一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法与流程

本发明属于汽轮机发电技术领域，涉及一种超临界火电机组控制方法，尤其涉及一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法。

背景技术：

依据国家可持续发展战略要求，近年来我国富煤贫水地区火电机组有很大一部分为直接空冷机组，这种类型机组给水泵小汽轮机冷端往往配备独立于主机系统的湿冷系统；随着国内装备制造业技术水平的提高，给水泵小汽轮机排汽直接排至大机空冷系统的方案逐步被提出并实施，此种类型亚临界直接空冷机组已有成功运行经验，工程实验数据也已证明当机组背压快速大幅变化时，小汽机转速、给水流量等主要参数均能够随机组背压变化而平稳变化，无大幅波动。

对于超临界直接空冷机组，给水泵汽轮机排汽直排大机排汽装置仍存在以下几方面的问题：

在给水泵汽轮机排汽直接进入主机排汽装置的情况下，给水泵汽轮机的有效焓降为蒸汽的焓差。在高背压工况下，焓降减小，排汽焓的大幅度变动增加了小机变工况的不稳定性，尤其是夏季高温环境下的大风或阵风天气，背压变化频繁且剧烈，易造成小汽机出力不足，不能快速满足给水量的需求；

常规机组的控制策略中，仅将背压作为机组的保护参数考虑，不考虑背压对协调控制系统的影响，而对于超临界直接空冷尤其是超临界小机直排大机空冷机组，在夏季高温大风天气下，背压波动较大，会造成小汽轮机与大汽轮机“抢汽”的情况出现，造成主机负荷波动大，调整困难，最终因背压升高到保护值而跳机，然而此时通过合理设置控制方案，没有必要触发保护动作，这给电厂制造非计划停机，对电网造成冲击。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有的技术缺点，提供一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法，通过对常规协调控制系统以及给水控制系统的改进，保证了小机直排大机空冷超临界火电机组的调节品质，确保机组的安全稳定运行。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法，

一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)获取机组功率信号和机组背压信号并进行滤波处理；

(2)依据机组功率值、机组背压值及机组背压变化速率进行逻辑判断，生成切除机组AGC控制方式的指令；

(3)由切除机组AGC控制方式的指令作为判断条件，对原机组协调控制系统的目标值和速度变动率进行切换，生成最终目标负荷指令和限速后的机组负荷指令；

(4)依据机组功率值、机组背压值和机组背压变化速率进行逻辑判断，生成凝汽器真空RB动作指令；

(5)由凝汽器真空RB动作指令作为判断条件，对原机组RB控制系统的目标值指令和目标速度变动率进行切换，生成最终机组RB目标负荷指令和RB目标速度变动率；

(6)将经滤波处理后的机组背压值经函数运算，得出给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号；

(7)将给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号加入给水泵汽机常规串级控制回路，最终生成给水泵汽轮机调节阀开度指令。

进一步，将所述经滤波处理后的机组功率信号与定值6进行高值判断1运算，当机组功率信号大于等于定值6，则高值判断1输出为数字量1，否则高值判断1输出为数字量0，得到逻辑与运算1算法的第一输入值；将经滤波处理后的机组功率信号分别经第一折算函数和第二折算函数运算得出速率高判断算法和高值判断2算法的定值输入；

将经滤波处理后的机组背压信号与第二折算函数输出值进行高值判断2运算，当机组背压信号大于等于第二折算函数输出值，则高值判断2输出为数字量1，否则高值判断2输出为数字量0，得出逻辑与运算1算法的第二输入值；将经滤波处理后的机组背压信号与第一折算函数输出值进行速率高判断运算，当机组背压信号的变化速率大于等于第一折算函数输出值，则速率高判断输出为数字量1，否则速率高判断输出为数字量0，得出逻辑与运算1算法的第三输入值；

逻辑与运算1算法的第一输入值、第二输入值和第三输入值经逻辑与运算1运算，得出切除机组AGC控制方式的指令；

切除机组AGC控制方式的指令与定值1经切换1算法运算得到机组目标负荷指令，当切除机组AGC控制方式的指令信号为数字量0时，切换1的输出值为原机组负荷指令生成回路的生成值，当切除机组AGC控制方式的指令信号为数字量1时，切换1的输出值为定值1的值；

切除机组AGC控制方式的指令与定值2、定值3经切换2算法运算，当切除机组AGC控制方式的指令信号为数字量0时，切换2的输出值为定值2的值，当切除机组AGC控制方式的指令信号为数字量1时，切换2的输出值为定值3的值，从而得到速率限制算法的限速定值，该限速定值与机组目标负荷指令共同经速率限制算法的运算，最终得到机组负荷指令。

进一步，所述的第一折算函数、第二折算函数以及定值1、定值6的确定由理论计算的方法确定，定值2和定值3经试验的方法进行确定；

通过直接空冷系统出力计算以及汽轮机背压随机组负荷变化的阻塞曲线、报警曲线以及跳机曲线，确定出随机组负荷变化的介于背压报警曲线和跳机曲线的第一折算函数，同时依据第一折算函数曲线与机组背压跳机曲线的相对差值得出第二折算函数；依据汽轮机热力计算以及背压阻塞曲线、报警曲线、跳机曲线，结合直接空冷系统调节背压的能力，最终确定出机组协调控制系统目标负荷指令值对应的定值1和机组切除AGC控制方式进行降负荷运行的负荷约束定值6；

