一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及火电机组控制，具体涉及一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、现代大型火电机组协调控制系统通常将电功率和主蒸汽压力同时作为控制目标，即双目标控制系统。由于控制系统需同时兼顾电功率和主蒸汽压力，造成火电机组协调控制困难，难以适应当前火电机组的灵活性运行要求。此外，由于目前大规模可再生能源的介入，火电机组处于超低负荷下运行状态，对于超临界机组存在汽水分离器干湿态转换的问题，故常将汽水分离器出口温度或焓值也作为控制目标，即与原有的电功率和主蒸汽压力共同作用，形成三目标控制系统，进一步增加了机组协调控制难度。

2、针对上述问题，相关学者提出了模型预测控制算法、非线性预测控制算法和多模型预测控制算法等多种火电机组机炉协调控制算法。然而，上述算法存在复杂度高，需要外挂其他系统来辅助实施，难以直接在现有分布式控制系统中组态实现，导致了火电机组控制的高昂成本，影响了火电机组控制的效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种火电机组机炉协调控制方法、系统、设备及介质，仅以负荷指令作为机组控制目标，能够进行快速有效的火电机组协调控制，保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的运行经济性，以解决上述技术背景中提出的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种火电机组机炉协调控制方法，火电机组包括锅炉和汽轮机，方法包括：

3、接收负荷指令；

4、将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作；

5、将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

6、本发明的火电机组机炉协调控制方法仅以负荷指令作为机组控制目标，极大的简化了控制方案；通过接收实际的负荷指令，并以此分别获得锅炉和汽轮机的控制指令，用于实现快速有效的火电机组协调控制；通过预设高压调门阀位反馈控制回路保证了机组始终处于最佳运行状态，减少运行参数波动的同时保持较高的经济运行。本发明能够消除双目标控制方案中由于负荷指令与主蒸汽压力深度耦合引起的参数大幅波动，减少了双目标控制方案造成的较长控制时长，不仅可使机组具有更高的运行灵活性，同时还能保证机组运行在最为经济的工况下，保证了机组的运行经济性。

7、在一种可选的实施方式中，将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令的过程，包括：

8、将负荷指令通过比例微分控制器形成锅炉负荷前馈控制回路，得到锅炉负荷前馈控制信号；

9、将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过比例积分控制器形成锅炉负荷反馈控制回路，得到锅炉负荷反馈控制信号；

10、将锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到锅炉主控指令。

11、本发明的锅炉主控指令是基于锅炉负荷反馈控制信号与锅炉负荷前馈控制信号相加得到的。具体地，仅以负荷指令为控制目标，通过对锅炉主控指令设定锅炉负荷前馈控制回路和反馈控制回路两种反馈方式，在保证机组输入的能量与需要的能量基本一致的同时，更能保证机组运行在最为经济的工况下，使机组具有更高的运行灵活性。

12、在一种可选的实施方式中，将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号的过程，包括：

13、将负荷指令与实际电功率通过偏差比较器得到功率差值信号，将功率差值信号通过第一非线性控制环节得到第一输出信号；

14、将第一输出信号通过比例积分控制器形成汽轮机负荷反馈控制回路，得到汽轮机负荷反馈控制信号。

15、本发明利用汽轮机负荷反馈控制回路得到汽轮机负荷反馈控制信号来控制汽轮机的工作，汽轮机负荷反馈控制回路使机组具有快速负荷响应能力和一次调频能力，同时有利于降低机组负荷的大幅波动。

16、在一种可选的实施方式中，预设高压调门阀位反馈控制回路用于使汽轮机高压调门处于最佳运行阀位，则基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令的过程，包括：

17、将高压调门实际阀位信号与预设最佳运行阀位信号通过偏差比较器得到阀位差值信号，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号；

18、将汽轮机负荷反馈控制信号与阀位反馈控制信号相加得到汽轮机控制指令。

19、本发明利用预设高压调门阀位反馈控制回路来保证机组能够始终处于要求的最佳阀位。由于无需考虑汽轮机主汽压力给定值的设置，因此对于滑压运行方式可以省略寻找最优负荷-压力曲线等额外工作，仅需给出最佳运行阀位即可，能够大幅降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性，同时也能保证机组的运行经济性。

20、在一种可选的实施方式中，将阀位差值信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号前，还包括：

21、将阀位差值信号通过第二非线性控制环节得到第二输出信号；

22、将第二输出信号通过比例积分控制器得到阀位反馈控制信号。

23、本发明利用第二非线性控制环节来防止阀门频繁动作造成参数的波动，一定程度上有助于降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性。

24、在一种可选的实施方式中，负荷指令通过负荷指令处理系统生成。

25、本发明的火电机组的负荷指令通过负荷指令处理系统生成，具有获取便捷的优势，能够适应当前火电机组的灵活性运行要求。

26、在一种可选的实施方式中，通过设置最佳高压阀门运行阀位来保证火电机组处于滑压运行。

27、本发明中通过设置最佳高压阀门运行阀位使火电机组处于滑压方式运行，能够使汽轮机高压调节气门保持较大开度，一方面可防止机组快速升负荷期间主蒸汽超压运行，另一方面可保证汽轮机通流部分，尤其是高压缸的蒸汽温度变化较小，不仅降低热应力，有效减少机组疲劳损耗，同时具有较好的运行经济性。

28、第二方面，本发明提供了一种火电机组机炉协调控制系统，系统包括：

29、负荷信息接收模块，用于接收负荷指令；

30、锅炉控制模块，用于将负荷指令通过预设锅炉负荷前馈控制器得到锅炉负荷前馈控制信号，以及将负荷指令进行偏差处理后通过预设锅炉负荷反馈控制器得到锅炉负荷反馈控制信号，基于锅炉负荷前馈控制信号和锅炉负荷反馈控制信号得到锅炉主控指令，锅炉主控指令用于控制锅炉工作；

31、汽轮机控制模块，用于将负荷指令进行偏差处理后通过预设汽轮机负荷反馈控制器得到汽轮机负荷反馈控制信号，基于汽轮机负荷反馈控制信号和预设高压调门阀位反馈控制回路输出的阀位反馈控制信号得到汽轮机控制指令，汽轮机控制指令用于控制汽轮机工作。

32、本发明基于火电机组机炉协调控制系统，仅以电功率作为单一的控制目标，极大的简化了控制方案，可在分布式控制系统中直接组态完成，或在分布式控制系统中对机组原有控制系统稍作修改即可。由于无需考虑汽轮机主汽压力给定值的设置，对于滑压运行方式可以省略寻找最优负荷-压力曲线等额外工作，仅需通过预设高压调门阀位反馈控制回路给出最佳运行阀位即可，能够大幅降低机组运行参数的波动，使机组具有较好的运行灵活性，保证了机组的运行经济性。

33、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种火电机组机炉协调控制方法。

34、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种火电机组机炉协调控制方法。