基于ACE模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统的制作方法

基于ace模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统
技术领域
1.本发明属于火力发电机组控制领域，涉及一种基于ace模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统。


背景技术：

2.电力系统的互联不仅可以提高电网安全运行水平，还能协调不同子控制区域间能源结构的不平衡。其中子控制区域可以是一个省，也可以是一个片区，子控制区域之间通过联络线互相连通。各控制区域在执行计划的功率交换的基础上，每个控制区域负责处理本区域内所发生的负荷扰动，只有在紧急情况下给予相邻区域以临时性支援。区域控制偏差(area control error，ace)是判断该区域电网性能的一个重要参数。我国电力系统普遍采用联络线偏差控制(tieline bias control，tbc)方式来实现区域电网的联络线控制，tbc控制方式的ace计算公式为：
3.ace＝δp+b*δf
4.式中，δp为联络线的实际交换电功率与计划交换电功率的差值；b为负荷频率响应特性，是一常数值；δf是电力系统实测频率与基准频率的差值，我国电力系统的基准频率为50hz。
5.区域控制偏差(ace)是实时变化的，反映了电力系统供需的实时平衡关系。理想情况下，ace应保持为零，而事实上这是不可能的；因此正常情况下，ace应在零点上下波动并且应周期性地过零，并希望ace的幅值小于一定的限度。
6.我国的发电机组普遍具备自动发电控制(automatic generation control，agc)的功能，即按照调度中心设定的功率值或计划曲线，各发电机组按照一定的调节速率实时调整发电功率。通过对电力系统频率和子控制区域间的联络线功率进行实时采样并计算出各控制区域的ace值，调度中心将消除ace偏差的期望值分配给该控制区域参与agc控制的发电机组，受控的发电机组通过调整自身发电功率来消除电力系统频率和联络线交换功率的偏差，实现ace趋近于零。
7.风能、太阳能等新能源发电在我国电力系统中的占比逐渐增大，而风能、太阳能发电的波动等不确定性因素则会带来区域电力系统负荷短时大幅变化，因此需要具备较强负荷调节速率的受控发电机组根据调度中心指令快速调整出力，以满足电力系统频率、联络线功率控制的要求。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于ace模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统，该系统能够实现燃煤火电机组快速响应负荷指令变化的目的。
9.为达到上述目的，本发明所述的基于ace模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统包括带前馈的pid控制器、第一加法器、第一模拟量ai输入模块、第二模拟量ai
输入模块、第一模拟量ao输出模块、第二加法器、第三模拟量ai输入模块、第四模拟量ai输入模块、第五模拟量ai输入模块；
10.第四模拟量ai输入模块的输出端及第五模拟量ai输入模块的输出端与第二加法器的输入端相连接，第三模拟量ai输入模块的输出端及第二加法器的输出端与第一加法器的输入端相连接，第一模拟量ai输入模块的输出端、第二模拟量ai输入模块的输出端及第一加法器的输出端与带前馈的pid控制器的输入端相连接。
11.还包括第二模拟量ao输出模块、第三模拟量ao输出模块、第一模拟量选择器、第六模拟量ai输入模块、第七模拟量ai输入模块、第八模拟量ai输入模块、减法器、除法器、第一折线函数模块、第一开关量di输入模块、第二开关量di输入模块、第九模拟量ai输入模块、第三开关量di输入模块、第一高值判断器、低值判断器、第一逻辑与模块、第二逻辑与模块、逻辑或模块、逻辑非模块、延时断开器、第三逻辑与模块、第一绝对值模块、第二高值判断器、第四逻辑与模块、脉冲器、第二折线函数模块及第一常数块；
12.第六模拟量ai输入模块的输出端及第七模拟量ai输入模块的输出端与减法器的输入端相连接，第八模拟量ai输入模块的输出端及减法器的输出端与除法器的输入端相连接，除法器的输出端与第一折线函数模块的输入端、第三模拟量ao输出模块的输入端、第一绝对值模块的输入端及第二折线函数模块的输入端相连接，第一绝对值模块的输出端与第二高值判断器的输入端相连接，第三逻辑与模块的输出端及第二高值判断器的输出端与第四逻辑与模块的输入端相连接，第二折线函数模块的输出端及第四逻辑与模块的输出端与脉冲器的输入端相连接，脉冲器的输出端、第一折线函数模块的输出端及第一常数块的输出端与第一模拟量选择器的输入端相连接，第一模拟量选择器的输出端与第二模拟量ao输出模块的输入端相连接；
