一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统，该方法包括：根据调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定；进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化；进行燃料扰动试验及调门扰动试验，生成典型试验参数；利用典型试验参数生成机组动态模型；根据协调控制器及机组动态模型构建协调仿真系统；利用机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行协调仿真系统的仿真验证；在仿真系统中进行DCS组态及参数调试；进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验，生成包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标；判断技术指标是否符合预定技术指标；如果是，进行滑压变负荷试验，以使燃煤机组正常运行。
【专利说明】一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明是关于燃煤机组自动发电控制技术，具体地，是关于一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着电力体制改革的深入，电监会对电力市场的监管和规范力度增大，2008年华北电监局率先出台《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》(以下简称“两个细则”)。
[0003]AGC系统主要用来解决负荷跟踪控制问题，发电机组的负荷控制水平对AGC (自动发电控制)系统的性能有着重要影响。在现有AGC系统中，按BLO方式(机组跟踪基准功率曲线方式)控制发电的机组的基点值是由区域跟踪控制确定的，其确定的依据是在几分钟内经济地满足预计的净发电要求，如图1所示。对于未投用经济调度功能的EMS系统，AGC机组的基点功率也可按前一天安排的计划曲线来代替。在理想情况下，通过BLO方式机组的调节实现本控制区域中负荷与发电出力的大体平衡，而通过BLR方式机组的调节来实现对联络线偏差的精确跟踪，从而实现本控制区域中负荷与发电出力的最终平衡，如图2所
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[0004]现有的燃煤机组的自动发电控制(AGC)优化对象仅限于机组协调控制系统的基本控制结构和控制参数的优化，工作范围仅是修改机组协调控制器的控制结构和前馈、PID调节器等控制参数，没有针对两个细则实施下，尤其是按区域控制偏差(Area ControlError, ACE)自动调节(Base Load Regulated, BLR)方式下，对AGC控制方式进行的有针对性的优化。
[0005]两个细则中规定对于参与区域负荷偏差调节(ACE)的机组进行补偿，由于补偿量较大，即机组投入BLR方式盈利大大增加，很多燃煤机组都积极参与此种运行方式。但对于ACE调节方式，由于电网负荷指令不再根据电网调度人员手动给出，而是根据地区负荷自动生成各个发电机组的AGC指令，此时AGC指令是随动的，指令表现不再是一段段直线，而是锯齿形的无规则的曲线。在该工况下，调门特性参数不合理的机组往往表现为不是负荷响应过快和超调就是负荷响应过慢欠调，同时负荷控制精度亦难以保证。同时由于随动AGC的指令变化很快，有此类问题的机组往往快速超调后又接收到反调指令，然后机组以更快的速度反向调节，最终导致机组震荡调节，造成机组调节困难，不利于机组的安全运行和经济运行。
[0006]另外，现有的燃煤机组的AGC优化手段沿袭“两个细则”实施前的控制思路，不能适应“两个细则”运行的需要，优化目标及控制效果的评价标准仅满足机组变负荷速率>1.5Pe (额定负荷)/MIN即可，优化手段单一，局限性强，未将整个机组的锅炉、汽机、风烟、燃烧、汽温等自动系统的优化统筹考虑，优化效果很难适应BLR调度方式的需要，使机组的经济性和收入大大受损。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统，以提高燃煤机组的变负荷能力和适应性，提高燃煤机组各项指标的调节性能，满足新的两个细则运行下电网对于AGC考核和补偿的要求。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法，所述方法包括:
[0009]获取调门流量特性参数及燃烧优化参数；
[0010]根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定，获得调门开度、压力值及负荷值，并生成调门流量特性曲线；
[0011]根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化；
[0012]进行燃料扰动试验及调门扰动试验，生成包含汽机调门开度、机组负荷、主汽压力及煤量的典型试验参数；
