專利名稱：超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法
技術領域：
本發明涉及一種熱エ控制技木，尤其涉及ー種超臨界鍋爐模擬量控制系統中的鍋爐動態加速前饋功能的自適應校正方法。
背景技術：
目前，國內外新建的火力發電機組絕大多數都采用了更加高效環保的超臨界機組。而超臨界機組和以往亞臨界機組最大的不同之處在于鍋爐，水與水蒸汽エ質本身的熱物理特性決定了超臨界機組只能采用直流鍋爐。與汽包鍋爐相比較，直流鍋爐的エ質完全依靠給水泵的壓頭一次性通過各受熱面，各段受熱面之間沒有像汽包那樣固定的汽水分界點。所以當燃水比失調后，各受熱面吸熱量比例會發生變化，對出口汽溫影響很大。同吋，現代超臨界火力發電機組一般都設計采用變壓運行方式。這時，鍋爐エ質會從亞臨界變化到超臨界狀態。在亞臨界時，エ質的加熱區段有熱水段，蒸發段和過熱段；隨著鍋爐運行壓力升高，汽化潛熱減少，當運行參數達到或超過臨界點(壓カ22. 115MPa、溫度374. 15°C )時，水直接變為蒸汽，汽化潛熱變為零，鍋爐內的エ質不再有汽液兩相共存的蒸發段。因此，超臨界變壓運行鍋爐在不同負荷エ況下，其エ質的物性會發生顯著變化。這種非線性很大程度上直接影響和決定了超直流鍋爐的運行控制特性。而且，直流鍋爐的蓄熱系數和慣性明顯比汽包鍋爐小，主要控制參數的變化速率和波動幅度也要比汽包鍋爐大得多。各主要運行參數之間具有更明顯的強耦合和非線性特性。直流鍋爐這種復雜的控制特性也決定了其控制策略必須根據鍋爐的熱力學機理、結構特性和自動調節理論更精確地確定各控制回路之間的靜態校正、動態補償和解耦控制方案。為了維持鍋爐出口額定溫度，燃水比是直流鍋爐運行調節中一個至關重要的參數，因此現有的直流鍋爐控制系統設計中鍋爐給水和燃燒控制回路也按照哪ー側直接接受鍋爐主控指令和另ー側通過燃水比校正區分為以水為基礎(又稱為煤跟水)或以煤為基礎(水跟煤)方式(由于我國絕大多數大型電站機組都為燃煤機組，因此常以燃煤ー詞來代表燃料)。上世紀末及本世紀初，我國上海、東方、哈爾濱等主要電站設備制造集団先后從國外引進了超臨界火力發電機組的設計和制造技木。1992年，我國第一臺超臨界參數火力發電機組在上海石洞ロ ニ廠投入商業運行。截止2011年底，我國投產的超臨界機組已逾數百臺，百萬等級超超臨界機組也達到了 40余臺，數量已居世界第一。盡管我國在超臨界火力發電設備的生產制造和超臨界機組的基建運行等方面已經積累了越來越多的經驗，逐步縮小了與世界先進水平的距離，但在一些關鍵技術的自主設計和自主創新能力方面與世界上先進技術國家仍然存在著相當的差距。如從機組的自動 控制功能看，盡管大多數超臨界機組的控制策略設計都是由國內廠商自主完成設計和工程服務，但大多仍是完全按照國外鍋爐技術支持廠商提供的典型圖紙進行參照設計，許多方面并不能完全滿足國內機組運行實際的需要。對上鍋、東鍋、哈鍋分別從法國阿爾斯通APBG和美國阿爾斯通APUS、日立巴布科克BHK和日本三菱重工MHI、英國三井巴布科克MBEL(現為斗山巴布科克)技術引進的幾種在國內應用最多的超(超)臨界鍋爐的控制策略進行對比分析可以看出，其中，阿爾斯通Alstom和MBEL的超臨界鍋爐控制策略采用的是水跟煤模式，并采用了以蒸發受熱面焓增來進行燃水比校正，代表了歐洲鍋爐制造廠商側重于利用鍋爐機理來進行控制回路補償的風格。