锅炉前馈控制，所述锅炉前馈控制包括:AGC负荷指令经过 限速器限速后形成机组负荷设定值，锅炉前馈根据负荷设定值计算出与其对应的燃烧调节 量，燃烧调节量与总燃料量叠加形成燃料量指令对主汽压力实际值进行控制。5. 根据权利要求1所述的一种基于过热器蓄热前馈的火电机组负荷控制方法，其特征 在于:所述过热器包括顶棚包墙管、屏式过热器、低温过热器、末级过热器、一级减温器、二 级减温器，所述一级减温器设置于所述低温过热器与所述屏式过热器之间的管道上，所述 二级减温器设置于所述屏式过热器与所述末级过热器之间的管道上。
【文档编号】G05B19/418GK106094740SQ201610302290
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】何钧, 鄢波, 刘宝玲, 彭道刚, 周世阳, 万俊松
【申请人】国网江西省电力科学研究院, 国家电网公司