[0013]利用所述的典型试验参数进行机组动态特性建模，生成机组动态模型；
[0014]根据协调控制器及所述的机组动态模型构建协调仿真系统；
[0015]利用所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行所述协调仿真系统的仿真验证；
[0016]在所述仿真系统中进行DCS组态及参数调试；
[0017]进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验，生成包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标；
[0018]判断所述的技术指标是否符合预定技术指标；
[0019]如果是，进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行。
[0020]在一实施例中，在根据所述的典型试验参数进行机组动态特性建模之后，根据所述机组动态模型进行前馈控制器的优化之前，所述的方法还包括:根据所述的调门开度、压力值及负荷值修正滑压曲线。
[0021]在一实施例中，根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试之后，根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化之前，所述的方法还包括:根据所述的调门开度、压力值及负荷值修正滑压曲线。
[0022]进一步地，根据所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，具体包括:根据所述机组动态模型进行前馈控制器的结构优化及前馈控制器的参数优化。
[0023]进一步地，如果所述的技术指标不符合预定技术指标，进行DCS协调系统的参数优化，然后重新进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验。
[0024]进一步地，所述进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行，包括:
[0025]进行滑压变负荷试验，获得所述的技术指标；
[0026]判断所述的技术指标是否符合所述预定技术指标；
[0027]如果否，进行DCS协调系统的参数优化，然后重新进行滑压变负荷试验，直到所述的技术指标符合所述预定技术指标。
[0028]为了实现上述目的，本发明还提供一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化系统，所述系统包括:
[0029]参数获取单元，用于获取调门流量特性参数及燃烧优化参数；[0030]调门流量特性测试单元，用于根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定，获得调门开度、压力值及负荷值，并生成调门流量特性曲线；
[0031]燃烧优化单元，用于根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化；
[0032]扰动试验单元，用于进行燃料扰动试验及调门扰动试验，生成包含汽机调门开度、机组负荷、主汽压力及煤量的典型试验参数；
[0033]模型生成单元，用于利用所述的典型试验参数进行机组动态特性建模，生成机组动态模型；
[0034]仿真系统构建单元，用于根据协调控制器及所述的机组动态模型构建协调仿真系统；
[0035]优化及验证单元，用于利用所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行所述协调仿真系统的仿真验证；
[0036]DCS实施单元，用于在所述仿真系统中进行DCS组态及参数调试；
[0037]定压或定负荷试验单元，进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验，生成包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标；
[0038]判断单元，用于判断所述的技术指标是否符合预定技术指标；
[0039]变负荷试验单元，用于进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行。
[0040]在一实施例中，所述的系统还包括:滑压曲线修正单元，用于根据所述的调门开度、压力值及负荷值修正滑压曲线。
[0041]进一步地，所述优化及验证单元包括:结构优化模块，用于根据所述机组动态模型进行前馈控制器的结构优化；
[0042]参数优化模块，用于根据所述机组动态模型进行前馈控制器的参数优化；
[0043]仿真验证模块，用于根据所述机组动态模型进行所述协调仿真系统的仿真验证。
[0044]进一步地，所述的系统还包括:协调系统参数优化单元，用于当所述的技术指标不符合预定技术指标时，进行协调系统参数优化，然后利用定压或定负荷试验单元重新进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验。
