供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法

摘要

本发明涉及一种供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，步骤如下：在供热机组分散控制系统DCS的控制逻辑组态中增加以下回路接口：克服主蒸汽压力波动给煤量控制回路接口，克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路接口，克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路接口，克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路接口；在供热机组分散控制系统DCS的控制逻辑中进行供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动逻辑组态，并将其输出引入到克服主蒸汽压力波动控制回路接口中；控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动各个控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。本发明通过现有供热机组分散控制系统DCS协调控制系统，实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。

说明书

技术领域

本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种供热机组多煤种混烧工况 克服主蒸汽压力波动控制方法。可用于供热火电机组在实际运行过程中的主蒸汽压力自动 控制，保证机组在负荷响应快速稳定的同时，自动将主蒸汽压力控制在合理范围内。

背景技术

供热火电机组运行工况多变，包括纯凝汽工况、工业抽汽工况、采暖抽汽工况、工业 抽汽和采暖抽汽同时存在工况等。供热机组不同工况的运行特性不同，对自动控制系统的 要求不同。供热火电机组在实际运行时很难坚持燃用设计煤种，甚至连燃用校核煤种都无 法保证，往往是来什么煤就烧什么煤，多煤种混烧工况在此来煤情况下产生。为了电网的 安全、稳定、经济运行和提高供电电能质量，电网公司要求上网供热火力发电机组必须具 备调频调峰功能，并提出了具体的技术指标和考核办法。供热火电机组协调控制系统是机 组控制中的最高级控制器，负责协调汽轮机与锅炉间的能量平衡控制，保证机组参与电网 调频调峰的调节品质。供热机组协调控制被控对象为多输入多输出系统，具有非线性、参 数慢时变、以及大迟滞与大惯性的特点。尤其体现在运行工况多变的控制环节，从非供暖 期控制，到供暖期控制，再到工业供热控制，整个过程环节较多，给主蒸汽压力控制带来 许多困难。

近些年众多国内学者对火电机组协调控制系统的主蒸汽压力控制相关问题进行了研究 与探讨，例如《中国电机工程学报》的《超临界机组协调控制系统设计新方法及其工程应 用》，给出超临界机组协调受控对象的一种实用数学模型，采用观测器预估燃煤的热值，设 计一种基于增量式函数观测的状态反馈+串级PID+智能控制(IC)+热值补偿(BTU)的综合型 协调控制系统。《动力工程学报》的《锅炉燃烧系统的自适应预测函数控制》提出了一种基 于卡尔曼(CARMA)模型的自适应预测函数控制方法，通过实时辨识过程模型的参数，不断 去修正预测函数控制器的参数。中国专利“基于预给煤控制模型的协调控制系统参数动态 整定方法”专利申请号CN201210414078.9，提出了利用计算机软件辅助求取控制算法参数， 简化调试过程，缩短动态参数求取时间。中国专利“直流炉单元机组直接能质平衡协调控 制系统”专利申请号CN201110103988.0，提出采用直接能量平衡机理实现汽机功率调节回 路与锅炉燃烧调节回路间的动态解耦，采用直接质量、流量平衡机理实现汽机功率调节回 路与锅炉给水调节回路间的动态解耦。中国专利“基于协调控制品质的火电机组煤量前馈 量化设计方法”专利申请号CN201210394342.7，提出了将速率限制前后的负荷指令求偏差， 通过量化标尺一维折线函数获得煤量前馈量化标尺，从而设计出不同等级负荷煤量前馈的 基本量化标尺。

以上这些文献及专利主要从机组数学模型的建立、机组控制策略的设计以及控制系统 参数的整定等方面进行了阐述，并提出了协调控制系统设计方法与应用实例，对主蒸汽压 力进行控制，但对供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制没有进行有针对性的 研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种供热机组多煤种混烧工况克服主蒸 汽压力波动控制方法，其目的是为了解决供热机组多煤种混烧工况主蒸汽压力自动控制问 题，充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：在供热机组分散控制系统DCS的控制逻辑组态中增加以下回路接口：克服主 蒸汽压力波动给煤量控制回路接口，克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路接口，克服主 蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路接口，克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制 回路接口；

第二步：在供热机组分散控制系统DCS的控制逻辑中进行以下组态：进行克服主蒸汽 压力波动给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到克服主蒸汽压力波动给煤量控制回 路接口中作为给煤量控制的前馈信号，进行克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路逻辑组 态，并将其输出引入到克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路接口中作为一次风量控制的 前馈信号，进行克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路逻辑组态，并将其输出引 入到克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路接口中作为主蒸汽压力设定值变化速 率信号，进行克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路逻辑组态，并将其输出引入到 克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路接口中作为主汽轮机高压调门开度控制信 号。

