超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制方法及系统与流程

本发明涉及超临界机组深度调峰水煤协调控制，尤其涉及超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、新型电力系统以新能源为主体，但新能源发电间歇性和波动性的特点决定了构建新型电力系统离不开煤电机组的支撑，在能源结构转型过程中，火电机组“压舱石“托底作用会越来越重要，应强化煤电托底保障，积极推动煤电由主体电源向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础性电源转变。存量火电机组最小技术出力一般为50％额定负荷，需要通过灵活性改造把最小技术出力降至30％额定负荷。

3、火电机组尤其是超临界机组在深度调峰工况下的调节能力不如常规工况(50％额定负荷以上)，且超临界机组相比亚临界机组，其蓄热能力差，热惯性小，所以超临界机组在深度调峰工况下的调节能力不如亚临界机组。超临界机组在深度调峰工况下调节能力差主要表现在以下几个方面：

4、(1)一次调频和agc调节能力差，超临界机组在深度调峰工况下一次调频合格率下降，经常出现响应乏力的现象，在深度调峰工况下超临界机组agc调节性能指标下降。

5、(2)在深度调峰工况下，超临界机组主汽温和主汽压波动大，不利于机组安全稳定运行，严重者可导致跳机。

6、煤和水的响应速度不匹配是造成超临界机组在深度调峰工况下调节能力差的主要原因。超临界机组给水的响应是很快的，给水指令变化后给水泵立即动作，实际给水量会立即变化。超临界机组燃料指令变化后，要经依次过给煤机给煤环节、磨煤机磨煤环节、一次风携带煤粉进入炉膛环节、煤粉燃烧环节、水冷壁传热环节，所以煤的响应速度要比水的响应速度慢。

7、在稳态工况下，煤与水之间响应速度不匹配不会造成不利影响。但新能源发电的波动性叠加极端天气的影响，造成火电机组在深度调峰工况和正常工况下都要频繁参与负荷调节。例如，机组涨负荷时，给水量上涨，煤的热量要经过一段时间后才能传导至水冷壁中，这会造成主汽温和主汽压波动加剧，主汽温波动影响机组安全，主汽压波动不仅会造成机组经济型下降，还会影响机组一次调频和agc调节。

8、超临界机组在深度调峰工况下，机组的各种执行机构处于非线性调节区，执行机构的非线性调节会放大煤和水响应速度的不匹配问题，进而造成超临界机组在深度调峰工况下调节能力差，机组一次调频和agc调节性能不满足要求，造成机组被考核或者降低机组的辅助服务收益。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制方法及系统，根据机组负荷，确定滞后时间和惯性阶数，进而根据滞后时间和惯性阶数对给水指令进行微分修正，获得修正后给水指令，通过燃料指令和修正后给水指令分别对燃料和给水进行控制，使水在锅炉中的作用速度与燃料在锅炉中的作用速度更加匹配，从而避免主汽压力和温度的大幅波动，提升机组调节能力。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提出了超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制方法，包括：

4、获取机组负荷和锅炉主控指令；

5、根据锅炉主控指令获得燃料指令和给水指令；

6、判定机组负荷所处阶段；

7、根据机组负荷所处阶段对应的滞后时间和惯性阶数，对给水指令进行微分修正，获得修正后给水指令；其中，每个阶段对应的滞后时间和惯性阶数确定过程为：获取机组上一运行周期的运行数据；根据机组上一运行周期运行数据中机组负荷所处阶段，对上一运行周期的运行数据进行阶段划分，获取多个阶段的运行数据；对于每个阶段，从该阶段的运行数据中提取相匹配的燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段；从相匹配的燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段中，分别提取汽水分离器出口温度；根据利用滞后时间和惯性阶数，对从给水变化有效数据段中提取的汽水分离器出口温度进行微分修正，构建修正后温度模型，以修正后温度与从燃料变化有效数据段中提取的汽水分离器出口温度之间的误差最小为目标，对修正后温度模型进行求解，获得最优滞后时间和最优惯性阶数；将通过机组上一运行周期每个阶段的运行数据，确定的最优滞后时间和最优惯性阶数，作为当前运行周期相同阶段对应的滞后时间和惯性阶数；

