一种火电机组协调控制系统试验系统的制作方法

本实用新型属于火电机组自动控制技术领域，具体涉及一种火电机组协调控制系统试验系统。

背景技术：

火力发电机组机炉协调控制系统作为机组的负荷控制中心，在新建机组调整试运及以后的生产中，对稳定机组运行、提高机组自动化水平、提高机组的负荷适应能力具有重要作用，在对机组调整试运质量检验指标及机组性能考核试验指标中，该系统调试质量有着突出比重。

机炉协调控制系统一般由分散控制系统(DCS)作为电子控制装置。由于种种原因，在设计、制造阶段，难以保证机炉协调控制系统的合理性和完善性，现场的二次设计、组态修改是难免的。针对该系统复杂、涉及子系统较多、运行方式多样、现场修改多的特点，采用常规的试验仪器模拟现场信号的方法难以满足该系统静态模拟试验的要求。

专利文献《火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法》公开了一种对DCS控制功能进行动态测试的仿真模型，具体为：在DCS系统内部，用DCS组态工具搭建控制对象的简化仿真模型，从而使控制回路形成闭环。但是该仿真模型是一种软件模块，且位于DCS系统内部，灵活性差，对DCS系统依赖性强。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种火电机组协调控制系统试验系统，以解决现有的火电机组协调控制系统试验系统灵活性差，对DCS系统依赖性强的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的火电机组协调控制系统试验系统包括火电机组协调控制系统，该系统还包括火电机组协调控制系统试验装置，所述火电机组协调控制系统试验装置与火电机组协调控制系统独立设置；所述火电机组协调控制系统试验装置包括控制器，所述控制器上连接有输入、输出组件，所述输入组件与火电机组协调控制系统的信号输出接口连接，所述输出组件与火电机组协调控制系统的信号输入接口连接。

所述火电机组协调控制系统试验装置包括电源模块，用于为控制器供电。

所述火电机组协调控制系统为DCS控制系统。

本实用新型的有益效果：本实用新型的火电机组协调控制系统试验系统将火电机组协调控制系统试验装置设置于火电机组协调控制系统外部，降低了对DCS系统依赖性，提高了试验装置应用的灵活性。

本实用新型的试验系统一部分采用试验装置进行信号仿真，一部分采用实际的DCS控制装置进行实际运行，即该系统采用部分仿真和部分实际相结合的方式进行，既保证了试验的全面完整性，又提供了一个较为真实的试验环境，并且也降低了试验的复杂性，其效果是使用试验仪器简单模拟现场信号所难以比拟的。

附图说明

图1为火电机组协调控制系统试验装置示意图；

图2为火电机组协调控制系统试验系统示意图；

图3为火电机组协调控制系统试验装置仿真信号流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步详细介绍。

如图1所示，该系统中的火电机组协调控制系统试验装置包括控制器及与控制器连接的输入、输出模件。该模拟量输入、输出模件用于试验装置和协调控制系统之间的模拟量信号传输，即试验装置的AO模件用于连接火电机组协调控制系统的AI模件；试验装置的AI模件用于连接火电机组协调控制系统的AO模件。试验装置的控制器中预设有试验仿真逻辑，用于根据协调控制系统输入的信号，计算协调控制系统试验时所需的参量。

采用Siemens S7系列PLC为试验装置的硬件装置，并且该装置还设置有电源模块，该电源模块用于为该硬件装置供电。

试验装置中的AO模件和AI模件为现有技术中常见的输入输出组件，这里不再对其具体结构进行详细阐述。

作为其他实施方式，该系统中的火电机组协调控制系统试验装置还可以采用现有技术中试验装置，如参考文献《火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法》(专利号：CN 102446233 A)中的控制对象简化仿真模型。

协调控制系统与协调试验装置相关的连接信号如下：

(1)协调控制系统输出至试验装置的信号有：总燃料量、汽机阀位指令(锅炉主控输出)。

(2)试验装置反馈至协调控制系统的信号有：主蒸汽压力、发电机功率、汽机调节级级力、汽包压力。

当控制器接收到协调控制系统发送的总燃料量及汽机阀位指令时，控制器内部预设的试验仿真逻辑将会根据上述信号进行仿真计算得到主蒸汽压力、发电机功率、汽机调节级级力、汽包压力等参量，并将这些参量反馈至协调控制系统。下面对控制器中预设的试验仿真逻辑进行详细阐述：