MHI和BHK提供的超臨界鍋爐控制策略設計則采用的是煤跟水方式，MHI通過水燃比來控制汽水分離器入口エ質的微過熱度，并且把每ー受熱面(后煙道后墻水冷壁入口及一、ニ、三和末級過熱出口)的溫度偏差加起來作為水燃比校正回路的前饋信號；BHK則采用了屏式過熱器出ロ溫度即中間點溫度進行水燃比校正。而MHI和BHK等日本公司的一個設計特點就是在燃料、送風、給水等控制回路采用了并行的鍋爐輸入指令(Boiler InputDemand, BID)和鍋爐輸入動態加速前饋(Boiler Input Rate, BIR)。BIR信號設計為在穩態時不起作用，負荷變化時每個調節回路及加、減負荷等不同模式下的BIR時間常數都不相同，可以滿足機組在負荷快速變化時各子系統間的動態平衡。由于BIR的動作特性需要經過大量的實際試驗才能精確確定，而且機組運行エ況變化吋，BIR補償作用的快慢、強弱 也必須隨之改變。從第一批投產的超(超)臨界鍋爐的運行控制情況看，由于國內超(超)臨界機組普遍存在基建時間偏短、試運行試驗安排少的實際情況，相當多的超(超)臨界機組的BIR功能都未能仔細地進行試驗和整定，并沒有起到原設計的效果。也有ー些電廠在投產后陸續對BIR環節進行了調整，并在機組參與AGC和一次調頻時起到了較好的作用[1] [4]。實踐證明，BIR設計思想是ー種充分適合直流鍋爐單元機組特點的控制策略。即使是對歐洲廠商的超臨界鍋爐控制策略設計，BIR也是ー種能夠進ー步改進其AGC和一次調頻性能的有效方法。但前提也是必須設法提高BIR對不同調節回路和エ況變化時的補償精準度。隨著國內區域電網進一歩推行“兩個細則”，對火力發電機組的控制性能和控制品質提出了更高的要求，電網AGC的需求特性和機組側響應能力間的矛盾也就變得更加突出。而高參數、大容量的超臨界機組在參與AGC和一次調頻時，既要滿足電網快速響應的要求，又要同時兼顧其自身的運行參數穩定和金屬材料等方面的允許裕度。因此，本發明申請人在所承擔的上海市技術引進與創新計劃項目中，針對目前國內超臨界機組運行的實際需求，提出了一種采用自適應校正來提高超臨界鍋爐模擬量控制系統中的鍋爐動態加速前饋補償精準度的優化控制方法。參考資料[I]王遠平，傅望安，時標，王利國.華能玉環電廠4X 1000MW超超臨界機組燃水比控制策略[J]·電カ設備，2008，9 (I) :8-12. [2]趙松烈.三期機組協調控制系統設計和改進[C] //全國火電600MWe級機組能效對標及競賽第十四屆年會論文集450-457，中國電カ企業聯合會，2010.昆明.[3]張傳勝· 1000MW超超臨界機組自動控制系統研究與分析[J]·華電技術，2008，30(7) 1-5.[4]張秋生，梁華，胡曉花，李生光，劉瀟.超超臨界機組的兩種典型協調控制方案[J]中國電力，2011,44(10) 74-79
發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的不足，針對目前電網對超臨界機組參加AGC自動和一次調頻的高性能要求，提出了一種具備自適應校正能力的鍋爐動態加速前饋回路BLR的實現方法。在超臨界鍋爐模擬量調節系統的機組主控(I)接受中調指令(51)并經邏輯處理后形成機組指令信號(11);而汽機主控(10)和鍋爐主控(2)分別調節機組的功率(50)和機前壓カ(52);同時，鍋爐主控(2)還將輸出鍋爐給水調節回路(12)、鍋爐燃料調節回路
