一种煤水比控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种煤水比控制方法及系统。该方法包括：获取直流锅炉的中间点温度或焓值的偏差；当偏差在第一死区范围内时，不调节给水流量不调节给燃料量；当偏差不在第一死区范围内在第二死区范围内时，调节给水流量不调节给燃料量；当偏差不在第二死区范围内在第三死区范围内时，调节给水流量和给燃料量，给燃料量的调节量基于第一燃料修正函数确定；当偏差不在第三死区范围内时，调节给水流量和给燃料量，给燃料量的调节量基于第一、第二燃料修正函数确定；第一死区是第二死区的子集，第二死区是第三死区的子集；对于同一不在第三死区范围内的偏差，基于第一、第二燃料修正函数确定的给燃料量的调节量大于仅基于第一燃料修正函数确定的。函数确定的。函数确定的。

【技术实现步骤摘要】
一种煤水比控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种煤水比控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着全球能源格局的改变，特别是中国能源政策的变化，大量新能源电站接入电网。这对常规火电机组升级换代提出更高的技术要求。为了适应市场的变化，综合考虑经济效益等因素新建机组特别是大型燃煤机组倾向于采用超超临界压力的直流锅炉机组，用以提高机组整体运行效率，增加经济收益。
[0003]为了有效吸纳新能源电站接入导致的电网峰谷差，能源局提出了火电机组的灵活性改造的方案。这对普通燃煤火电机组提出更高的要求。即在电网负荷低谷时，在保证新能源机组正常发电条件下，要求燃煤机组向下调节到更低的负荷，满足电网和用户的要求。
[0004]常规设计的燃煤火电机组正常的负荷调整范围在50％
‑
100％Pe(即机组额定负荷)之间，具备深度调峰能力的机组其调峰范围在40％
‑
100％Pe，甚至达到30％
‑
100％Pe乃至于20％
‑
100％Pe范围内。当机组负荷降低至较低负荷时，其机组特别是机组特性会发生较大变化。既要满足常规运行区间的要求，又要满足低负荷工况的变化，这对机组协调控制提出了更高的要求。而超临界直流锅炉中间点温度控制是整个协调控制框架中重要组成部分，其控制的性能不仅关系整个锅炉侧汽温稳定性能，而且影响整个协调控制系统性能，进而影响机组整体AGC(即自动发电控制)性能。高水平的超临界直流锅炉中间点温度控制不仅关系着机组的安全运行，而且关系着机组整体控制水平，对于机组运行效益，电网稳定安全，电厂经济效益都起到重要作用。
[0005]今年来随着机组容量的大量提升，特别是超(超)临界直流锅炉的广泛采用，随着大量新能源电站如雨后春笋般接入电网，对于超(超)临界直流锅炉提出更高的技术要求，特别是现有控制策略中难以满足现场全工况的要求。超(超)临界直流锅炉机组协调控制策略中中间点温度(焓值)控制是其重要组成部分，通过改变煤水比例进而改变中间点温度，从而控制锅炉侧汽温，保证机组安全高效、稳定运行。
[0006]超(超)临界锅炉煤水比(即燃水比)是机组运行的重要参数指标。它标志着机组运行状态的优良，体现锅炉水动力循环的正常的与否的重要标志。对于产生温度变化的因素十分复杂，例如机组水动力循环的状况，锅炉炉膛的燃烧的变化，给水系统的扰动，蒸汽侧参数的变化，锅炉内部的结构特性，水位、流量测量系统的安装位置、安装精度、测量变送器的精度等等。所以一般情况下，分离器工质温度是锅炉重要监控参数。其控制效果直接影响机组的安全运行。特别是在机组在宽负荷工况下，机组的主要辅机的运行情况较正常工况下更为恶略，锅炉燃烧特性变化巨大等等这些因素，都对于系统产生了巨大的扰动，导致机组不能安全稳定运行。
[0007]现有煤水比控制的典型技术方案主要包括如下三种：
[0008]1、技术方案一
[0009]技术方案一是一种煤水比控制输出为给水流量修正的控制方式，其具体原理如图
5所示。图5中，PID1为中间点温度控制(或者是中间点焓值控制)，其PID1输入量为分离蒸汽温度或焓值，设定值SP
Tsep
为分离器温度或焓值设定值，测量值PV
Tsep
为分离器蒸汽温度或由分离器蒸汽压力和温度计算得到的焓值，两者作为PID1的控制输入。通过PID1进行控制运算，进行控制运算输出产生控制量FW_Corr，对给水设定进行修正。锅炉主控指令BMD通过给定函数Fx1处理后转换为给水流量主干指令。将上述两指令相加得到给水流量设定指令FWMD，通过该指令对给水系统进行控制。
[0010]其中，直流分离器蒸汽温度的选取根据厂家设计不同，采用了不同的方式，有设计到分离器入口、中部和出口等不同位置，但是其核心目的是代表工质相变的基本位置。
