专利名称：电力系统中rb项目参数的确定方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统，具体地，涉及一种电力系统中RB项目参数的确定方法及装置。
背景技术：
火电机组在重要辅机发生故障跳闸时，瞬间失去部分带负荷能力，对机组控制的快速响应与稳定运行是一项严峻的挑战。机组的快减负荷功能(RUNBACK，以下简称RB)的设计目的就是确保在机组主要辅机发生故障的快速暂态工况下，通过对各种不同工况与运行方式下的逻辑判断与控制策略的选择，自动完成将机组的负荷降至与当前运行设备允许出力对应的目标负荷，同时保证主要调节系统工作正常，维持机组主要参数在允许范围内。大型火电机组RB功能的设计是一项具有很高的工况适应性与自动功能完善性的自动决策与控制系统工程。RB试验作为电厂机组调试或者大修后最重要的试验之一，其试验项目的一次性成功率和有效投入对于保证机组安全运行、减少机组非计划停运次数具有决定性的意义，对电厂侧的机组安全和电网侧的供电安全均具有举足轻重的作用。
但是，现有的RB试验方案设计虽然提供实现了机组RB功能的技术流程和原则，但是并未对实际RB发生时的机组的特性进行测试和评估，依照现有方案经常会发生同一厂的几台机组在设备同型、同样工况、且采用相同的RB控制逻辑进行RB试验时，试验结果却不一致的问题。例如，某厂4台同型的600MW的汽包炉在大修后进行RB试验，其中，1#机组的RB试验均一次成功，可2#机组、3#机组、4#机组在RB的设计主体逻辑在完全一致的情况下均有部分项目不能一次成功，有的甚至多次不成功且项目不同。这是由于同型机组的特性不会完全一致，在RB流程设计一致的情况下，决定RB是否成功的关键取决于机组主参数例如煤量变化率、主汽压变化率、滑压目标值、减煤目标值、重要辅机的限定值和限定速率等动态模拟量的具体设置。现有方案并未提供和涉及上述关键参数的设定方法和设置依据，上述重要参数的设定完全凭借试验人员自身的经验所设，因此造成了试验结果的不一致性和试验成功率的不确定性，从而加重了试验的风险不利于电厂的安全稳定运行。发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种电力系统中RB项目参数的确定方法及装置，以解决现有技术中的RB试验由于RB项目参数仅凭经验值设置而导致的RB试验成功率不稳定的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种电力系统中RB项目参数的确定方法，该方法包括:根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性；根据实际工作系统建立所述RB项目对应的系统仿真模型；根据所述机组主要参数之间的动态特性在所述系统仿真模型中进行RB项目仿真试验；根据所述RB项目仿真试验结果确定所述RB项目参数。
根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性之前，所述的方法还包括:根据单磨跳闸扰动试验获取单磨跳闸与所述机组主要参数之间的动态特性。
具体地，上述RB项目包括以下至少之一:给水泵RB、炉水泵RB、磨煤机RB、空预器RB、一次风机RB、送引风机RB。
当上述RB项目为一次风机RB时，所述的机组主要参数包括:机组负荷、主汽压力、煤量、汽机调阀；所述RB项目参数包括:滑压目标和滑压速率。
所述根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性包括:根据煤量扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性；根据阀门扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性。
当上述RB项目为给水泵RB时，所述的机组主要参数包括:水量、汽包水位、蒸汽量；所述RB项目参数包括:给水泵勺管最大值和给水泵勺管最大速率。
所述根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性包括:根据蒸汽量扰动试验获得蒸汽量扰动下汽包水位动态特性；根据勺管扰动试验获得勺管扰动下汽包水位动态特性。