[0045]本发明实施例的有益效果在于:基于“两个细则”的燃煤机组AGC整体优化设计方案符合电网对并网性能指标不断提高的外部要求，利用本发明:
[0046]可以提高燃煤机组的变负荷能力和适应性，提高燃煤机组各项指标的调节性能，满足新的两个细则运行下电网对于AGC考核和补偿的要求，大大提高了机组的运行的经济性的同时也增强火力发电机组参与电网考核的经济效益和社会效益。
[0047]可以利用预测控制理论解决火力发电厂协调控制系统难以解决的针对大惯性、大滞后锅炉特性难以适应电网调频调峰要求的问题。
[0048]提高了机组的变负荷能力和适应性，提高了机组各项指标的调节性能，同时满足火电机组对于不同煤种的适应性。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]图1为现有技术投入BLO方式的机组AGC调节趋势图；
[0051]图2为现有技术投入BLR方式的机组AGC调节趋势图；
[0052]图3为本发明实施例燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法流程图；
[0053]图4为本发明实施例汽轮机DEH系统的控制回路示意图；
[0054]图5为本发明实施例180-300MW区间单阀流量特性示意图；
[0055]图6为本发明实施例塔山电厂I号机组汽轮机调门特性整定前后对比示意图；
[0056]图7为本发明实施例机组参与两个细则运行的燃烧子系统优化示意图；
[0057]图8为本发明实施例协调控制系统的仿真系统示意图；
[0058]图9为本发明实施例模型输出与实际机组输出的对比曲线示意图；
[0059]图10为本发明实施例燃煤机组自动发电控制系统整体优化系统的结构框图；
[0060]图11所示为本发明实施例优化及验证单元1007的结构框图。
【具体实施方式】
[0061]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。
[0062]本发明燃煤机组自动发电控制系统整体优化提出主要是基于如下的优化需求:
[0063]例如，某一发电有限公司的#1号机组由于煤质较差发热量偏低、燃烧系统原配比方案不能满足即用煤质要求，造成机组变负荷调节速率和响应时间不合格，不能满足两个细则的要求。特别是变负荷过程中机组主蒸汽压力变化剧烈，时有机组超压现象，导致运行期间运行人员操作频繁，面临机组超压安全阀动作的压力，严重影响机组运行安全。
[0064]针对上述情况，除提高机组燃烧稳定性和负荷适应性外，还需进一步调整协调系统方案和参数，充分考虑煤质变化所导致的风量不足等问题，从而进一步优化机组协调控制系统、AGC控制策略和相应控制参数，以及相关子系统如一次风压、磨煤机入口一次风量、磨煤机出口风温、减温控制、给水控制等系统，以提高机组稳定性、AGC控制品质，确保#1号机组参与“两个细则”考核后的良好经济性。
[0065]针对上述需求，如图3所示，本发明实施例提供一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法，该方法包括:
[0066]S301:获取调门流量特性参数及燃烧优化参数；
[0067]S302:根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定，获得调门开度、压力值及负荷值，并生成调门流量特性曲线；
[0068]S303:根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化；
[0069]S304:进行燃料扰动试验及调门扰动试验，生成包含汽机调门开度、机组负荷、主汽压力及煤量的典型试验参数；
[0070]S305:利用所述的典型试验参数进行机组动态特性建模，生成机组动态模型；
[0071]S306:根据协调控制器及所述的机组动态模型构建协调仿真系统；[0072]S307:利用所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行所述协调仿真系统的仿真验证；
[0073]S308:在所述仿真系统中进行DCS组态及参数调试；
[0074]S309:进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验，生成包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标；
[0075]S310:判断所述的技术指标是否符合预定技术指标；
[0076]S311:如果是，进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行。