[0011]技术方案一中由于中间点温度(焓值)的控制对象为给水流量。当系统产生扰动时，例如由于媒质等的变化导致，锅炉水冷壁吸热变化，导致水冷壁内的工质(水)的加热区域、蒸发区域的变化，从而导致水工质分离点在水冷壁管道内产生变化，进而影响分离器工质温度的变化(从而影响焓值的变化)，对后边蒸汽吸热产生影响。因此通过中间的温度控制器PID1，产生对给水流量的影响，例如当外因导致分离器温度升高，PID1通过运算输出产生增加给水流量，改变水煤比，水冷壁中的工质增加带走增加的热负荷，进而降低分离器工质温度(改变焓值)，使其恢复到原有控制值上。但是过程中由于给水流量的增加，导致蒸发量的增加，汽轮机侧为了保证机组负荷的稳定势必减小进入其的工质流量，导致汽轮机调门关小，从而导致系统压力升高。当外扰严重时，系统压力变化比较剧烈，对于机组安全运行产生巨大影响。
[0012]2、技术方案二
[0013]技术方案二是一种煤水比控制输出为给燃料量修正的控制方式，其具体原理如图6所示。其结构与技术方案一类似，PID2为中间点温度控制(或者是中间点焓值控制)，其PID2输入量为分离蒸汽温度或焓值，设定值SP
Tsep
为分离器温度或焓值设定值，测量值PV
Tsep
为分离器蒸汽温度或由分离器蒸汽压力和温度计算得到的焓值，两者作为PID2的控制输入。通过PID2进行控制运算，进行控制运算输出产生控制量FUEL_Corr，对燃料设定进行修正。锅炉主控指令BMD通过给定函数Fx2后转换为燃料主控指令。将上述两指令相加得到燃料设定指令FUELMD，通过该指令对燃料系统进行控制。
[0014]技术方案二是通过控制燃料来改变水煤比，继而改变分离器工质温度。与技术方案一比较，由于没有改变给水，其工质流量变化不大，有利于压力的控制，压力控制较为平稳。但是由于其控制的对象为燃料，本身机组的燃料系统进入锅炉进行燃烧换热就是“缓慢”过程(相对于给水系统对于炉内热平衡)。因此当分离器工质温度变化剧烈时，PID2将产生较大的煤量波动，由于其燃料控制的滞后性导致温度调节不及时，汽温变化剧烈。
[0015]3、技术方案三
[0016]技术方案三的煤水比的控制策略都是基于上述单个控制方向进行的秀谷镇，即在给水系统上进行修正，或者在燃料系统上进行修正，或者在部分修正指令上进行部分微调。
[0017]技术三方案中，仅仅是对技术方案一、技术方案二的局部修正，没有根本上解决其两者的问题，因此无法得到大范围的应用。

技术实现思路

[0018]目前，随着大量新能源电站接入电网，对于超(超)临界直流锅炉提出更高的技术
要求，导致现有煤水比(即燃水比)控制策略难以满足现场全工况的要求。基于此，本专利技术的目的在于提供一种能够更好的满足目前现场全工况要求的适用于超(超)临界锅炉的煤水比控制方法。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种能够更好的满足目前现场全工况要求的适用于超(超)临界锅炉的煤水比控制系统。
[0020]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种煤水比控制方法，该方法通过给水流量和给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤水比控制方法，该方法通过给水流量和给燃料量控制实现煤水比控制，其中，该方法包括：偏差获取：获取直流锅炉的中间点温度或焓值的偏差；基于偏差进行给水流量控制和给燃料量控制：当偏差在第一死区范围内时，不调节给水流量且不调节给燃料量；当偏差不在第一死区范围内但是在第二死区范围内时，调节给水流量且不调节给燃料量，从而实现煤水比调整；当偏差不在第二死区范围内但是在第三死区范围内时，调节给水流量且调节给燃料量，从而实现煤水比调整，其中给燃料量的调节量基于第一燃料修正函数确定；当偏差不在第三死区范围内时，则调节给水流量且调节给燃料量，从而实现煤水比调整，其中给燃料量的调节量基于第一燃料修正函数和第二燃料修正函数确定；其中，第一死区是第二死区的子集，第二死区是第三死区的子集；当偏差不在第三死区范围内时，对于同样的偏差，给燃料量的调节量基于第一燃料修正函数和第二燃料修正函数确定相比于仅基于第一燃料修正函数确定，燃料量的调节量更大。2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，获取直流锅炉的中间点温度的偏差包括：获取分离器的实际压力，进而获取分离器的实际压力对应的设计温度值；将该设计温度值与温度偏置值叠加，然后进行二阶惯性滤波后形成分离器蒸汽温度的设定值；其中，二阶惯性滤波中所使用的惯性时间基于锅炉的主汽流量确定；获取分离器的实际温度，将获取的分离器的实际温度进行一阶惯性滤波；确定分离器蒸汽温度的设定值与一阶惯性滤波后的分离器的实际温度的偏差即为直流锅炉的中间点温度的偏差。