本发明实施例还提供一种电力系统中RB项目参数的确定装置，所述装置包括:主参数动态特性建立单元，用于根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性；系统仿真模型建立单元，用于根据实际工作系统建立所述RB项目对应的系统仿真模型；仿真试验执行单元，用于根据所述机组主要参数之间的动态特性在所述系统仿真模型中进行RB项目仿真试验；RB项目参数确定单元，用于根据所述RB项目仿真试验结果确定所述RB项目参数。
上述的装置还包括:单磨跳闸-主参数动态特性获取单元，根据单磨跳闸扰动试验获取单磨跳闸与所述机组主要参数之间的动态特性。
上述仿真试验执行单元执行的RB项目仿真试验包括以下至少之一:给水泵RB仿真试验、炉水泵RB仿真试验、磨煤机RB仿真试验、空预器RB仿真试验、一次风机RB仿真试验、送引风机RB仿真试验。
当仿真试验执行单元执行一次风机RB仿真试验时，所述的机组主要参数包括:机组负荷、主汽压力、煤量、气机调阀；所述RB项目参数包括:滑压目标和滑压速率。
上述主参数动态特性建立单元包括:第一主参数动态特性建立模块，用于根据煤量扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性；第二主参数动态特性建立模块，用于根据阀门扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性。
当仿真试验执行单元执行给水泵RB仿真试验时，所述的机组主要参数包括:水量、汽包水位、蒸汽量；所述RB项目参数包括:给水泵勺管最大值和给水泵勺管最大速率。
上述主参数动态特性建立单元包括:第三主参数动态特性建立模块,用于根据蒸汽量扰动试验获得蒸汽量扰动下汽包水位动态特性；第四主参数动态特性建立模块，用于根据勺管扰动试验获得勺管扰动下汽包水位动态特性。
借助于上述区别技术特征至少之一，通过先建立RB项目与主参数之间的动态特性，然后进行RB仿真试验，之后再根据仿真试验结果确定RB项目参数，可以提高实际RB试验的成功率和稳定性。
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。
图1是根据本发明实施例的电力系统中RB项目参数确定方法的流程图2是从DCS系统直接导出的煤量扰动试验的负荷和压力动态特性曲线图3在Matlab中仿真得到的煤量扰动的压力负荷特性趋势图。
图4是根据本发明实施例的一次风机RB试验仿真模型系统示意图5是RB试验仿真模型模拟实际试验动态变化的趋势图6是新的一次风RB试验动作趋势图7是模拟RB发生时汽、水动态特性控制方案仿真模型系统示意图8(a)是负荷不变时水位设定值扰动试验水位变化趋势图8(b)是正常变负荷时汽包水位动态特性变化趋势图9是模拟给水RB发生时主汽流量和汽包水位暂态变化趋势图10是采用新设置的参数后实际给水泵RB试验汽水动态变化实时趋势分析图11是采用新设置的参数后给水泵RB仿真试验动作趋势图12是根据本发明实施例的电力系统中RB项目参数确定装置的结构框图13是根据本发明实施例的电力系统中RB项目参数确定装置的具体结构框图14是根据本发明实施例的主参数动态特性建立单元I的结构框图15是根据本发明实施例的主参数动态特性建立单元I的具体结构框图。
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作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。
由于现有方案中的RB项目参数还未有科学的设定方法和设置依据，仅凭借试验人员自身的经验所设，因此造成了 RB试验结果的不一致性和成功率的不确定性，从而导致了电厂的安全隐患问题。基于此，本发明实施例提供一种电力系统中RB项目参数的确定方法和装置。以下结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一
本发明实施例提供一种电力系统中RB项目参数的确定方法，图1是该方法的流程图,如图1所示,该方法包括:
步骤101，根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性；
步骤102，根据实际工作系统建立RB项目对应的系统仿真模型；
步骤103，根据机组主要参数之间的动态特性在系统仿真模型中进行RB项目仿真试验；
步骤104，根据RB项目仿真试验结果确定RB项目参数。