8、通过燃料指令，对给煤进行控制；

9、通过修正后给水指令，对给水进行控制。

10、进一步的，获取主汽压力、汽水分离器出口蒸汽焓值和机组负荷；

11、通过主汽压力，确定能量信号；

12、通过汽水分离器出口蒸汽焓值，确定能量需求；

13、计算能量信号与能量需求之间的差值及其差值变化率；

14、将能量信号与能量需求之间的差值及其差值变化率，输入pid控制器中，输出能量指令；

15、将机组负荷乘以设定系数后与能量指令相加，获得锅炉主控指令。

16、进一步的，获取汽轮机第一级压力；

17、将汽轮机第一级压力除以主汽压力后，再乘以主汽压力设定值，获得能量信号；

18、或，

19、将汽轮机第一级压力与分离器出口蒸汽焓值的微分相加，获得能量需求；

20、或，

21、获取主蒸汽流量；

22、根据主蒸汽流量，及主蒸汽流量与汽轮机第一级压力的对应函数，确定汽轮机第一级压力；

23、或，

24、获取汽水分离器出口蒸汽温度和压力，根据水蒸汽热力性质表、汽水分离器出口蒸汽温度和压力，确定汽水分离器出口蒸汽焓值。

25、进一步的，根据获取的锅炉主控指令及锅炉主控指令与给水之间的对应函数，获得给水指令；

26、或，

27、通过设计煤种热值与锅炉用煤热值的比值，对锅炉主控指令与燃料指令之间的对应函数进行修正，根据修正后函数及获取的锅炉主控指令，获得燃料指令。

28、进一步的，通过燃料指令，获得燃料控制输出值；根据燃料控制输出值对给煤机进行控制；

29、或，

30、通过修正后给水指令，获得给水控制输出值；根据给水控制输出值对水泵进行控制；

31、或，

32、通过燃料指令对实际燃料量进行pid控制，获得燃料控制输出值；

33、或，

34、通过修正后给水指令对实际给水量进行pid控制，获得给水控制输出值。

35、进一步的，所处阶段为第一阶段、第二阶段或第三阶段；

36、或，

37、当机组负荷大于等于30％额定负荷，小于等于40％额定负荷时，机组负荷所处阶段为第一阶段；

38、或，

39、当机组负荷大于等于50％额定负荷时，机组负荷所处阶段为第二阶段；

40、或，

41、当机组负荷大于40％额定负荷，小于50％额定负荷时，机组负荷所处阶段为第三阶段。

42、进一步的，获取机组上一运行周期的运行数据，运行数据包括汽水分离器出口蒸汽温度、燃料指令、给水指令和机组负荷；

43、根据机组上一运行周期的机组负荷所处阶段，对上一运行周期的运行数据进行阶段划分，获取多个阶段的运行数据；

44、对于每一阶段的运行数据，获取所有燃料变化有效数据段和所有给水变化有效数据段；

45、从所有燃料变化有效数据段和所有给水变化有效数据段中，选取相匹配的燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段。

46、进一步的，当燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段中的机组负荷偏差在设定偏差以内；给水变化有效数据段中的给水指令与燃料变化有效数据段中的燃料指令的比值与水煤比设计值的偏差在设定偏差范围内；且给水变化有效数据段中的给水指令变化方向与燃料变化有效数据段中的燃料指令变化方向相反，说明燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段相匹配；

47、或，

48、根据给水指令保持不变，燃料指令发生变化，从运行数据中提取燃料变化有效数据段；

49、或，

50、根据燃料指令保持不变，给水指令发生变化，从运行数据中提取给水变化有效数据段。

51、第二方面，提出了超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制系统，包括：

52、快速锅炉主控模块，用于获取机组负荷和锅炉主控指令；

53、指令分配模块，用于根据锅炉主控指令获得燃料指令和给水指令；

54、速度匹配模块，用于根据机组负荷所处阶段对应的滞后时间和惯性阶数，对给水指令进行微分修正，获得修正后给水指令；其中，每个阶段对应的滞后时间和惯性阶数确定过程为：获取机组上一运行周期的运行数据；根据机组上一运行周期运行数据中机组负荷所处阶段，对上一运行周期的运行数据进行阶段划分，获取多个阶段的运行数据；对于每个阶段，从该阶段的运行数据中提取相匹配的燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段；从相匹配的燃料变化有效数据段和给水变化有效数据段中，分别提取汽水分离器出口温度；根据利用滞后时间和惯性阶数，对从给水变化有效数据段中提取的汽水分离器出口温度进行微分修正，构建修正后温度模型，以修正后温度与从燃料变化有效数据段中提取的汽水分离器出口温度之间的误差最小为目标，对修正后温度模型进行求解，获得最优滞后时间和最优惯性阶数；将通过机组上一运行周期每个阶段的运行数据，确定的最优滞后时间和最优惯性阶数，作为当前运行周期相同阶段对应的滞后时间和惯性阶数；

55、燃料控制器，用于通过燃料指令，对给煤进行控制；

56、给水控制器，用于通过修正后给水指令，对给水进行控制。

57、第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制方法所述的步骤。

58、第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成超临界机组深度调峰水煤协调动态优化控制方法所述的步骤。

59、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

60、1、本发明根据机组负荷所处阶段，确定对应的滞后时间和惯性阶数，进而根据滞后时间和惯性阶数对给水指令进行微分修正，获得修正后给水指令，通过燃料指令和修正后给水指令分别对燃料和给水进行控制，使得给水和给煤后使水在锅炉中的作用速度与燃料在锅炉中的作用速度更加匹配，从而避免主汽压力和温度的大幅波动，有利于机组安全稳定运行。

61、2、本发明在确定锅炉主控指令时，考虑到锅炉日常用煤与设计煤种的热值存在差异，对锅炉主控指令与燃料指令之间的对应函数进行修正，通过对锅炉主控指令与燃料指令之间的对应函数进行修正，能够获得更加准确的燃料指令，进而保证机组燃料控制的准确性，进一步避免主汽压力和温度的大幅波动。

62、3、本发明通过计算能量信号和能量需求，进而通过能量信号和能量需求作为pid控制器的被控量和设定值，获得pid控制器输出的能量指令，进而根据能量指令获得锅炉主控指令，当通过该锅炉主控指令进行机组控制时，实现汽轮机与锅炉之间的能量耦合，加快锅炉在机组快变负荷时的调节速度。

63、4、本发明公开方法，可以提升机组的一次调频、agc等灵活调节能力，增加机组的辅助服务收益，减少机组因调节性能差被考核的费用；可减小机组因频繁的负荷调节造成的主汽压、主汽温大幅波动，提高机组的运行效率和经济性，降低机组因汽温波动造成的跳机风险。对电网来说，通过本发明的应用和推广，火电机组的调频等灵活调节能力大幅提升，有利于电网的安全稳定运行，并且通过本发明可以促进新能源消纳，助力新型电力系统建设。综上所述，本发明具有良好的应用和推广价值。

64、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。