利用蒸汽储能耦合熔盐储热燃煤机组的控制系统及方法

本发明涉及熔盐储热控制，具体涉及一种利用蒸汽储能耦合熔盐储热燃煤机组的控制系统及方法。

背景技术：

1、近年来，风电等新能源在电力系统中的渗透率不断提高，而风电、太阳能等新能源发电的随机性和间歇性与传统同步发电机有着显著差异，电力系统频率的稳定性和安全性受到了极大威胁，与此同时，火电等常规机组的容量占比逐渐减小，导致系统调峰调频能力减弱。在此背景下，我国燃煤机组急需提升自身运行灵活性，支撑高比例新能源消纳、维护电力系统安全稳定运行。

2、目前，我国燃煤机组正在创新不同的灵活、智能运行技术手段，通过灵活性改造的方法提升机组快速变负荷、深度调峰运行能力。加装熔盐储热系统是近年来提出的一种重要技术手段。目前关于熔盐储热系统与燃煤机组深度耦合方面的研究普遍在于熔盐系统结构优化设计、熔盐系统传热机理以及高温熔盐系统运行过程中面临的热损失问题，例如下述参考文献所示：

3、毛翠骥,余雄江,徐进良等.耦合熔融盐储热的火电机组灵活调峰系统关键技术研究进展[j].热力发电,2023,52(02):10-22。

4、邹小刚,刘明,肖海丰等.火电机组耦合熔盐储热深度调峰系统设计及性能分析[j].热力发电,2023,52(02):146-153。

5、目前针对熔盐储热系统与燃煤机组深度耦合运行控制优化的研究较少。现有熔盐系统进行储热时，高温高压蒸汽从机组中抽取出来，经过换热器将热量传递给熔盐系统，然后进入机组热力循环。熔盐系统吸收蒸汽释放的热量从冷盐变为热盐，完成储热。在这一过程中，锅炉内部的能量需分出一部分给熔盐系统。然而锅炉的能量来源于煤燃烧，从给煤量到主蒸汽压力处需要经历一定缓冲时间，目前熔盐系统在储热过程中仅单纯依靠锅炉主控制器的反馈调节，经常发生主汽压力偏差过大、机组负荷偏离设定值等情况，严重时甚至会发生机组停机。因此，针对这种情况，需对熔盐储热与燃煤机组深度耦合运行控制程序进行优化，以减小/抵消上述情况发生，维持锅炉、汽轮机的能量平衡，保护机组安全。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明针对利用蒸汽进行储能的燃煤机组耦合熔盐储热系统，提供了一种利用蒸汽储能耦合熔盐储热燃煤机组的控制系统及方法，具体采用如下技术方案：

2、一种利用蒸汽储能耦合熔盐储热燃煤机组的控制系统，其包括锅炉、汽轮机组、主蒸汽管路、支蒸汽管路、换热器以及熔盐储热机组，所述主蒸汽管路连通锅炉与汽轮机组，所述主蒸汽管路上设有抽汽阀门；所述支蒸汽管路一端连接抽汽阀门，另一端连通锅炉的回热系统；所述换热器位于支蒸汽管路上，且所述熔盐储热机组与换热器连通，所述支蒸汽管路的热量经换热器交换至熔盐储热机组内。

3、可选的：所述锅炉设有主控制器，所述主控制器内设有前馈补偿器，所述前馈补偿器包括补偿煤量信号线路，所述补偿煤量信号线路用于储热阶段控制主控制器输出补偿煤量。

4、本发明还公开有一种利用蒸汽储能耦合熔盐储热燃煤机组的控制方法，其采用上述控制系统实现，该方法包括如下步骤：

5、s1、根据储热控制信号、机组负荷状态和液位状态，生成储热动作指令；所述储热控制信号包括储热开始控制信号和储热停止控制信号，所述储热动作指令包括储热启动指令和储热停止指令；

6、s2、根据储热动作指令生成给煤控制信号，并根据预设抽汽流量计算锅炉补偿煤量；

7、s3、对锅炉主控制器进行前馈补偿，生成给煤执行信号，由给煤执行信号控制锅炉执行给煤动作；

8、s4、储热动作指令输入第一延时算法生成切换控制信号，基于切换控制信号生成抽汽阀门开度信号；

9、s5、储热动作指令输入第二延时算法生成熔盐泵联锁控制信号，所述熔盐泵联锁控制信号包括熔盐泵联锁启动信号和熔盐泵联锁关闭信号。

10、可选的：所述根据储热控制信号、机组负荷状态和液位状态，生成储热动作指令步骤包括：

11、采集当前储热控制信号、燃煤机组的负荷状态以及熔盐热罐的液位信息；

12、判断储热控制信号为储热开始控制信号、燃煤机组不为升负荷状态且熔盐热罐的液位处于安全范围，输出储热启动指令，储热过程启动；

13、判断储热控制信号为储热停止控制信号、燃煤机组为升负荷状态或熔盐热罐的液位高于预设上阈值，输出储热停止指令，储热过程停止。

14、可选的：所述根据预设抽汽流量计算锅炉补偿煤量步骤包括：

15、计算当前工况下煤量与产能的折算效率：

16、η＝dsthst/ub；

17、其中η为折算效率；dst为主蒸汽流量；hst为主蒸汽焓值，由水和水蒸气特性得到；hst＝f1(pst,tst)，f1为蒸汽焓值计算函数，pst为主蒸汽压力测量值，tst为主蒸汽温度测量值；ub为当前机组给煤量；