(14)、鍋爐風量調節回路(15)的并行控制指令；其中鍋爐給水調節回路(12)直接接受鍋爐 主控⑵的控制指令，并經過水燃比⑶和中間點溫度校正(4)，以及氧量校正(5)和風煤交叉連鎖(13)分別形成鍋爐燃料調節回路(14)和鍋爐風量調節回路(15)的控制指令；鍋爐出口過熱主汽溫調節器出)、噴水減溫調節器(16)為ー串級調節回路；在鍋爐給水調節回路(12)、鍋爐燃料調節回路(14)、鍋爐風量調節回路(15)和噴水減溫調節器(16)中分別設計有鍋爐動態加速前饋(7)以加快鍋爐在變負荷エ況的響應能力以及對各調節回路之間的動態特性差異進行補償。本發明在上面所述的鍋爐動態加速前饋(7)模塊中増加了ー個自適應校正模塊8，該模塊可對鍋爐動態加速前饋(7)的増益校正系數(81)和速率校正系數(82)進行在線自適應調整，具體是按以下方法步驟實現的步驟(I).自適應校正模塊(8)設計為根據機組指令信號(11)實現對鍋爐動態加速前饋(7)増益校正系數(81)的負荷非線性修正；步驟(2).自適應校正模塊⑶設計為根據鍋爐特征點溫度偏差(67)及其變化率(75)、以及鍋爐特征點溫度偏差(67)及其變化率(75)與機組負荷偏差(66)的函數實現對鍋爐動態加速前饋(7)増益校正系數(81)的修正，井根據鍋爐特征點溫度偏差(67)對增益校正系數(81)進行限幅；這里，鍋爐特征點溫度(53)可以取為超臨界鍋爐中間點溫度，或者取為鍋爐過熱器出口蒸汽溫度；在二次再熱鍋爐中，還能取為鍋爐一或二次再熱器的出口蒸汽溫度；或者將所述的鍋爐特征點溫度偏差￠7)設計為前述各溫度偏差的函數，如鍋爐中間點溫度偏差、過熱器出ロ蒸汽溫度偏差以及再熱器出ロ蒸汽溫度偏差的ー個線性加權函數。當分散控制系統DCS可以實時計算水和水蒸汽焓值吋，上述鍋爐特征點溫度(53)信號也能以鍋爐相應受熱面進出口焓差信號代替，如取為鍋爐蒸發受熱面進出口焓差；或者所述的鍋爐特征點溫度偏差(67)也能夠設計為鍋爐蒸發受熱面進出口焓差及過熱受熱面進出ロ焓差、一、二次再熱器進出ロ焓差與對應設定值之間偏差的線性加權函數，采用焓差信號能夠進ー步適應超臨界鍋爐變壓運行的特點。步驟(3).自適應校正模塊(8)設計為根據機前壓カ偏差￠0)及其變化率(70)、以及機前壓カ偏差￠0)及其變化率(70)與機組負荷偏差￠6)的函數實現對鍋爐動態加速前饋(7)速率校正系數(82)的修正。鍋爐動態加速前饋(7)和自適應校正模塊⑶可全部由分散控制系統DCS的標準控制算法組態生成，并以宏模塊形式應用于各個調節回路和加、減負荷的不同運行模式；每個調節回路或不同運行模式中的鍋爐動態加速前饋(7)和自適應校正模塊(8)的算法參數均可分別進行調整。自適應校正模塊⑶還可以采用C語言編程，并作為分散控制系統DCS的擴充算法模塊運行于分散控制系統DCS的過程控制器或人機接ロ站，該算法模塊除與鍋爐動態加速前饋模塊7之間具有雙向數據接ロ之外，還包括ー個可在分散控制系統DCS人機接ロ站運行的調整界面，以完成每個調節回路或不同機組運行模式下擴充算法模塊的參數在線調整。同時還要指出的是，上述方法同樣也能設計用于亞臨界汽包鍋爐控制系統的鍋爐動態加速前饋(7)的在線校正；在應用于亞臨界汽包鍋爐控制系統的鍋爐動態加速前饋
(7)時，步驟(2)所述的鍋爐特征點溫度(53)取為鍋爐過熱器出口蒸汽溫度；并且步驟(3)所述的機前壓カ(52)還能以汽包壓力代之。本發明的有益效果是與現有的技術相比，設計采用了鍋爐動態加速前饋BLR的自適應補償，考慮了各個調節回路在運行エ況變化和不同的運行模式下對鍋爐動態加速前饋功能的即時修正，從而提高了鍋爐動態加速前饋的補償精準度，有效地提高了超臨界鍋爐的動態響應特性和控制參數的穩定性。