[0077]从图3的流程图可以看出，本发明中，首先进行调门流量特性测试及风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化；然后通过机组热力特性典型实验(燃料扰动试验及调门扰动试验)生成典型试验参数，进而生成机组动态模型；进而，根据协调控制器及机组动态模型构建协调仿真系统，利用机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行所述协调仿真系统的仿真验证；最后在对仿真系统中进行DCS组态及参数调试后进行典型试验(定压滑压变负荷试验、定负荷变压试验及滑压变负荷试验)及参数优化(包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标)，使燃煤机组正常稳定运行，同时满足“两个细则”的技术指标要求。上述方法流程是基于了“两个细则”的燃煤机组AGC整体优化设计方案符合电网对并网性能指标不断提高的外部要求，可以提高燃煤机组的变负荷能力和适应性，提高燃煤机组各项指标的调节性能，满足新的两个细则运行下电网对于AGC考核和补偿的要求。
[0078]为了进行S302及S303，首先需要获得相关的参数，故S301具体实施时，获取了调门流量特性参数及燃烧优化参数。其中，调门流量特性参数包括:流量指令、主汽压力、调节级压力、调门指令、计算流量等，燃烧优化参数包括:二次风量、一次风压、一次风母管压力、磨的风煤比、磨煤机入口一次风量值、一次风压值、磨煤机出口温度等。
[0079]机组原汽轮机调门流量特性较差，为提高机组的控制稳定性和控制指标，需要优化整定汽轮机调门特性参数。通过S301得到上述的调门流量特性参数后，就可以进行S302，根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定，获得调门开度、压力值及负荷值，并生成调门流量特性曲线。
[0080]在介绍调门流量特性测试及整定前，首先简单介绍调门流量特性测试及整定的重要性:
[0081](一)对系统控制稳定性的影响
[0082]汽轮机DEH系统的控制回路如图4所示，由图4中可以看出，由于控制器输出的综合流量指令需要经过四个(不同机型可能会不一样)高调门流量特性函数，之后分别形成各自的流量参考指令。由于各个调门的流量特性函数是非线性的，故机组功率控制回路为典型的非线性控制回路。因此，机组负荷控制的稳定性和调节指标除了受控制器整定参数的影响外，还受调门流量特性参数的影响。目前，控制器参数的整定技术水平很高，因此，机组负荷控制的稳定性主要受调门流量特性参数的影响。对流量特性参数而言，如果不能真实反映机组实际的流量特性，则相当于控制器参数在某一区域整定偏大，在另一区域整定偏小，控制器的鲁棒性变差，进而影响机组在负荷升降过程中的控制稳定性和调节指标。
[0083](二)调门特性参数对一次调频的影响
[0084]DHl系统中，由于转速的测量环节、转速控制器、油动机的驱动等环节都已达到了相当的控制精度，基本上消除了非线性和迟缓的问题。影响DHl系统一次调频性能的主要问题在于调节阀门的流量非线性。
[0085]为了提高火力发电机组的热效率，一般在顺序阀方式下运行，且尽可能的减小各个调节阀门的重叠度。这种情况下，当机组运行在调门之间的切换点时，调频的能流指令(调频发生的综合阀位增量)往往用来待开启阀门的预起量，导致机组没有能流增加或减少、在某些负荷点调频效果不理想的情况。同时在调门特性曲线斜率较大的负荷点，较小的调频能流指令增量也可导致阀门的大开大关，不利于机组的安全运行。再有，调门特性曲线导致调门流量的强非线性往往决定了机组的局部速度变动率在某些负荷点大于规定值或小于规定值，最终导致一次调频性能指标难以满足设计要求。故，调门特性参数对一次调频的影响是最直接和最根本的因素之一。
[0086](三)调门特性参数对AGC的影响
[0087]调门流量参数的不合理还影响AGC的调节品质。如图1所示，由于特性参数导致的调门流量的非线性配置，在协调控制系统升降负荷时，同样的负荷指令会有不同的调门流量来响应。往往负荷不能快速跟踪指令，或者负荷在一定时间后严重超出指令，控制系统为了纠正偏差造成欠调和过调成对出现。静态时，由于调门特性参数的不合理十分容易引起负荷的自摆动。
[0088]另一方面，机组参与ACE调整时，调门特性参数不合理的机组往往表现为不是负荷响应过快和超调就是负荷响应过慢欠调，同时负荷控制精度亦难以保证。而AGC指令的快速反向变化，加剧了机组反复拉锯调节，最终导致机组震荡调节，不利于机组的安全运行和经济运行。
[0089]S302具体实施时，包括单阀调门流量特性测试及整定及顺序阀调门流量特性测试及整定，下面分别介绍。
[0090](一)单阀调门流量特性测试及整定
[0091]1.变负荷测试法
[0092]在额定主汽压力下，通过变负荷操作来计算机组稳燃负荷至额定负荷的总流量与阀门开度的特性参数。通过总流量与额定流量的比值来代表阀门流量请求来对阀门特性参数进行反向拟合，由各个调门流量特性参数点来描述流量特性曲线。调门流量特性参数中，流量指令采用实际计算流量，阀门开度采用真实阀门位置反馈。
[0093]表I某300MW机组的部分变负荷数据
【权利要求】