由以上描述可以看出，通过先建立RB项目与主参数之间的动态特性，然后进行RB仿真试验，之后再根据仿真试验结果确定RB项目参数，通过建模确定的RB项目参数相比于现有技术中的经验值，在实际RB试验的成功率和稳定性上都有较好的提高。
在根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性之前，上述方法还包括:根据单磨跳闸扰动试验获取单磨跳闸与机组主要参数之间的动态特性。通过单磨跳闸扰动试验，可以为RB试验中各个主参数的变化提高分析依据。
在具体实施时，RB项目包括以下至少之一:给水泵RB、炉水泵RB、磨煤机RB、空预器RB、一次风机RB、送引风机RB。
例如，当进行一次风机RB试验时，上述的机组主要参数包括:机组负荷、主汽压力、煤量、气机调阀；RB项目参数包括:滑压目标和滑压速率。上述的根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性具体包括:根据煤量扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性；根据阀门扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性。
又例如，当进行给水泵RB时，上述的机组主要参数包括:水量、汽包水位、蒸汽量；上述RB项目参数包括:给水泵勺管最大值和给水泵勺管最大速率。上述根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性包括:根据蒸汽量扰动试验获得蒸汽量扰动下汽包水位动态特性；根据勺管扰动试验获得勺管扰动下汽包水位动态特性。
以下以一次风机RB试验为例，来详细描述本发明实施例。
一、为建立RB系统仿真模型，需要根据系统结构及信号是否可测、信号之间关联性划分辨识环节，通过推导控制系统的动态过程确定每一环节的传递函数。
当需要建立机组负荷、主汽压力、煤量、汽机调阀各个参数之间的动态特性时，首先机组工况应稳定，尽量减少其他因素的干扰。具体地动态特性试验过程如下:
a)煤量扰动试验
在机组负荷50% MCR,70% MCR两个阶段，机组负荷稳定工况下，解除锅炉主控自动，保持大机阀位开度不变，手动迅速阶跃增加燃料量10t/h或以上，测试机组主汽压力及负荷的变化趋势，得到锅炉不同负荷下主汽压力和负荷对煤量的传递函数，并记录下锅炉主汽压力和负荷产生的时间(即纯迟延)。即，先进行加燃料试验，待试验结束负荷稳定后，手动减少燃料量10t/h，分别测试升、降负荷时的锅炉特性并建模。
b)阀门扰动试验
在机组负荷50% MCR,70% MCR两个阶段，机组负荷稳定工况下，解除锅炉主控自动，保持煤量不变，手动迅速阶跃增加大机阀门开度(综合阀位)5%或以上，测试机组主汽压力及负荷的变化趋势，得到锅炉不同负荷下主汽压力和负荷对阀门的传递函数，并记录下锅炉主汽压力和负荷产生的时间(即纯迟延)。即，先进行开阀门特性试验，待试验结束负荷稳定后，手动减少大机阀门开度(综合阀位)5%，分别测试升、降负荷时的锅炉特性并建模。
c)定压变负荷试验
在定压运行方式下，投入协调，进行变负荷率试验。试验范围在50% 100%负荷段，变负荷值拟定50 100MW，变负荷率由5MW/min逐步改为9MW/min、12MW/min,观察机组主要参数变化趋势并建模。
d)定负荷变压试验
运行人员在定压方式下手动改变机前压力目标值，机前压力变化速率0.2MPa/min左右，根据响应曲线，观察机组主要参数变化趋势并建模。
待完成上述试验后，从机组实际DCS系统的历史趋势中导出作为各个辨识环节的输入输出参数，采用传递函数法建立调节系统的数学模型结构图，应用递推最小二乘辨识算法确定模型中的待辨识模型参数。可辨识出燃料扰动下压力的动态特性、燃料扰动下负荷的动态特性、调门扰动下压力的动态特性、调门扰动下负荷的动态特性，将已辨识模型的参数与原始数据曲线对比，进行辨识精度的确定。同理，可针对具体的RB试验项目辨识出和试验项目相关的所有动态环节的特性，在仿真软件中构建模型库，从而模拟实际RB发生时的状态。
二、为评定机组的RB能力，RB试验前均应进行了单磨跳闸扰动试验。通过试验获取单磨跳闸对机组主参数影响的动态特性，具体包括:获取单磨跳闸对机组负荷、主汽温、主汽压力、汽包水位、一次风压、炉膛负压、总风量的动态特性。这样，通过获取的动态特性信息可以为RB试验中各个主参数的变化提供分析依据。