仿真模型的结构如图3所示，主要由锅炉主汽压力、汽包压力模拟回路和汽机第一级后压力、发电机功率模拟回路组成。

汽包压力、主汽压力仿真信号生成过程如下：

总燃料流量经过纯迟延功能块计算后，再经过两个一阶惯性功能模块计算生成锅炉燃烧热量信号；

锅炉燃烧热量信号与汽机阀位和主汽压力的乘积信号即汽机消耗的蒸汽能量信号进行偏差运算，生成偏差信号；所述生成的偏差信号进行积分运算；

积分运算输出信号为仿真的汽包压力信号；

积分运算输出信号再经过一阶滞后运算，生成的信号为主汽压力仿真信号。

汽机调节级后压力仿真信号和发电机功率仿真信号生成过程如下：

汽机阀位信号和主汽压力仿真信号相乘，生成汽机消耗的蒸汽能量信号；

汽机消耗的蒸汽能量信号经过一阶滞后运算后，生成的信号为汽机调节级后压力仿真信号；

汽机调节级后压力仿真信号分别经过两个一阶滞后运算后，分别生成高、中压缸功率仿真信号和低压缸功率仿真信号

高中压缸功率仿真信号和低压缸功率仿真信号经过加法运算，生成的信号发电机功率仿真信号。

仿真计算原理说明如下：

锅炉参数模拟采用能量平衡方式，总燃料量经两个一阶惯性环节产生的信号代表炉侧燃烧热量，汽压对燃料扰动的纯延迟时间较小予以忽略。该热量信号与汽机消耗的蒸汽能量进行比较，其差值经积分环节模拟汽包压力变化过程，积分速率由同类型机组特性近似确定。汽包压力经主汽管阻容特性产生主汽压力。该模型能够较为切实地反映燃烧率扰动、汽机调节汽门时扰动电功率开环、闭环工况下主汽压力不同的响应过程。

汽机进汽量通过主汽压力与调节汽门开度的乘积进行计算，其中，高压缸做功与中低压缸做功之比按1：3计算，中间再热时间常数按10秒计算，时间常数较小的环节予以忽略。

上述设计好的仿真模型的计算过程如下：

(1)炉内燃烧与传热过程：

根据对仿真模型精度的要求，可对锅炉模型进行必要的简化,

炉内燃烧与传热过程可简化为具有纯迟延的一阶惯性传递函数模型表示。

ΔQ＝[1/(T₂S+1)]ΔF (2)

式中：ΔF——炉膛燃烧强度；ΔB——进入炉膛的燃料量；ΔQ——锅炉受热面总有效吸热量(用蒸汽流量单位表示)；τ₁、T₁、T₂、k₁——常数，可通过计算或试验求得。

(2)汽包压力的传递关系：

把锅炉和蒸汽管道的蓄热能力分开，锅炉的蓄热量可表示为：

ΔQ-ΔD＝C_k(dP_k/dt) (3)

式中：ΔQ——锅炉的总有效吸热量；ΔD——进入蒸汽管道的蒸汽流量；C_k——锅炉的蓄热系数，可由试验确定；P_k——蒸汽管道入口的蒸汽压力，可用汽包压力代替。

将上式进行必要的推导，则有：

式中：C₀——常数。

将上式写为传递函数的形式，则可表示为：

ΔP_k＝(1/T_CS)(ΔQ-ΔD) (5)

式中：T_C——与锅炉热容量相关的积分时间常数。

(3)蒸汽流量与发电机功率：

由汽机原理可知，对于中间再热机组，蒸汽流量—汽轮机功率通道传递函数可写为：

W_T(s)＝K_N[(aT_ss+1)/(T_ss+1)][1/(1+T_as)] (6)

式中：а——汽机高压缸功率在总功率中的比例；T_s——中间再热器的时间常数；T_a——汽机时间常数。

如图2所示，火电机组协调控制系统试验系统包括火电机组协调控制系统和火电机组协调控制系统试验装置，火电机组协调控制系统和火电机组协调控制系统试验装置上均设置有AO/AI模件，火电机组协调控制系统的AO模件与火电机组协调控制系统试验装置的AI模件连接，火电机组协调控制系统的AI模件与火电机组协调控制系统试验装置的AO模件连接；火电机组协调控制系统试验装置还包括有控制器，该控制器中预设有试验仿真逻辑，用于根据协调控制系统输入的信号，计算协调控制系统试验时所需的参量。

上述预设的试验仿真逻辑与上述试验装置的仿真逻辑一致，这里不再详细阐述。

本实施例中的火电机组协调控制系统采用分散控制系统DCS，对于分散控制系统DCS的具体结构参见现有技术中的DCS，这里不再详细阐述。

机炉协调主控系统主要由汽机主控和锅炉主控组成。汽机主控在协调方式完成功率(有压力偏差修正)闭环调节，在汽机跟随方式完成机前压力调节。锅炉主控在协调方式完成压力(有功率偏差修正)闭环调节，在锅炉跟随方式完成机前压力调节。锅炉主控输出直接作为燃料指令，燃料反馈有汽包压力微分的修正。

该试验采用部分仿真与部分实际运行相结合的方式进行。该试验采用部分仿真与部分实际运行相结合的方式进行。断开主汽压力、发电机功率、汽机第一级压力、汽包压力等信号与现场信号的软件连接，使之连接仿真模型的相应参数，锅炉MFT复位，实际启动给粉机，首先对燃料调节系统进行动态整定，之后对机炉协调主控系统的主要参数发进行仿真试验，并进行相应的方式切换、事故处理(RB方式)试验。试验中各主要相关系统状态如下表一：

表一：仿真试验时各相关系统状态一览表