第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热机组多煤种混烧 工况克服主蒸汽压力波动各个控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。

第一步中所述的克服主蒸汽压力波动给煤量控制回路包括：依据主蒸汽压力状态计算 给煤量修正量A，依据启停磨煤机的燃煤热值状态计算给煤量修正量B；主蒸汽压力状态 包括：供热抽汽碟阀开度不变，发电负荷增加，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供 热抽汽碟阀开度不变，发电负荷增加，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟 阀开度增加，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度增 加，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度增加，发电 负荷增加，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度增加，发电负荷增加， 主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发电负荷减少，主蒸汽压 力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值 下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度减少，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值升高且大 于设定值，供热抽汽碟阀开度减少，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值， 供热抽汽碟阀开度减少，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽 碟阀开度减少，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度 不变，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发 电负荷不变，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值；主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变 化方向一致，则给煤量修正量A变化量较小，主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变化方向 不一致，则给煤量修正量A变化量较大，负荷稳定工况主蒸汽压力变化后，则给煤量修正 量A为脉冲信号；启停磨煤机的燃煤热值状态包括：启停磨煤机的燃煤热值不同和主蒸汽 压力变化状态不同，则给煤量修正量B的数值不同，启动磨煤机的燃煤热值高，且主蒸汽 压力升高较快，则给煤量修正量B减少较快，启动磨煤机的燃煤热值低，且主蒸汽压力升 高较慢，则给煤量修正量B减少较慢，停止磨煤机的燃煤热值高，且主蒸汽压力降低较快， 则给煤量修正量B增加较快，停止磨煤机的燃煤热值低，且主蒸汽压力降低较慢，则给煤 量修正量B增加较慢。

第一步中所述的克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路包括：依据主蒸汽压力状态计 算一次风量修正量A，依据启停磨煤机的燃煤热值状态计算一次风量修正量B。

所述的主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变化方向一致，则一次风量修正量A变化量 较小，主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变化方向不一致，则一次风量修正量A变化量较 大，负荷稳定工况主蒸汽压力变化后，则一次风量修正量A为脉冲信号；启停磨煤机的燃 煤热值状态包括：启停磨煤机的燃煤热值不同和主蒸汽压力变化状态不同，则一次风量修 正量B的数值不同，启动磨煤机的燃煤热值高，且主蒸汽压力升高较快，则一次风量修正 量B减少较快，启动磨煤机的燃煤热值低，且主蒸汽压力升高较慢，则一次风量修正量B 减少较慢，停止磨煤机的燃煤热值高，且主蒸汽压力降低较快，则一次风量修正量B增加 较快，停止磨煤机的燃煤热值低，且主蒸汽压力降低较慢，则一次风量修正量B增加较慢。

第一步中所述的克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路，是由主蒸汽压力目 标值和主蒸汽压力设定值变化速率组成，主蒸汽压力目标值由发电负荷指令和供热抽汽碟 阀开度共同形成，主蒸汽压力设定值变化速率由主蒸汽压力状态动态形成，主蒸汽压力状 态的变化趋势与负荷变化方向一致，则速率自动增加，主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷 变化方向不一致，则速率自动减小。

第一步中所述的克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路，是由主蒸汽压力实际 值经过折线函数形成汽轮机高压调门开度的修正指令，当主蒸汽压力超过设计值时，自动 增加汽轮机高压调门开度，维持主蒸汽压力稳定。

本发明的优点及有益效果是：

(1)通过对供热机组运行工况和主蒸汽压力状态的判断，准确控制机组升降负荷过程 中的给煤量和一次风量，启停磨煤机过程中的给煤量和一次风量，负荷稳定状态的给煤量 和一次风量，保证机组在参与调频调峰时的协调控制稳定性和准确性，从而实现充分发挥 设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证机组供热品质和主蒸汽压力的稳定性。

(2)通过对供热机组运行工况的判断，控制机组不同运行工况时的主蒸汽压力目标值 和主蒸汽压力目标值的变化速率，保证供热机组在不同运行工况下主蒸汽压力控制稳定性 和准确性。

(3)通过对供热机组主蒸汽压力的判断，当主蒸汽压力超过设计值时，控制机组汽轮 机高压调门开度，保证供热机组在不同运行工况下主蒸汽压力控制稳定性。

(4)可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。

(5)实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明算法给煤量和一次风量修正量逻辑图；

图2是本发明的工作流程框图。

图中：给煤量修正量A，给煤量修正量B，一次风量修正量A，一次风量修正量B。

具体实施方式

本发明是一种供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，如图2所示， 包括如下步骤：

第一步：在供热机组分散控制系统DCS的控制逻辑组态中增加以下回路接口：克服主 蒸汽压力波动给煤量控制回路接口，克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路接口，克服主 蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路接口，克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制 回路接口；