附圖I是應用本發明方法的控制功能方框圖；附圖2是本發明的BIR功能控制作用示意圖；附圖3是應用本發明方法組態實現的控制邏輯實例圖。
具體實施例方式下面結合附圖I 圖3來對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施并給出了具體的實施方式和系統結構，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。某電廠1000麗超超臨界火力發電機組鍋爐采用的是上海鍋爐廠有限公司引進Alstom技術設計制造的超超臨界參數燃煤塔式直流鍋爐，汽輪機為上汽西門子公司生產的超超臨界一次中間再熱凝汽式汽輪機，単元機組分散控制系統DCS采用了美國艾默生公司的Ovation系統。現采用本發明方法在Ovation系統中對原Alstom典型設計的燃煤超超臨界鍋爐控制策略的鍋爐燃燒、給水、汽溫等控制邏輯進行了優化修改，分別增加了鍋爐動態加速前饋信號BLR以改善機組對電網AGC和一次調頻的響應能力(附圖I)，其控制作用見附圖2。同吋，BLR信號采用了本發明提出的自適應校正方法以獲得更為精準的調節效果(本實施例的DCS控制邏輯見附圖3)，可根據實際運行的機組負荷、機前壓カ和中間點溫度變化和不同調節回路和不同運行模式下的鍋爐被控對象的靜動態特性差異，即時調整各個BLR信號的幅度和速率，以實現更為精準的動態補償。在本實施例中，鍋爐動態加速前饋7和自適應校正模塊8全部由Ovation系統的標準控制算法組態生成，并以宏模塊形式應用于各個調節回路和加、減負荷的不同運行模式；每個調節回路或不同運行模式中的鍋爐動態加速前饋BLR和自適應校正模塊的算法參數均可分別進行調整。超超臨界鍋爐模擬量調節系統的機組主控I接受中調指令LDC并經邏輯處理后形成機組指令信號ULD ;而汽機主控10和鍋爐主控2分別調節機組的功率NT和機前壓カPT ；汽機主控10的控制指令將輸出至汽機控制系統9 ;同時，鍋爐主控2還將輸出鍋爐給水調節回路12、鍋爐燃料調節回路14、鍋爐風量調節回路15的并行控制指令；其中鍋爐給水調節回路12直接接受鍋爐主控2的控制指令，并經過水燃比3和中間點溫度校正4，以及氧量校正5和風煤交叉連鎖13分別形成鍋爐燃料調節回路14和鍋爐風量調節回路15的控制指令。而鍋爐出ロ過熱主汽溫調節器6和噴水減溫調節器16為ー串級調節回路。在鍋爐給水調節回路12、鍋爐燃料調節回路14、鍋爐風量調節回路15和過熱汽溫串級調節回路16中分別設計有鍋爐動態加速前饋模塊7以加快鍋爐在變負荷エ況的響應能力以及對相互之間的動態特性差異進行補償。鍋爐動態加速前饋模塊7在穩態時不起作用，當中調指令50對機組的指令發生變化時，其與機組指令11的偏差AD和機組指令11的微分 信號24都會出現變化，這時機組變負荷邏輯中的算法41、42、43、44、47會激活BIR功能，即切換算法27將被BIR邏輯輸出48切換至微分算法24的輸出，其與偏差Λ D算法23的非線性輸出25的乘積26輸入到BIR動作形成算法増益非線性函數31、增益單向限幅32、33、速率非線性函數34、増益校正35、速率校正36和速率算法37，其動作原理見附圖2。在本實施例中，該BLR模塊作為DCS宏模塊分別組態于不同的調節回路中，而不同的BLR的輸出將作為動態前饋作用于給水調節回路12、燃料調節回路14、風量調節回路15和主汽溫串級調節回路16。