18、计算抽汽流量的设定值：

19、dsin＝f2(n)

20、其中dsin为抽汽流量；f2为抽汽流量的计算函数；n为当前机组负荷；

21、根据当前工况下折算效率与抽汽流量计算进行储热时锅炉补偿煤量δu：

22、δu＝dsinhst/η。

23、可选的：所述对锅炉主控制器进行前馈补偿的步骤包括：

24、在所述锅炉主控制器的前馈补偿器增设补偿煤量信号线路；

25、所述补偿煤量信号线路由选择模块的输出u经过惯性环节形成u/(ts+1)，其中t为惯性时间常数，s为拉普拉斯算子；

26、所述选择模块包括输出通道u、第一输入通道δu、第二输入通道0以及切换条件d；

27、当切换条件d＝1，即储热动作指令为储热启动指令，选择模块的输出通道u输出第一输入通道δu的值，此时锅炉主控制器输出给煤执行信号；

28、当切换条件d＝0，即储热动作指令为储热停止指令，选择模块的输出通道u输出第二输入通道0的值，此时锅炉主控制器不输出给煤执行信号。

29、可选的：所述对锅炉主控制器进行前馈补偿的步骤包括：

30、在所述锅炉主控制器的前馈补偿器增设补偿煤量信号线路；

31、所述补偿煤量信号线路由选择模块的输出u经过惯性环节形成u/(ts+1)，其中t为惯性时间常数，s为拉普拉斯算子；

32、所述选择模块包括输出通道u、第一输入通道δu、第二输入通道0以及切换条件d；

33、当切换条件d＝1，即储热动作指令为储热启动指令，选择模块的输出通道u输出第一输入通道δu的值，此时锅炉主控制器输出给煤执行信号；

34、当切换条件d＝0，即储热动作指令为储热停止指令，选择模块的输出通道u输出第二输入通道0的值，此时锅炉主控制器不输出给煤执行信号。

35、可选的：所述储热动作指令输入第一延时算法生成切换控制信号，基于切换控制信号生成抽汽阀门开度信号的步骤包括：

36、所述储热动作指令输入第一延时算法生成切换控制信号：

37、d(t-τ)；

38、其中t为时间，τ为制粉系统及燃烧过程的滞后时间，由当前锅炉的制粉系统及燃料燃烧特性决定；

39、当切换控制信号由0变为1时，储热启动，抽汽阀门开度信号由0变为基于抽汽流量控制的pid的输出值，其中基于抽汽流量控制的pid的输入量分别为抽汽流量设定值和抽汽流量实测值；

40、当切换控制信号由1变为0时，储热关闭，抽汽阀门开度信号由基于抽汽流量控制的pid的输出值变为0，其中基于抽汽流量控制的pid的输入量分别为抽汽流量设定值和抽汽流量实测值。

41、可选的：所述储热动作指令输入第二延时算法生成熔盐泵联锁控制信号的步骤包括：

42、当储热过程启动时，储热启动指令经延迟时间γ生成熔盐泵联锁控制信号：

43、熔盐泵联锁控制信号＝d(t-γ)；

44、其中d为储热开始控制信号；γ为熔盐泵联锁控制信号的迟延时间，γ＝τ-δ，τ为制粉系统及燃烧过程的滞后时间，δ为经验设定常值；

45、当储热过程关闭时，储热停止指令经延迟时间γ生成熔盐泵联锁控制信号：

46、熔盐泵联锁控制信号＝not[d(t-γ)]；

47、其中not为逻辑非计算；d为储热开始控制信号；γ为熔盐泵联锁控制信号的迟延时间，γ＝τ-δ，τ为制粉系统及燃烧过程的滞后时间，δ为经验设定常值。

48、进一步的，本发明还公开有一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行上述的控制方法。

49、此外本发明还公开有一种包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行上述的控制方法。

50、有益效果

51、本发明的技术方案获得了下列有益效果：

52、本发明的控制方法在熔盐储热过程中随着储热指令下达，可对补偿煤量进行计算和添加，并在补偿煤量充分燃烧放热后，再打开支蒸汽管路进行储热，该方法使得熔盐储热过程中进行抽汽前，锅炉内部保持充沛能量，降低抽汽阶段能量不匹配，以减小主汽压和机组负荷波动，有效提升机组运行稳定性和安全性。