第二步：在供热机组分散控制系统DCS的控制逻辑中进行以下组态：进行克服主蒸汽 压力波动给煤量控制回路逻辑组态，并将其输出引入到克服主蒸汽压力波动给煤量控制回 路接口中作为给煤量控制的前馈信号，进行克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路逻辑组 态，并将其输出引入到克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路接口中作为一次风量控制的 前馈信号，进行克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路逻辑组态，并将其输出引 入到克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路接口中作为主蒸汽压力设定值变化速 率信号，进行克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路逻辑组态，并将其输出引入到 克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路接口中作为主汽轮机高压调门开度控制信 号；

第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热机组多煤种混烧 工况克服主蒸汽压力波动各个控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。

第一步中所述的供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，其特征在于： 所述的克服主蒸汽压力波动给煤量控制回路包括：依据主蒸汽压力状态计算给煤量修正量 A，依据启停磨煤机的燃煤热值状态计算给煤量修正量B；主蒸汽压力状态包括：供热抽汽 碟阀开度不变，发电负荷增加，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度 不变，发电负荷增加，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度增加，发 电负荷不变，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度增加，发电负荷不 变，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度增加，发电负荷增加，主蒸 汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度增加，发电负荷增加，主蒸汽压力实 际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值升高 且大于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值下降且小于设 定值，供热抽汽碟阀开度减少，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供 热抽汽碟阀开度减少，发电负荷不变，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟 阀开度减少，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值升高且大于设定值，供热抽汽碟阀开度减 少，发电负荷减少，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发电 负荷不变，主蒸汽压力实际值下降且小于设定值，供热抽汽碟阀开度不变，发电负荷不变， 主蒸汽压力实际值升高且大于设定值；主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变化方向一致， 则给煤量修正量A变化量较小，主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变化方向不一致，则给 煤量修正量A变化量较大，负荷稳定工况主蒸汽压力变化后，则给煤量修正量A为脉冲信 号；启停磨煤机的燃煤热值状态包括：启停磨煤机的燃煤热值不同和主蒸汽压力变化状态 不同，则给煤量修正量B的数值不同，启动磨煤机的燃煤热值高，且主蒸汽压力升高较快， 则给煤量修正量B减少较快，启动磨煤机的燃煤热值低，且主蒸汽压力升高较慢，则给煤 量修正量B减少较慢，停止磨煤机的燃煤热值高，且主蒸汽压力降低较快，则给煤量修正 量B增加较快，停止磨煤机的燃煤热值低，且主蒸汽压力降低较慢，则给煤量修正量2增 加较慢。

第一步中所述的供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，其特征在于： 所述的克服主蒸汽压力波动一次风量控制回路包括：依据主蒸汽压力状态计算一次风量修 正量A，依据启停磨煤机的燃煤热值状态计算一次风量修正量B。主蒸汽压力状态的变化 趋势与负荷变化方向一致，则一次风量修正量A变化量较小，主蒸汽压力状态的变化趋势 与负荷变化方向不一致，则一次风量修正量A变化量较大，负荷稳定工况主蒸汽压力变化 后，则一次风量修正量A为脉冲信号；启停磨煤机的燃煤热值状态包括：启停磨煤机的燃 煤热值不同和主蒸汽压力变化状态不同，则一次风量修正量B的数值不同，启动磨煤机的 燃煤热值高，且主蒸汽压力升高较快，则一次风量修正量B减少较快，启动磨煤机的燃煤 热值低，且主蒸汽压力升高较慢，则一次风量修正量B减少较慢，停止磨煤机的燃煤热值 高，且主蒸汽压力降低较快，则一次风量修正量B增加较快，停止磨煤机的燃煤热值低， 且主蒸汽压力降低较慢，则一次风量修正量B增加较慢。

第一步中所述的供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，其特征在于： 所述的克服主蒸汽压力波动主蒸汽压力设定值控制回路，是由主蒸汽压力目标值和主蒸汽 压力设定值变化速率组成，主蒸汽压力目标值由发电负荷指令和供热抽汽碟阀开度共同形 成，主蒸汽压力设定值变化速率由主蒸汽压力状态动态形成，主蒸汽压力状态的变化趋势 与负荷变化方向一致，则速率自动增加，主蒸汽压力状态的变化趋势与负荷变化方向不一 致，则速率自动减小。