采用本發明的方法在鍋爐動態加速前饋模塊7中設計了ー個自適應校正模塊8，該模塊可對鍋爐動態加速前饋7的増益校正系數G和速率校正系數V進行在線自適應調整，具體是按以下方法步驟實現的步驟(I).鍋爐動態加速前饋模塊7的増益校正系數G可由自適應校正模塊8根據機組指令信號11實時進行負荷的非線性修正73 ；步驟(2).鍋爐動態加速前饋信號模塊7的増益校正系數G可由自適應校正模塊8根據鍋爐中間點溫度偏差67(即設定的中間點溫度限值63和實際中間點溫度53之差Δ TM)及其變化率75，以及鍋爐中間點溫度偏差67與機組負荷偏差66 (即機組指令11和實發功率51之差ΛΝΤ)的比率74實時進行汽溫的非対稱修正77，即根據dΛ TM/dt和ΛΝΤ/Δ TM的變化方向和變化速率改變增益校正系數G ；步驟(3).鍋爐動態加速前饋模塊7的増益校正系數G可由自適應校正模塊8根據鍋爐中間點溫度偏差67的非線性函數78進行汽溫限幅，即當中間點溫度超過限值吋，小選算法79將限制步驟(2)的增益汽溫修正77朝可能導致中間點溫度想繼續越限的方向變化，并與步驟(I)的負荷非線性修正73的乘積80形成増益校正系數G的輸出81，即在本實施例中G = min ((d Λ TM/dt X Δ NT) / Δ TM土 Λ TM)，f ( Λ TM)) X f (ULD) 步驟(4).鍋爐動態加速前饋模塊7的速率校正系數V可由自適應校正模塊8根據機前壓カ偏差60 (即機前壓カ定值62與實際機前壓カ52之差Λ PT)及其變化率70，以及機前壓カ偏差60與機組負荷偏差66的比率68實時進行汽壓的非対稱修正71、72，該功能將根據d Δ PT/dt和Λ NT/ Δ PT的變化方向和變化率改變速率校正系數V，在本實施例中V = (d Λ PT/dt X Λ NT) / Λ PT 土 Λ PT根據上述步驟實時計算出的増益校正系數81和速率校正系數82將分別輸出到BLR宏算法模塊的加法器35、36，完成對應BIR的自適應校正。
權利要求
1.一種超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法，其中，超臨界鍋爐模擬量調節系統的機組主控(I)接受中調指令(51)并經邏輯處理后形成機組指令信號(11);而汽機主控(10)和鍋爐主控(2)分別調節機組的功率(50)和機前壓力(52);同時，鍋爐主控(2)還將輸出鍋爐給水調節回路(12)、鍋爐燃料調節回路(14)、鍋爐風量調節回路(15)的并行控制指令；其中鍋爐給水調節回路(12)直接接受鍋爐主控(2)的控制指令，并經過水燃比(3)和中間點溫度校正(4)，以及氧量校正(5)和風煤交叉連鎖(13)分別形成鍋爐燃料調節回路(14)和鍋爐風量調節回路(15)的控制指令；鍋爐出口過熱主汽溫調節器￠)、噴水減溫調節器(16)為一串級調節回路；在鍋爐給水調節回路(12)、鍋爐燃料調節回路(14)、鍋爐風量調節回路(15)和噴水減溫調節器(16)中分別設計有鍋爐動態加速前饋(7)以加快鍋爐在變負荷工況的響應能力以及對各調節回路之間的動態特性差異進行補償，其特征在于所述的鍋爐動態加速前饋(7)還包括一個自適應校正模塊(8)，以實現對鍋爐動態加速前饋(7)的增益校正系數(81)和速率校正系數(82)的在線自適應控制，具體是按以下方法和步驟實現的 步驟(I).自適應校正模塊(8)設計為根據機組指令信號(11)實現對鍋爐動態加速前饋(7)增益校正系數(81)的負荷非線性修正； 步驟(2).自適應校正模塊(8)設計為根據鍋爐特征點溫度偏差￠7)及其變化率(75)、以及鍋爐特征點溫度偏差(67)及其變化率(75)與機組負荷偏差(66)的函數實現對鍋爐動態加速前饋(7)增益校正系數(81)的修正，并根據鍋爐特征點溫度偏差(67)對增益校正系數(81)進行限幅； 步驟(3).自適應校正模塊(8)設計為根據機前壓力偏差￠0)及其變化率(70)、以及機前壓力偏差出0)及其變化率(70)與機組負荷偏差￠6)的函數實現對鍋爐動態加速前饋(7)速率校正系數(82)的修正。