定值2为机组常规的负荷速度变动率，在调试期间由机组性能确定；定值3为发生背压紧急动作时的变动率，在确保锅炉安全并且机组协调控制系统投入的前提下尽可能取大值。

进一步，所述经滤波处理后的机组功率信号与定值8进行高值判断3运算，当机组功率信号大于等于定值8，则高值判断3输出为数字量1，否则高值判断3输出为数字量0，得到逻辑与运算2算法的第一输入值；所述经滤波处理后的机组背压信号与定值9进行高值判断4运算，当机组功率信号大于等于定值9，则高值判断4输出为数字量1，否则高值判断4输出为数字量0，得到逻辑与运算2算法的第二输入值；将逻辑与运算2的运算结果作为RS触发器的S端输入，触发生成凝汽器真空RB动作信号；机组功率信号与定值7进行低值判断运算，当机组功率信号小于等于定值7，则低值判断输出为数字量1，否则低值判断输出为数字量0，该低值判断的输出经RS触发器的R端来实现RB动作信号的复位；

凝汽器真空RB动作信号分别经过切换3和切换4算法将定值4和定值5分别作为RB目标负荷指令和RB目标速率值；其中定值4由汽轮机热力计算结合直接空冷系统调节能力通过理论计算得到；定值5依据常规RB动作时的经验目标速率进行设置；依据汽轮机热力计算以及背压阻塞曲线、报警曲线、跳机曲线，结合直接空冷系统调节背压的能力进行综合评判，得出凝汽器真空RB动作的机组功率定值8、机组背压定值9以及凝汽器真空RB动作复位的机组功率定值7。

进一步，将经滤波处理后的机组背压值经第三折算函数运算，得出给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号；将给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号加入给水泵汽机常规串级控制回路，最终生成给水泵汽轮机调节阀开度指令；此第三折算函数由试验确定，依据机组背压变化后给水泵汽轮机出力变化，结合给水泵汽机调节阀开度对给水泵汽机出力的影响，确定出能保证给水泵汽机出力的背压变化对应得给水泵汽机调节阀开度前馈曲线，此即为第三折算函数.

本发明的有益效果：

本发明提供的超临界机组给水泵小汽轮机排汽直接排至大汽轮机直接空冷系统的控制方法，解决了超临界小机直排大机空冷机组对给水系统控制快速性的要求，同时减弱了背压对给水系统控制的扰动；另一方面通过对协调控制系统指令生成及升降负荷速率生成回路的改进，确保机组在夏季高温大风情况下不跳机，确保电厂整体经济效益和电网的安全稳定运行。

【附图说明】

图1为本发明实施例提供的一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的协调控制系统指令及速率生成回路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的给水系统前馈控制回路结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法，所述控制方法应用于机组协调控制系统调节负荷用的指令生成及升降负荷速率生成控制回路和用于保证机组给水系统快速、安全、平稳运行的给水系统前馈控制回路，如图1所示，所述控制方法包括以下步骤：

获取机组功率信号和机组背压信号并进行滤波处理；

依据机组功率值和机组背压值、机组背压变化速率进行逻辑判断，生成切除机组AGC(自动发电控制)控制方式的指令；

由切除AGC控制方式的控制指令作为判断条件，对原机组协调控制系统的目标值和速度变动率进行切换，生成最终目标负荷指令和限速后的机组负荷指令；

依据机组功率值和机组背压值、机组背压变化速率进行逻辑判断，生成凝汽器真空RB(快速减负荷)动作指令；

由凝汽器真空RB动作指令作为判断条件，对原机组RB控制系统的目标值指令和目标速度变动率进行切换，生成最终机组RB目标负荷指令和RB目标速度变动率；

将经滤波处理后的机组背压值经函数运算，得出给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号；

将给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号加入给水泵汽机常规串级控制回路，最终生成给水泵汽轮机调节阀开度指令。

本发明还提供了协调控制系统指令及速率生成回路的结构示意图，具体如图2所示。

机组协调控制系统调节负荷用的指令生成及升降负荷速率生成控制回路中协调控制系统目标负荷指令和负荷指令(限速后)的确定方法为：

获取机组功率信号和机组背压信号并经过滤波处理；

将所述经滤波处理后的机组功率信号与定值6进行高值判断1，得到逻辑与运算1算法的第一输入值；将经滤波处理后的机组功率信号分别经第一折算函数和第二折算函数运算得出高值判断2算法和速率高判断算法的定值输入；将经滤波处理后的机组背压信号分别经高值判断2和速率高判断，分别与第一折算函数和第二折算函数输出值进行比较判断，分别得出逻辑与运算1算法的第二输入值和第三输入值；