第一步中所述的供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制方法，其特征在于： 所述的克服主蒸汽压力波动汽轮机高压调门控制回路，是由主蒸汽压力实际值经过折线函 数形成汽轮机高压调门开度的修正指令，当主蒸汽压力超过设计值时，自动增加汽轮机高 压调门开度，维持主蒸汽压力稳定。

本发明的核心思想是供热火电机组在运行过程中运行状态复杂多变，只有通过对机组 运行状态的判断，准确控制机组不同运行状态时的给煤量、一次风量、主蒸汽压力设定值、 汽轮机高压调门开度，才能保证机组在负荷响应快速性的同时，减小主蒸汽压力的波动。

本发明中给煤量和一次风量算法逻辑图，即供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力 波动控制方法的给煤量和一次风量逻辑如图1所示。图1中，供热抽汽负荷，发电负荷， 负荷偏差，磨煤机燃料热值均可直接从供热机组分散控制系统DCS实时数据库中读取。切 换条件负荷稳定时主蒸汽压力控制脉冲，主蒸汽压力变化与负荷变化方向一致，启动磨煤 机，停止磨煤机，由逻辑判断得出，负荷稳定且主蒸汽压力偏差超过规定值开始计时，时 间到后发送脉冲信号，再重新判断计时，供热抽汽碟阀开度增加，或发电负荷增加，主蒸 汽压力实际值升高且大于设定值，则认为主蒸汽压力变化与负荷变化方向一致，通过监视 磨煤机运行的数量判断启动磨煤机还是停止磨煤机，磨煤机运行的数量增加则为启动磨煤 机，磨煤机运行的数量减少则为停止磨煤机。f₁(x)为非线性函数发生器，其输入为供热抽 汽负荷与发电负荷之和，输出为负荷稳定时主蒸汽压力控制脉冲给煤量修正量，其输入为 供热抽汽负荷与发电负荷之和，输出为主蒸汽压力变化与负荷变化方向不一致给煤量修正 量。f₂(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷偏差，输出为主蒸汽压力变化与负荷变化方 向一致给煤量修正量。f₃(x)为非线性函数发生器，其输入为负荷偏差，输出为主蒸汽压力 变化与负荷变化方向不一致给煤量修正量。f₄(x)为非线性函数发生器，其输入为启停磨煤 机燃料热值，输出为启动磨煤机给煤量修正量。f₅(x)为非线性函数发生器，其输入为启停 磨煤机燃料热值，输出为停止磨煤机给煤量修正量。f₆(x)为非线性函数发生器，其输入为 给煤量修正量A，输出为一次风量修正量A。f₇(x)为非线性函数发生器，其输入为给煤量 修正量B，输出为一次风量修正量B。f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)、f₄(x)、f₅(x)、f₆(x)、f₇(x)的参数可 根据实时曲线在线整定，整定的原则是通过现有供热机组分散控制系统DCS协调控制系统， 保证机组在调频调峰响应快速稳定的同时，自动将主要主蒸汽压力控制在合理范围内。

下面以某350MW超临界供热火电机组为例，介绍算法参数整定结果，如表1所示。

机组概况：该机组锅炉为四角切圆燃烧方式，汽轮机为350MW超临界、一次中间再热、 单轴凝汽式汽轮机。制粉系统采用正压直吹式，配有5台磨煤机；设有两台50％容量的一 次风机提供一次热、冷风输送煤粉。控制系统采用的是北京国电智深公司技术，协调控制 系统采用以锅炉跟随为基础的协调控制系统，燃水比控制采用水跟煤方式。

如表1所示，表1是供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动给煤量和一次风量 控制参数整定。

表1中与f₁(x)对应的x为供热抽汽负荷与发电负荷之和(MW)；与f₂(x)对应的x为负 荷偏差(MW)；与f₃(x)对应的x为负荷偏差(MW)；与f₄(x)对应的x为启停磨煤机燃料 热值(kcal)；与f₅(x)对应的x为启停磨煤机燃料热值(kcal)；与f₆(x)对应的x为给煤量修 正量A(t/h)；与f₇(x)对应的x为给煤量修正量B(t/h)；该机组的供热抽汽负荷、发电负 荷、负荷偏差、磨煤机燃料热值均可直接从供热机组分散控制系统DCS实时数据库中读取； 完成供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制回路逻辑组态，并将其输出引入到 供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动控制回路接口中，将系统投入实际运行，根 据机组运行曲线，反复在线整定f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)、f₄(x)、f₅(x)、f₆(x)、f₇(x)、相应参数， 保证机组在负荷响应快速稳定的同时，自动将主蒸汽压力控制在合理范围内；现场调试过 程简单，便于工程实现。

表1供热机组多煤种混烧工况克服主蒸汽压力波动给煤量和一次风量控制参数整定。