一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统及方法技术方案

一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，属于火力发电过程控制领域，解决一次调频参数超调问题，包括死区控制器、函数发生器、惯性模块、加法器、减法器、主控PID、加法器、快速微分前馈分系统；死区控制器、函数发生器、惯性模块、加法器依次串联；加法器输出端与减法器连接，减法器、主控PID、加法器依次串联；死区控制器与快速微分前馈分系统连接；控制方法包括形成主汽压力的变化量预测值、新的主汽压力设定值，与输入实际主汽压力值做差后送入主控PID，经过加法器与锅炉主控前馈信号相加形成锅炉主控输出信号，控制锅炉的动作；通过快速微分前馈分系统得到修正后指令；避免一次调频后期及结束后的参数超调、越限。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统及方法
本专利技术属于火力发电过程控制领域，涉及一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统及方法。
技术介绍
随着风能、太阳能等一系列清洁能源接入电力系统，其随机性、波动性给电网的稳定输出带来极大挑战。在未来很长一段时间，我国仍将以火力发电为主。这对高参数、大容量火电机组运行的灵活性提出更高的要求。燃煤火电机组锅炉侧的大延迟、大惯性严重影响机组灵活运行。尤其是当电网频率发生变化时，机组负荷短时大幅变化，导致主汽压力快速变化，而当电网频率回复至正常时，主汽压力又会反向快速变化。此过程中机组压力控制器即机跟炉协调方式下的锅炉主控PID控制器由于主汽压力的变化，会在比例、积分作用下大幅、反复改变输出，而因所述锅炉侧大延迟、大惯性特点，反而往往会进一步造成在频率恢复后的主汽压力超调，机组失稳。如电网频率首先下降时，机组负荷上升、主汽压力下降，此时锅炉主控PID控制器为提高主汽压力因此输出加大，由于比例、积分作用相对一次调频速度更慢，往往当频率恢复上升、主汽压力上升时，锅炉侧对锅炉主控输出加大的响应才开始体现，即大大加大了主汽压力上升的幅度，严重时造成锅炉超压，危险性较大。因此，对于一次调频动作，往往不需要锅炉主控PID控制器对主汽压力的响应过度，仅依靠合适的前馈作用已能够满足补充锅炉蓄热的作用。现有技术中，申请公布号为CN110865536A的中国专利技术专利申请《一种火电机组一次调频优化控制方法、系统及介质》公开了一种火电机组一次调频优化控制方法、系统及介质，本专利技术方法包括根据一次调频动作及投入情况生成附加压力设定值；将所述附加压力设定值叠加到主汽压力设定值后得到新的主汽压力设定值，并将新的主汽压力设定值输出以作为火电机组的一次调频控制系统的主汽压力设定值参数。本专利技术通过灵活设计主汽压力附加设定值，在正常滑压或定压运行的基础上适当提高主汽压力，通过频差快速作用于燃料、给水及风量控制，达到蓄热和快速释放热负荷的目的，在满足一次调频快速响应的同时，维持主汽压力的稳定，可有效改善火电机组的一次调频能力。但是上述中国专利技术专利申请的技术方案在一次调频的后期及结束后的阶段，仍然存在参数超调、越限的现象。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何有效避免了一次调频后期及结束后参数超调、越限的问题。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的。一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，包括：死区控制器(1)、第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)、第一加法器(4)、第一减法器(5)、主控PID(6)、第二加法器(7)、快速微分前馈分系统(8)；所述的死区控制器(1)、第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)、第二加法器(4)依次串联；所述的第二加法器(4)的输出端与第一减法器(5)连接，所述的第一减法器(5)、主控PID(6)、第二加法器(7)依次串联；所述的死区控制器(1)与快速微分前馈分系统(8)连接；所述的控制系统在一次调频动作时，电网频率信号经过死区控制器(1)后依次输入到第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)形成主汽压力的变化量预测值，再经过第二加法器(4)与原主汽压力设定值相加，形成新的主汽压力设定值；新的主汽压力设定值输入到第一减法器(5)中，与输入的实际主汽压力值做差，差值信号送入主控PID(6)，再经过第二加法器(7)与锅炉主控前馈信号相加形成锅炉主控输出信号，控制锅炉的动作；同时，电网频率信号经过死区控制器(1)后输入到所述的快速微分前馈分系统(8)中，与修正前指令相加后得到修正后指令。一次调频动作时将电网频率信号经过函数发生器、得出预测的主汽压力最终变化幅度，再经过一阶惯性环节，模拟主汽压力先快后慢、直至稳定的变化过程，从时间上与实际主汽压力拟合，再与原主汽压力设定值通过加法器相加，得到新的一次调频动作时主汽压力设定值；新的主汽压力设定值与实际主汽压力变化的方向、幅度基本一致，一次调频动作过程中主PID控制器输出改变较小，锅炉蓄热基本依靠锅炉主控的前馈指令进行补偿，有效避免了一次调频后期及结束后的参数超调、越限。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的快速微分前馈分系统(8)包括给水流量快速微分前馈子系统和/或燃料量快速微分前馈子系统和/或总风量快速微分前馈子系统。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的给水流量快速微分前馈子系统包括：第二减法器(80)、第二函数发生器(81)、第三加法器(82)、第二惯性模块(83)；所述的第二惯性模块(83)、第二减法器(80)、第二函数发生器(81)、第三加法器依次串联；电网频率信号经过死区控制器(1)后，输入到所述的第二惯性模块(83)和第二减法器(80)中，经过第二惯性模块(83)后的信号再输入到第二减法器(80)中，与直接输入到第二减法器80的经过死区控制器(1)后的电网频率信号做差，差值送入到所述的第二函数发生器(81)，在经过第三加法器(82)与修正前给水流量指令相加，得到给水流量指令。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的燃料量快速微分前馈子系统包括：第三减法器(90)、第三函数发生器(91)、第四加法器(92)、第三惯性模块(93)；所述的第三惯性模块(93)、第三减法器(90)、第三函数发生器(91)、第四加法器(92)依次串联；电网频率信号经过死区控制器(1)后，输入到所述的第三惯性模块(93)和第三减法器(90)中，经过第三惯性模块(93)后再输入到第三减法器(90)中，与直接输入到第三减法器(90)的经过死区控制器(1)后的电网频率信号做差，差值送入到所述的第三函数发生器(91)，在经过第四加法器(92)与修正前燃料量指令相加，得到总燃料量指令。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的总风量快速微分前馈子系统包括：第四减法器(100)、第四函数发生器(101)、第五加法器(102)、第四惯性模块(103)；所述的第四惯性模块(103)、第四减法器(100)、第四函数发生器(101)、第五加法器(102)依次串联；电网频率信号经过死区控制器(1)后，输入到所述的第四惯性模块(103)和第四减法器(100)中，经过第四惯性模块(103)后再输入到第四减法器(100)中，与直接输入到第四减法器(100)的经过死区控制器(1)后的电网频率信号做差，差值送入到所述的第四函数发生器(101)，在经过第五加法器(102)与修正前总风量指令相加，得到总风量指令。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的第一函数发生器(2)的公式为：其中，x为输入的电网频率信号。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的第一惯性模块(3)的传递函数公式为：其中，G(s)为惯性模块的传递函数，T表示惯性环节的时间常数，s表示拉普拉斯变换。一种采用所述的超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一：在一次调频动作时，电网频率经过死区控制器(1)后，依次输入到第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，其特征在于，包括：死区控制器(1)、第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)、第一加法器(4)、第一减法器(5)、主控PID(6)、第二加法器(7)、快速微分前馈分系统(8)；所述的死区控制器(1)、第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)、第二加法器(4)依次串联；所述的第二加法器(4)的输出端与第一减法器(5)连接，所述的第一减法器(5)、主控PID(6)、第二加法器(7)依次串联；所述的死区控制器(1)与快速微分前馈分系统(8)连接；所述的控制系统在一次调频动作时，电网频率信号经过死区控制器(1)后依次输入到第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)形成主汽压力的变化量预测值，再经过第二加法器(4)与原主汽压力设定值相加，形成新的主汽压力设定值；新的主汽压力设定值输入到第一减法器(5)中，与输入的实际主汽压力值做差，差值信号送入主控PID(6)，再经过第二加法器(7)与锅炉主控前馈信号相加形成锅炉主控输出信号，控制锅炉的动作；同时，电网频率信号经过死区控制器(1)后输入到所述的快速微分前馈分系统(8)中，与修正前指令相加后得到修正后指令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，其特征在于，包括：死区控制器(1)、第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)、第一加法器(4)、第一减法器(5)、主控PID(6)、第二加法器(7)、快速微分前馈分系统(8)；所述的死区控制器(1)、第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)、第二加法器(4)依次串联；所述的第二加法器(4)的输出端与第一减法器(5)连接，所述的第一减法器(5)、主控PID(6)、第二加法器(7)依次串联；所述的死区控制器(1)与快速微分前馈分系统(8)连接；所述的控制系统在一次调频动作时，电网频率信号经过死区控制器(1)后依次输入到第一函数发生器(2)、第一惯性模块(3)形成主汽压力的变化量预测值，再经过第二加法器(4)与原主汽压力设定值相加，形成新的主汽压力设定值；新的主汽压力设定值输入到第一减法器(5)中，与输入的实际主汽压力值做差，差值信号送入主控PID(6)，再经过第二加法器(7)与锅炉主控前馈信号相加形成锅炉主控输出信号，控制锅炉的动作；同时，电网频率信号经过死区控制器(1)后输入到所述的快速微分前馈分系统(8)中，与修正前指令相加后得到修正后指令。