三、针对需要进行的RB项目(包括给水泵RB、炉水泵RB、空预器RB、一次风机RB、送引风机RB)，按照预定的试验顺序，逐个搭建单个RB试验的仿真模型和平台，一般情况下试验按照成功率由高到低的原则进行，依次为送引风机RB、空预器RB、一次风机RB、炉水泵RB、给水泵RB进行。搭建单项RB模型后根据上述一、二中获取的动态特性和参数对RB试验中设置的RB项目参数进行仿真，预估实际RB试验的结果并进行相应的优化。并通过实际进行的RB试验不断对仿真模型进行完善和修正。
在本发明实施例中，采用电厂机组的计算机控制系统(如DCS系统)和建模仿真分析软件(例如Matlab)共同实现。通过DCS可采样得到各控制信号，逻辑方案的组态也在DCS中实现。实施例中所用PID、加法块、滤波块、减法块、乘法块、无扰切换模块、MA手操器等均为数字控制系统中常用算法块，其整定和计算比较方便。Matlab中的Simulink模块组作为一个专用的对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，能在连续和离散时域中建模，广泛应用在信号处理和自动控制等领域。通过Simulink建模仿真，首先优化各个工况下RB的控制方案是其控制基本，在控制方案选择有效的前提下，进一步对各个控制参数有针对性的调整，即可实现最佳的效果。
在实际操作中，一次风机RB是风机RB中失败率最高的RB项目，而送弓I风机RB和空预器RB —次成功率相对较高，而后者的的优化方法、步骤、建模仿真流程均与前者一致，仅是建模对象不同。
以下以一次风机RB、给水泵RB为实例，详细说明本发明实施例的具体实施方式
。
一、某台300MW汽包炉采用两台一次风机，当一次风机RB时滑压目标应遵循缓慢释放锅炉热量，而不是经济滑压曲线。由于现有的RB方案中滑压设定值和滑压速率凭定经验值设定，设置不合理致使一次风机RB试验失败。以滑压设定值和滑压速率设置为例，说明本方案RB参数的设置优化过程:
I)通过上述步骤一中具体的扰动试验方案以建立机组负荷、主汽压力、煤量、汽机调阀各个参数之间的动态特性。
首先为煤量扰动试验，对锅炉蒸汽产生时间和煤量扰动下负荷和压力的特性测试。即，在机组负荷210MW且机组负荷稳定工况下，解除锅炉主控和机主控自动，手动迅速阶跃增加燃料量10t/h，测试机组主汽压力及负荷的变化趋势，得到锅炉对象传递函数。试验数据和图形均由电厂DCS系统历史数据趋势分析功能记录并保存，可直接从DCS系统中导出进行模型拟合。数据采样周期为ls，采集时间为1600s，获得1600组数据。由于现场实际测量的数据中存在不利于辨识的高频部分，为了提高辨识精度，对数据组中的坏点进行剔除，并对数据组进行平均值为1.5s的滤波处理，然后进行趋势化和标么化处理，从DCS系统直接导出的煤量扰动试验的负荷和压力动态特性曲线如图2所示。
对于直吹式制粉系统，从燃烧率变化到主汽压开始变化之间的过程为主汽压力对燃烧率的响应特性的纯延迟时延τ，即为图2中的tl，从主汽压开始变化到压力最终稳定的时间(即为图2中的t2)的67.3%左右为惯性时延Tc。试验测得主汽压力飞升特性的纯延迟时延τ分别为50s，惯性时延Tc为406s，得到组煤量对主汽压力的传递函数为:
权利要求
1.一种电力系统中RB项目参数的确定方法，其特征在于，所述的方法包括: 根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性； 根据实际工作系统建立所述RB项目对应的系统仿真模型； 根据所述机组主要参数之间的动态特性在所述系统仿真模型中进行RB项目仿真试验； 根据所述RB项目仿真试验结果确定所述RB项目参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性之前，所述的方法还包括: 根据单磨跳闸扰动试验获取单磨跳闸与所述机组主要参数之间的动态特性。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述RB项目包括以下至少之一: 给水泵RB、炉水泵RB、磨煤机RB、空预器RB、一次风机RB、送引风机RB。