3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，获取直流锅炉的中间点焓值的偏差包括：获取分离器的负荷指令，进而获取分离器的负荷指令对应的设计焓值；将该设计焓值与焓值偏置值叠加，然后进行二阶惯性滤波后形成分离器蒸汽焓值的设定值；其中，二阶惯性滤波中所使用的惯性时间基于锅炉的主汽流量确定；获取分离器的实际温度以及实际压力，基于分离器的实际温度和实际压力确定分离器的实际焓值，将分离器的实际焓值进行一阶惯性滤波；确定分离器蒸汽焓值的设定值与一阶惯性滤波后的分离器的实际焓值的偏差即为直流锅炉的中间点焓值的偏差。4.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述基于偏差进行给水流量控制和给燃料量控制通过下述方式实现：基于偏差进行给水流量控制：基于偏差进行给水流量修正值确定，利用给水流量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给水流量从而确定给水流量设定值；其中，所述基于偏差进行给水流量修正值确定包括：通过第一修正函数对偏差进行处理的得到第一修正后的偏差，所述第一修正函数为能够设置第一死区的函数；基于第一修正后的偏差，利用给水流量修正函数，确定给水流量修正值；其中，当偏差在第一死区范围内，第一修正后的偏差为0，给水流量修正值对原有的锅炉主控指令形成的给水流量无修正能力；当偏差不在第一死区范围内，第一修正后的偏差不为0，给水流量修正值对原有的锅炉主控指令形成的给水流量有修正能力；
基于偏差进行给燃料量控制：基于偏差进行第一给燃料量修正值、第二给燃料量修正值确定；利用第一给燃料量修正值、第二给燃料量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给燃料量从而确定给燃料量设定值；其中，基于偏差进行第一给燃料量修正值、第二给燃料量修正值确定包括：通过第二修正函数对偏差进行处理的得到第二修正后的偏差，所述第二修正函数为能够设置第二死区的函数；基于第二修正后的偏差，利用第一燃料修正函数，确定第一给燃料量修正值；通过第三修正函数对偏差进行处理的得到第三修正后的偏差，所述第三修正函数为能够设置第三死区的函数；基于第三修正后的偏差，利用第二燃料修正函数，确定第二给燃料量修正值；其中，当偏差在第二死区范围内，第二修正后的偏差为0，第一给燃料量修正值对原有的锅炉主控指令形成的给燃料量无修正能力；当偏差不在第二死区范围内，第二修正后的偏差不为0，第一给燃料量修正值对原有的锅炉主控指令形成的给燃料量有修正能力；当偏差在第三死区范围内，第三修正后的偏差为0，第二给燃料量修正值对原有的锅炉主控指令形成的给燃料量无修正能力；当偏差不在第三死区范围内，第三修正后的偏差不为0，第二给燃料量修正值对原有的锅炉主控指令形成的给燃料量有修正能力。5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，第一修正函数为：式中，error1为第一修正后的偏差；error0为原始偏差；第二修正函数为：式中，error2为第二修正后的偏差；error0为原始偏差；第三修正函数为：式中，error3为第三修正后的偏差；error0为原始偏差；给水流量修正函数为PID算法模型：其中原有的默认输出为0；式中，error1为第一修正后的偏差；FW_Corr为给水流量修正值；kp1为比例系数；T1为积分时间；第一燃料修正函数为PID算法模型：其中原有的默认输出为0；式中，error2为第二修正后的偏差；FUEL_Corr为第一给燃料量修正值；kp2为比例系数；T2为积分时间；第二燃料修正函数为PID算法模型：
其中原有的默认输出为1；式中，error3为第三修正后的偏差；MU_Factor为第三给燃料量修正值；kp3为比例系数；T3为积分时间。6.根据权利要求1或4所述的控制方法，其中，该方法还包括：当给水自动未在自动状态时，暂停基于偏差进行给水流量控制，按照给水流量第一强制控制进行给水流量控制；其中，给水流量第一强制控制包括：跟踪锅炉主控指令转化的给水流量需求信号与实际控制给水流量的工程测点测量得到锅炉实际给水流量的差值，将该差值作为给水流量调节量进行给水流量调节；优选地，所述锅炉主控指令转化的给水流量需求信号与实际控制给水流量的工程测点测量得到锅炉实际给水流量的差值用实际控制给水流量的工程测点测量得到锅炉实际给水流量减去锅炉主控指令转化的给水流量需求信号进行表示；当给燃料自动未在自动状态时，暂停基于偏差进行给燃料量控制按照给燃料量第一强制控制进行给燃料量控制；其中，给燃料量第一强制控制包括：跟踪锅炉主控指令转化的给燃料量需求信号与实际控制给燃料量的工程测点测量得到锅炉实际给燃料量的差值，将该差值作为给燃料量调节量进行给燃料量调节；优选地，锅炉主控指令转化的给燃料量需求信号与实际控制给燃料量的工程测点测量得到锅炉实际给燃料量的差值用实际控制给燃料量的工程测点测量得到锅炉实际给燃料量减去锅炉主控指令转化的给燃料量需求信号进行表示。