13.第九模拟量ai输入模块的输出端与第一高值判断器的输入端及低值判断器的输入端相连接，第二开关量di输入模块的输出端及第一高值判断器的输出端与第一逻辑与模块的输入端相连接，低值判断器的输出端及第三开关量di输入模块的输出端与第二逻辑与模块的输入端相连接，第一逻辑与模块的输出端及第二逻辑与模块的输出端与逻辑或模块的输入端相连接，逻辑或模块的输出端与逻辑非模块的输入端相连接，逻辑非模块的输出端与延时断开器的输入端相连接，延时断开器的输出端及第一开关量di输入模块的输出端与第三逻辑与模块的输入端相连接；
14.第二模拟量ao输出模块的输出端与第三模拟量ai输入模块的输入端相连接。
15.还包括第十模拟量ai输入模块、第三折线函数模块、第十一模拟量ai输入模块、第四折线函数模块、第一乘法器、第二常数块、大选器、第三加法器、第五折线函数模块、第二乘法器、小选器、第十二模拟量ai输入模块、第六折线函数模块、第二模拟量选择器、第三常数块、第二绝对值模块、第三高值判断器、惯性模块及第四模拟量ao输出模块；
16.第十模拟量ai输入模块的输出端与第三折线函数模块的输入端相连接，第十一模拟量ai输入模块的输出端与第四折线函数模块的输入端及第五折线函数模块的输入端相连接，第三折线函数模块的输出端及第四折线函数模块的输出端与第一乘法器的输入端相连接，第三折线函数模块的输出端及第五折线函数模块的输出端与第二乘法器的输入端相连接，第二常数块的输出端及第一乘法器的输出端与大选器的输入端相连接，第二常数块的输出端及第二乘法器的输出端与小选器的输入端相连接，小选器的输出端及大选器的输
出端与第三加法器的输入端相连接，第三加法器的输出端及第二模拟量选择器的输出端与惯性模块的输入端相连接，惯性模块的输出端与第四模拟量ao输出模块的输入端相连接；
17.第十二模拟量ai输入模块的输出端与第六折线函数模块的输入端及第二绝对值模块的输入端相连接，第二绝对值模块的输出端与第三高值判断器的输入端相连接，第三高值判断器的输出端、第三常数块的输出端及第六折线函数模块的输出端与第二模拟量选择器的输入端相连接；
18.其中，第四模拟量ao输出模块的输出端与第二模拟量ai输入模块的输入端相连接，第三模拟量ao输出模块的输出端与第十二模拟量ai输入模块的输入端相连接。
19.第四模拟量ai输入模块的输出信号为速率限制后负荷指令，第五模拟量ai输入模块的输出信号为一次调频负荷指令；第一模拟量ai输入模块的输出信号为机组的实际功率；
20.第六模拟量ai输入模块的输出信号为机组的目标负荷，第七模拟量ai输入模块的输出信号为速率限制后负荷指令，第八模拟量ai输入模块的输出信号为机组的负荷变化率，第一开关量di输入模块的输出信号为agc已投入的反馈信号，即当agc已投入，则输出为1，否则，则输出为0；第二开关量di输入模块的输出信号为降负荷过程的反馈信号，即机组处于降负荷过程，则输出为1，否则，则输出为0；第九模拟量ai输入模块的输出信号为一次调频负荷指令；第三开关量di输入模块的输出信号为升负荷过程的反馈信号，当机组处于升负荷过程，则输出为1，否则，则输出为0。
21.第一常数块的给定值＝0，第二常数块的给定值＝0，第三常数块的给定值≥0，第一高值判断器的给定值＞0，低值判断器的给定值＜0，第二高值判断器的给定值≥0，第三高值判断器的给定值＞0，延时断开器的给定值＞0。
22.本发明具有以下有益效果：
23.本发明所述的基于ace模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统在具体操作时，通过在汽机主控pid的设定值中叠加ace负荷修正指令，在汽机主控pid中增加ace前馈量，当调度中心下发的机组目标负荷发生变化时，汽轮机调阀可以快速动作，机组负荷随之快速响应，实现燃煤火电机组快速响应调度中心指令变化并及时消除电网区域控制偏差(ace)的能力，提高燃煤火电机组的响应调度中心的负荷指令变化的速率及响应时间，发电企业可以获得可观的调频辅助服务补偿收益；另外，需要说明的是，本发明可以在发电机组dcs系统中方便实现，不需要额外的设备和成本。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为本发明的部分结构图；
26.图3为本发明的部分结构图。