1.一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法，其特征在于，所述方法包括: 获取调门流量特性参数及燃烧优化参数； 根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定，获得调门开度、压力值及负荷值，并生成调门流量特性曲线； 根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化； 进行燃料扰动试验及调门扰动试验，生成包含汽机调门开度、机组负荷、主汽压力及煤量的典型试验参数； 利用所述的典型试验参数进行机组动态特性建模，生成机组动态模型； 根据协调控制器及所述的机组动态模型构建协调仿真系统； 利用所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行所述协调仿真系统的仿真验证； 在所述仿真系统中进行DCS组态及参数调试； 进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验，生成包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标； 判断所述的技术指标是否符合预定技术指标； 如果是，进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行。`
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述的典型试验参数进行机组动态特性建模之后，根据所述机组动态模型进行前馈控制器的优化之前，所述的方法还包括:根据所述的调门开度、压力值及负荷值修正滑压曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试之后，根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化之前，所述的方法还包括:根据所述的调门开度、压力值及负荷值修正滑压曲线。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，具体包括:根据所述机组动态模型进行前馈控制器的结构优化及前馈控制器的参数优化。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述的技术指标不符合预定技术指标，进行DCS协调系统的参数优化，然后重新进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行，包括: 进行滑压变负荷试验，获得所述的技术指标； 判断所述的技术指标是否符合所述预定技术指标； 如果否，进行DCS协调系统的参数优化，然后重新进行滑压变负荷试验，直到所述的技术指标符合所述预定技术指标。
7.一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化系统，其特征在于，所述系统包括: 参数获取单元，用于获取调门流量特性参数及燃烧优化参数； 调门流量特性测试单元，用于根据所述的调门流量特性参数进行调门流量特性测试及整定，获得调门开度、压力值及负荷值，并生成调门流量特性曲线； 燃烧优化单元，用于根据所述的燃烧优化参数进行风烟子系统及燃烧子系统的燃烧优化；扰动试验单元，用于进行燃料扰动试验及调门扰动试验，生成包含汽机调门开度、机组负荷、主汽压力及煤量的典型试验参数； 模型生成单元，用于利用所述的典型试验参数进行机组动态特性建模，生成机组动态模型； 仿真系统构建单元，用于根据协调控制器及所述的机组动态模型构建协调仿真系统；优化及验证单元，用于利用所述机组动态模型进行前馈控制器的优化，同时进行所述协调仿真系统的仿真验证； DCS实施单元，用于在所述仿真系统中进行DCS组态及参数调试； 定压或定负荷试验单元，进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验，生成包含变负荷速率、变负荷精度、变负荷响应时间及主汽压力精度的技术指标； 判断单元，用于判断所述的技术指标是否符合预定技术指标； 变负荷试验单元，用于进行滑压变负荷试验，使燃煤机组正常运行。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括: 滑压曲线修正单元，用于根据所述的调门开度、压力值及负荷值修正滑压曲线。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述优化及验证单元包括: 结构优化模块，用于根据所述机组动态模型进行前馈控制器的结构优化； 参数优化模块，用于根据所述机组动态模型进行前馈控制器的参数优化； 仿真验证模块，用于根据所述机组动态模型进行所述协调仿真系统的仿真验证。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括: 协调系统参数优化单元，用于当所述的技术指标不符合预定技术指标时，进行协调系统参数优化，然后利用定压或定负荷试验单元重新进行定压滑压变负荷试验及定负荷变压试验。
【文档编号】G05B19/418GK103513640SQ201310473377
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】李卫华, 康静秋, 杨振勇, 刘磊, 高爱国, 高春雨 申请人:国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司