7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，给水流量第一强制控制通过下述方式实现：跟踪锅炉主控指令转化的给水流量需求信号与实际控制给水流量的工程测点测量得到锅炉实际给水流量的差值，基于该差值确定给水流量修正值；利用给水流量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给水流量从而确定给水流量设定值；其中，确定得到的给水流量设定值与实际控制给水流量的工程测点测量得到锅炉实际给水流量相等；给燃料量第一强制控制通过下述方式实现：跟踪锅炉主控指令转化的给燃料量需求信号与实际控制给燃料量的工程测点测量得到锅炉实际给燃料量的差值，基于该差值确定第一给燃料量修正值以及第二给燃料量修正值；利用第一给燃料量修正值、第二给燃料量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给燃料量从而确定给燃料量设定值；其中，确定得到的给燃料量设定值与实际控制给燃料量的工程测点测量得到锅炉实际给燃料量相等。8.根据权利要求1或4所述的控制方法，其中，该方法还包括：当发生机组辅机故障跳闸工况时，强制优先按照RB工况给水流量强制控制进行给水流量控制，其中，RB工况给水流量强制控制包括：给水流量调节切入保持状态，采用上一时刻给水流量控制中的给水流量调节方案进行给水流量调节；
当发生机组辅机故障跳闸工况时，强制优先按照RB工况给燃料量强制控制进行给燃料量控制；其中，RB工况给燃料量强制控制包括：给燃料量调节切入保持状态，采用上一时刻给燃料量控制中的给燃料量调节方案进行给燃料量调节；优选地，监测机组辅机故障跳闸工况发生信号并对其进行下降沿延时处理，当下降沿延时处理后的机组辅机故障跳闸工况发生信号显示发生机组辅机故障跳闸工况，则认为发生机组辅机故障跳闸工况。9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，RB工况给水流量强制控制通过下述方式实现：将上一时刻给水流量控制中的给水流量修正值作为此次给水流量调节的给水流量修正值；利用给水流量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给水流量从而确定给水流量设定值；RB工况给燃料量强制控制通过下述方式实现：将上一时刻给燃料量控制中的第一给燃料量修正值作为此次给燃料量调节的第一给燃料量修正值，将上一时刻给燃料量控制中的第二给燃料量修正值作为此次给燃料量调节的第二给燃料量修正值；利用第一给燃料量修正值、第二给燃料量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给燃料量从而确定给燃料量设定值。10.根据权利要求4、7、9中任一项所述的控制方法，其中，利用第一给燃料量修正值、第二给燃料量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给燃料量包括：将第二给燃料量修正值与原有的锅炉主控指令形成的给燃料量相乘，所得燃料量再与第一给燃料量修正值进行叠加确定给燃料量设定值；优选地，第二给燃料量修正值为0.8
‑
1.2，修正后的偏差越远离0则对应的第二给燃料量修正值越靠近0.8或者1.2，修正后的偏差的绝对值越接近0则对应的第二给燃料量修正值越接近1，修正后的偏差为0第二给燃料量修正值为1；优选地，当煤水比控制方法包括给燃料量第一强制控制时，在给燃料量第一强制控制过程中，将锅炉主控指令转化的给燃料量需求信号与实际控制给燃料量的工程测点测量得到锅炉实际给燃料量的差值作为第一给燃料量修正值；确定第二给燃料量修正值1。11.根据权利要求4、7、9中任一项所述的控制方法，其中，利用给水流量修正值修正原有的锅炉主控指令形成的给水流量通过下述方式进行：将给水流量修正值与原有的锅炉主控指令形成的给水流量进行叠加；优选地，当煤水比控制方法包括给水流量第一强制控制时，在给水流量第一强制控制过程中，将锅炉主控指令转化的给水流量需求信号与实际控制给水流量的工程测点测量得到锅炉实际给水流量的差值作为给水流量修正值。12.根据权利要求1或4所述的控制方法，其中，当所述偏差为中间点温度偏差时，所述第一死区为[
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，高明帅，邢智炜，尤默，秦天牧，康静秋，高爱国，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：