27.其中，1为带前馈的pid控制器、2为第一加法器、3为第一模拟量ai输入模块、4为第二模拟量ai输入模块、5为第一模拟量ao输出模块、6为第二加法器、7为第三模拟量ai输入模块、8为第四模拟量ai输入模块、9为第五模拟量ai输入模块、10为第二模拟量ao输出模块、11为第三模拟量ao输出模块、12为第一模拟量选择器、13为第六模拟量ai输入模块、14为第七模拟量ai输入模块、15为第八模拟量ai输入模块、16为减法器、17为除法器、18为第
一折线函数模块、19为第一开关量di输入模块、20为第二开关量di输入模块、21为第九模拟量ai输入模块、22为第三开关量di输入模块、23为第一高值判断器、24为低值判断器、25为第一逻辑与模块、26为第二逻辑与模块、27为逻辑或模块、28为逻辑非模块、29为延时断开器、30为第三逻辑与模块、31为第一绝对值模块、32为第二高值判断器、33为第四逻辑与模块、34为脉冲器、35为第二折线函数模块、36为第一常数块、37为第十模拟量ai输入模块、38为第三折线函数模块、39为第十一模拟量ai输入模块、40为第四折线函数模块、41为第一乘法器、42为第二常数块、43为大选器、44为第三加法器、45为第五折线函数模块、46为第二乘法器、47为小选器、48为第十二模拟量ai输入模块、49为第六折线函数模块、50为第二模拟量选择器、51为第三常数块、52为第二绝对值模块、53为第三高值判断器、54为惯性模块、55为第四模拟量ao输出模块，a为ace负荷修正指令、b为汽机主控pid设定值、c为ace汽机主控pid前馈、d为汽轮机调阀控制指令、e为ace负荷指令偏差、f为ace负荷修正指令的生成条件、g为ace负荷修正指令的有效时间、h为升负荷过程ace汽机主控pid前馈、i为降负荷过程ace汽机主控pid前馈、j为ace汽机主控pid前馈的惯性时间。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
29.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
30.参考图1至图3，本发明所述的基于ace模式下提高燃煤火电机组负荷响应速率的控制系统包括带前馈的pid控制器1、第一加法器2、第一模拟量ai输入模块3、第二模拟量ai输入模块4、第一模拟量ao输出模块5、第二加法器6、第三模拟量ai输入模块7、第四模拟量ai输入模块8、第五模拟量ai输入模块9、第二模拟量ao输出模块10、第三模拟量ao输出模块11、第一模拟量选择器12、第六模拟量ai输入模块13、第七模拟量ai输入模块14、第八模拟量ai输入模块15、减法器16、除法器17、第一折线函数模块18、第一开关量di输入模块19、第二开关量di输入模块20、第九模拟量ai输入模块21、第三开关量di输入模块22、第一高值判断器23、低值判断器24、第一逻辑与模块25、第二逻辑与模块26、逻辑或模块27、逻辑非模块28、延时断开器29、第三逻辑与模块30、第一绝对值模块31、第二高值判断器32、第四逻辑与模块33、脉冲器34、第二折线函数模块35、第一常数块36、第十模拟量ai输入模块37、第三折线函数模块38、第十一模拟量ai输入模块39、第四折线函数模块40、第一乘法器41、第二常数块42、大选器43、第三加法器44、第五折线函数模块45、第二乘法器46、小选器47、第十二模拟量ai输入模块48、第六折线函数模块49、第二模拟量选择器50、第三常数块51、第二绝
对值模块52、第三高值判断器53、惯性模块54及第四模拟量ao输出模块55；
31.第四模拟量ai输入模块8的输出端及第五模拟量ai输入模块9的输出端与第二加法器6的输入端相连接，第三模拟量ai输入模块7的输出端及第二加法器6的输出端与第一加法器2的输入端相连接，第一模拟量ai输入模块3的输出端、第二模拟量ai输入模块4的输出端及第一加法器2的输出端与带前馈的pid控制器1的输入端相连接。
32.第六模拟量ai输入模块13的输出端及第七模拟量ai输入模块14的输出端与减法器16的输入端相连接，第八模拟量ai输入模块15的输出端及减法器16的输出端与除法器17的输入端相连接，除法器17的输出端与第一折线函数模块18的输入端、第三模拟量ao输出模块11的输入端、第一绝对值模块31的输入端及第二折线函数模块35的输入端相连接，第一绝对值模块31的输出端与第二高值判断器32的输入端相连接，第三逻辑与模块30的输出端及第二高值判断器32的输出端与第四逻辑与模块33的输入端相连接，第二折线函数模块35的输出端及第四逻辑与模块33的输出端与脉冲器34的输入端相连接，脉冲器34的输出端、第一折线函数模块18的输出端及第一常数块36的输出端与第一模拟量选择器12的输入端相连接，第一模拟量选择器12的输出端与第二模拟量ao输出模块10的输入端相连接；