2.如權利要求I所述的一種超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法，其特征在于所述鍋爐動態加速前饋(7)和自適應校正模塊(8)均由分散控制系統DCS標準控制算法組態生成，并以宏模塊形式分別應用于各個調節回路和加、減負荷的不同運行模式；每個調節回路或不同運行模式中的鍋爐動態加速前饋(7)和自適應校正模塊(8)的算法參數均能分別進行在線調整。
3.如權利要求I所述的一種超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法，其特征在于所述的鍋爐動態加速前饋(7)由分散控制系統DCS的標準控制算法模塊組態生成，并以宏模塊形式用于不同的調節回路或不同運行模式；自適應校正模塊(8)則采用C語言編程，并作為分散控制系統DCS的擴充算法模塊運行于分散控制系統DCS的過程控制器或人機接口站，該擴充算法模塊除與對應的鍋爐動態加速前饋(7)之間具有雙向數據接口之外，還包括一個能在分散控制系統DCS人機接口站運行的調整界面，以完成每個調節回路或不同運行模式下擴充算法模塊的參數在線整定。
4.如權利要求I所述的一種超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法，其特征在于所述的鍋爐特征點溫度(53)為超臨界鍋爐中間點溫度，或者為鍋爐過熱器出口蒸汽溫度，或者為鍋爐一、二次再熱器出口蒸汽溫度；或所述的鍋爐特征點溫度偏差￠7)設計為前述各溫度偏差的函數。
5.如權利要求I所述的一種超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法，其特征在于所述的鍋爐特征點溫度(53)也能以鍋爐蒸發受熱面進出口焓差信號代替；或者所述的鍋爐特征點溫度偏差￠7)也能夠以鍋爐蒸發受熱面進出口焓差、過熱受熱面進出口焓差，以及一、二次再熱器進出口焓差與對應設定值之間偏差的函數代之。
6.如權利要求I所述的一種超臨界鍋爐動態加速前饋的自適應校正方法，其特征在于所述的自適應校正模塊(8)也能設計用于亞臨界汽包鍋爐控制系統的鍋爐動態加速前饋⑵的在線校正；步驟⑵所述的鍋爐特征點溫度(53)取為鍋爐過熱器出口蒸汽溫度；并且步驟(3)所述的機前壓力(52)也能以汽包壓力代之。
全文摘要
本發明公開了一種超臨界鍋爐動態加速前饋信號的自適應校正方法。該方法可根據即時負荷偏差大小、溫度隨負荷和時間的變化率以及壓力隨負荷和時間的變化率，對超臨界鍋爐變負荷過程中的鍋爐動態加速前饋信號進行智能自適應調整，同時根據中間點溫度的安全裕量對其進行限幅，從而有效地提高了動態加速前饋信號補償精準度，避免了過補償及鍋爐超溫現象的發生。
文檔編號F22B35/00GK102679314SQ20121018094
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者丁怡若, 葉敏, 吳乃新, 許曉鳴 申請人:上海迪吉特控制系統有限公司