逻辑与运算1算法的第一输入值、第二输入值和第三输入值经逻辑与运算1运算，得出切除机组AGC控制方式的指令；

切除机组AGC控制方式的指令经切换1算法运算得到机组目标负荷指令；切除机组AGC控制方式的指令切换2算法运算得速率限制算法的限速定值，该限速定值与机组目标负荷指令共同经速率限制算法的运算，最终得到机组负荷指令(限速后)。

示例性的，所述的第一折算函数、第二折算函数以及定值1、定值2、定值3、定值6的确定方法：

依据汽轮机热力计算可知，汽轮机背压存在随机组负荷变化的阻塞曲线、报警曲线以及跳机曲线，通过直接空冷系统出力计算以及以上三个曲线的关系，确定出一条随机组负荷变化的介于背压报警曲线和跳机曲线的第一折算函数，同时依据第一折算函数曲线与机组背压跳机曲线的相对差值得出第二折算函数；依据汽轮机热力计算以及背压阻塞曲线、报警曲线、跳机曲线，结合直接空冷系统调节背压的能力，最终确定出机组协调控制系统目标负荷指令值对应的定值1和机组切除AGC控制方式进行降负荷运行的负荷约束定值6；

在机组背压值及背压变化率较大而发生切除AGC指令时，为了确保机组安全快速降负荷，通过切换2算法实现变化速率的切换，定值2为机组常规的负荷速度变动率，一般在调试期间由机组性能确定；定值3为发生背压紧急动作时的变动率，但此值不能无限大，要在确保锅炉安全并且机组协调控制系统投入的前提下尽可能取大值。

示例性的，所述机组最终RB目标负荷指令和目标速率的确定方法为：

获取机组功率信号和机组背压信号并经过滤波处理；

将所述经滤波处理后的机组功率信号和机组背压信号分别与定值8和定值9进行高值判断3和高值判断4运算，将其输出结合机组协调控制方式信号共同进行逻辑与运算2，将逻辑与运算2的运算结果作为RS触发器的S端输入，触发生成凝汽器真空RB动作信号，该信号的复位信号由机组功率信号与定值7进行低值判断运算后，经RS触发器的R端来实现。其中，依据汽轮机热力计算以及背压阻塞曲线、报警曲线、跳机曲线，结合直接空冷系统调节背压的能力进行综合评判，得出凝汽器真空RB动作的机组功率定值8、机组背压定值9以及凝汽器真空RB动作复位的机组功率定值7。

凝汽器真空RB动作信号分别经过切换3和切换4算法将定值4和定值5分别作为RB目标负荷指令和RB目标速率值；其中定值4可以由汽轮机热力计算结合直接空冷系统调节能力通过理论计算得到，该值为一确保可以满足机组安全的相应机组负荷值；定值5可以依据常规RB动作时的经验目标速率进行设置；。

进一步的，本发明实施例还提供了给水系统前馈控制回路结构示意图，具体如图3所示。

示例性的，所述给水控制系统前馈信号生成、实施方法以及第三折算函数的确定：

将经滤波处理后的机组背压值经第三折算函数运算，得出给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号；将给水泵汽轮机调节阀开度指令的前馈信号加入给水泵汽机常规串级控制回路，最终生成给水泵汽轮机调节阀开度指令；此第三折算函数由试验确定，依据机组背压变化后给水泵汽轮机出力变化，结合给水泵汽机调节阀开度对给水泵汽机出力的影响，确定出能保证给水泵汽机出力的背压变化对应得给水泵汽机调节阀开度前馈曲线，此即为第三折算函数。

其中，本发明实施例提供的超临界机组给水泵小汽轮机排汽直接排至大汽轮机直接空冷系统的控制单元比较适合大型煤粉燃烧锅炉，且能通过不同公司设计生产的DCS控制系统组态实现；为实现方便，所述机组功率信号、机组背压信号、机组协调控制方式信号均来自于火力发电机组的控制系统。

本发明实施例提供的一种超临界火电机组小机直排大机空冷系统的控制方法分别考虑了机组的稳定运行和极端情况下的保护动作，在机组背压因空冷系统各种因素变化时，首先通过折算函数计算得出前馈量接入机组给水控制系统回路中，消除背压变化扰动以确保给水系统的快速响应特性；同时，在机组功率与背压均较高，且背压变化速率较快，此时机组在目前负荷状态下已不能维持稳定运行，此时则触发机组切除AGC，并且通过控制回路将机组目标负荷指令及升速率定值进行更改，确保机组达到安全稳定运行值，在此控制回路实现过程中，充分考虑到逻辑判断条件因机组工况变化的情况，在此部分控制回路中采用折算函数以实现对机组动作条件中背压定值和背压变化速率值的变参数；另外，在机组背压过高时，本发明所述控制回路则直接触发凝汽器真空RB动作，同时将适合凝汽器RB动作的目标负荷指令和RB动作的速率生成信号加入常规RB控制回路中，确保机组凝汽器RB动作的快速性和准确性，从而确保整个机组的安全稳定运行，以防造成机组非计划停机。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。