2.根据权利要求1所述的一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，其特征在于，所述的快速微分前馈分系统(8)包括给水流量快速微分前馈子系统和/或燃料量快速微分前馈子系统和/或总风量快速微分前馈子系统。


3.根据权利要求2所述的一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，其特征在于，所述的给水流量快速微分前馈子系统包括：第二减法器(80)、第二函数发生器(81)、第三加法器(82)、第二惯性模块(83)；所述的第二惯性模块(83)、第二减法器(80)、第二函数发生器(81)、第三加法器依次串联；电网频率信号经过死区控制器(1)后，输入到所述的第二惯性模块(83)和第二减法器(80)中，经过第二惯性模块(83)后的信号再输入到第二减法器(80)中，与直接输入到第二减法器80的经过死区控制器(1)后的电网频率信号做差，差值送入到所述的第二函数发生器(81)，在经过第三加法器(82)与修正前给水流量指令相加，得到给水流量指令。


4.根据权利要求2所述的一种超临界机组一次调频动作时锅炉主控控制系统，其特征在于，所述的燃料量快速微分前馈子系统包括：第三减法器(90)、第三函数发生器(91)、第四加法器(92)、第三惯性模块(93)；所述的第三惯性模块(93)、第三减法器(90)、第三函数发生器(91)、第四加法器(92)依次串联；电网频率信号经过死区控制器(1)后，输入到所述的第三惯性模块(93)和第三减法器(90)中，经过第三惯性模块(93)后再输入到第三减法器(90)中，与直接输入到第三减法器(90)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，陈胜利，江溢洋，张剑，武海澄，庄义飞，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院，大唐锅炉压力容器检验中心有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34