33.第九模拟量ai输入模块21的输出端与第一高值判断器23的输入端及低值判断器24的输入端相连接，第二开关量di输入模块20的输出端及第一高值判断器23的输出端与第一逻辑与模块25的输入端相连接，低值判断器24的输出端及第三开关量di输入模块22的输出端与第二逻辑与模块26的输入端相连接，第一逻辑与模块25的输出端及第二逻辑与模块26的输出端与逻辑或模块27的输入端相连接，逻辑或模块27的输出端与逻辑非模块28的输入端相连接，逻辑非模块28的输出端与延时断开器29的输入端相连接，延时断开器29的输出端及第一开关量di输入模块19的输出端与第三逻辑与模块30的输入端相连接。
34.第十模拟量ai输入模块37的输出端与第三折线函数模块38的输入端相连接，第十一模拟量ai输入模块39的输出端与第四折线函数模块40的输入端及第五折线函数模块45的输入端相连接，第三折线函数模块38的输出端及第四折线函数模块40的输出端与第一乘法器41的输入端相连接，第三折线函数模块38的输出端及第五折线函数模块45的输出端与第二乘法器46的输入端相连接，第二常数块42的输出端及第一乘法器41的输出端与大选器43的输入端相连接，第二常数块42的输出端及第二乘法器46的输出端与小选器47的输入端相连接，小选器47的输出端及大选器43的输出端与第三加法器44的输入端相连接，第三加法器44的输出端及第二模拟量选择器50的输出端与惯性模块54的输入端相连接，惯性模块54的输出端与第四模拟量ao输出模块55的输入端相连接；
35.第十二模拟量ai输入模块48的输出端与第六折线函数模块49的输入端及第二绝对值模块52的输入端相连接，第二绝对值模块52的输出端与第三高值判断器53的输入端相连接，第三高值判断器53的输出端、第三常数块51的输出端及第六折线函数模块49的输出端与第二模拟量选择器50的输入端相连接。
36.其中，第四模拟量ao输出模块55的输出端与第二模拟量ai输入模块4的输入端相连接，第三模拟量ao输出模块11的输出端与第十二模拟量ai输入模块48的输入端相连接，第二模拟量ao输出模块10的输出端与第三模拟量ai输入模块7的输入端相连接。
37.需要说明的是，第四模拟量ai输入模块8的输出信号为速率限制后负荷指令，第五模拟量ai输入模块9的输出信号为一次调频负荷指令；第一模拟量ai输入模块3的输出信号
为机组的实际功率；
38.第六模拟量ai输入模块13的输出信号为机组的目标负荷，第七模拟量ai输入模块14的输出信号为速率限制后负荷指令，第八模拟量ai输入模块15的输出信号为机组的负荷变化率，第一开关量di输入模块19的输出信号为agc已投入的反馈信号，即当agc已投入，则输出为1，否则，则输出为0；第二开关量di输入模块20的输出信号为降负荷过程的反馈信号，即机组处于降负荷过程，则输出为1，否则，则输出为0；第九模拟量ai输入模块21的输出信号为一次调频负荷指令；第三开关量di输入模块22的输出信号为升负荷过程的反馈信号，当机组处于升负荷过程，则输出为1，否则，则输出为0。
39.本发明的工作过程为：
40.1)设定第一常数块36的给定值＝0，第二常数块42的给定值＝0，第三常数块51的给定值≥0，第一高值判断器23的给定值＞0，低值判断器24的给定值＜0，第二高值判断器32的给定值≥0，第三高值判断器53的给定值＞0，延时断开器29的给定值＞0；
41.2)获取机组的目标负荷、负荷变化率、速率限制后负荷指令、agc投入信号、升负荷过程信号、降负荷过程信号、一次调频负荷指令、主汽压力偏差及实际功率；
42.3)根据目标负荷、速率限制后负荷指令及负荷变化率求取ace负荷指令偏差e；
43.4)根据ace负荷指令偏差e得到ace负荷修正指令a；根据agc投入信号、升负荷过程信号、降负荷过程信号、一次调频负荷指令及ace负荷指令偏差e得到ace负荷修正指令a的生成条件f；根据ace负荷指令偏差e得到ace负荷修正指令a的有效时间g；
44.5)根据ace负荷修正指令a及主汽压力偏差分别得到升负荷过程ace汽机主控pid前馈h及降负荷过程ace汽机主控pid前馈i，再根据升负荷过程ace汽机主控pid前馈h及降负荷过程ace汽机主控pid前馈i得到ace汽机主控pid前馈c；根据ace负荷指令偏差e得到ace汽机主控pid前馈c的惯性时间j；
45.6)根据速率限制后负荷指令、一次调频负荷指令及ace负荷修正指令a得到汽机主控pid的设定值b；
46.7)根据汽机主控pid的设定值b、实际功率及ace汽机主控pid前馈c求取汽轮机调阀控制指令d。