4.根据权利要求3所 述的方法，其特征在于，所述RB项目为一次风机RB时， 所述的机组主要参数包括:机组负荷、主汽压力、煤量、气机调阀； 所述RB项目参数包括:滑压目标和滑压速率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性包括: 根据煤量扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性； 根据阀门扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述RB项目为给水泵RB时， 所述的机组主要参数包括:水量、汽包水位、蒸汽量； 所述RB项目参数包括:给水泵勺管最大值和给水泵勺管最大速率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性包括: 根据蒸汽量扰动试验获得蒸汽量扰动下汽包水位动态特性； 根据勺管扰动试验获得勺管扰动下汽包水位动态特性。
8.一种电力系统中RB项目参数的确定装置，其特征在于，所述的装置包括: 主参数动态特性建立单元，用于根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性； 系统仿真模型建立单元，用于根据实际工作系统建立所述RB项目对应的系统仿真模型； 仿真试验执行单元，用于根据所述机组主要参数之间的动态特性在所述系统仿真模型中进行RB项目仿真试验； RB项目参数确定单元，用于根据所述RB项目仿真试验结果确定所述RB项目参数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括: 单磨跳闸-主参数动态特性获取单元，根据单磨跳闸扰动试验获取单磨跳闸与所述机组主要参数之间的动态特性。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述仿真试验执行单元执行的RB项目仿真试验包括以下至少之一: 给水泵RB仿真试验、炉水泵RB仿真试验、磨煤机RB仿真试验、空预器RB仿真试验、一次风机RB仿真试验、送引风机RB仿真试验。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述仿真试验执行单元执行一次风机RB仿真试验时， 所述的机组主要参数包括:机组负荷、主汽压力、煤量、气机调阀； 所述RB项目参数包括:滑压目标和滑压速率。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述主参数动态特性建立单元包括: 第一主参数动态特性建立模块，用于根据煤量扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性； 第二主参数动态特性建立模块，用于根据阀门扰动试验获得锅炉不同负荷下主汽压力和机组负荷动态特性。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述仿真试验执行单元执行给水泵RB仿真试验时， 所述的机组主要参数包括:水量、汽包水位、蒸汽量； 所述RB项目参数包括:给水泵勺管最大值和给水泵勺管最大速率。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述主参数动态特性建立单元包括: 第三主参数动态特性建立模块，用于根据蒸汽量扰动试验获得蒸汽量扰动下汽包水位动态特性； 第四主参数动态特性建立模块， 用于根据勺管扰动试验获得勺管扰动下汽包水位动态特性。
全文摘要
本发明提供一种电力系统中RB项目参数的确定方法及装置，其中，该方法包括根据主参数扰动试验建立RB项目对应的机组主要参数之间的动态特性；根据实际工作系统建立RB项目对应的系统仿真模型；根据机组主要参数之间的动态特性在系统仿真模型中进行RB项目仿真试验；根据RB项目仿真试验结果确定RB项目参数。通过本发明，可以提高实际RB试验的成功率和稳定性。
文档编号G06F17/50GK103150413SQ20111040486
公开日2013年6月12日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者李卫华, 康静秋, 骆意, 解明, 朱珂 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司, 陕西国华锦界能源有限责任公司, 国家电网公司