一种燃煤机组灵活性调峰克服给水流量波动控制方法与流程

本发明属于火力发电机组自动控制，尤其涉及一种燃煤机组灵活性调峰克服给水流量波动控制方法。

背景技术：

1、发展风能、太阳能等新能源是我国能源发展重大战略，为了提高新能源的消纳能力，国家出台了鼓励燃煤机组开展灵活性改造的若干政策，机组灵活性改造后，提升了深度调峰能力，最低负荷可达到甚至低于20％额定负荷，可在20％～100％额定负荷连续运行。机组在超低负荷下运行时，机组的控制对象特性发生了较大变化，主要运行参数以及设备接近正常调节范围的下限，调节裕量较小，容易进入不正常运行工况区，导致保护误动，引起非停，同时锅炉在深度调峰超低负荷下运行时，脱硝出口烟温降低，超出脱硝系统催化剂反应温度范围，有的电厂通过新增省煤器给水旁路管道的方法提高脱硝出口烟温，使进入省煤器的工质流量减少，在经过省煤器入口的烟气量和烟气温度不变的情况下，工质侧的吸热量减少使省煤器出口烟温升高。燃煤机组在灵活性调峰中面临测量信号稳定性、调节机构非线性、控制对象特性差异和机组运行工艺变化等问题，必须对现有dcs控制系统的主要控制与保护回路逻辑进行深入的梳理、试验和优化，提高机组自动控制性能，满足灵活性调峰期间agc和一次调频调节性能的要求，保证主要控制参数的稳定可控。

2、近些年众多国内学者对火电机组给水流量控制相关问题进行了研究与探讨，中国专利“一种适应燃煤机组深度调峰的给水全程控制系统”专利申请号2020102291223，提供了两种运行模式，给水泵并列与退出控制运用了运行规程知识化和专家经验模型化的理念，采取了相关操作分类优化组合，同向操作相间进行的控制策略实现给水全程自动控制。中国专利“一种适应负荷快速波动的给水流量控制方法”专利申请号2018103014875，提出了以主蒸汽流量为给水控制主输入信号，叠加机组目标负荷同限速后目标负荷差值、目标主汽压力值与实际主汽压力偏差、目标温度与分离器出口实际温度偏差作用于给水流量设定值，将煤量变化与给水量变化相对独立开来，加入中间点温度偏差修正给水量。中国专利“一种锅炉汽包水位pid参数的整定方法”专利申请号2020103942081，用改进引力搜索算法来整定锅炉汽包水位的pid控制器参数。中国专利“智能多模态pid的大型发电机组给水控制系统”专利申请号2013101151536，搭建成多模态的模糊控制实时在线优化器，介入锅炉已有的pid闭环控制系统中，构成一个独立的给水系统闭环控制系统，解决了对大型锅炉给水系统稳定控制的技术难题。

3、以上这些专利主要从给水泵运行模式优化、给水流量设定值将煤量变化与给水量变化相对独立开来运算、机组控制策略的设计以及用改进引力搜索算法和多模态模糊控制算法整定锅炉汽包水位的pid控制器参数等方面进行了阐述，并提出了给水控制系统设计方法与应用实例，对给水流量进行控制，但对燃煤机组灵活性调峰克服给水流量波动控制没有进行有针对性的研究。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种燃煤机组灵活性调峰克服给水流量波动控制方法。其目的是为了为了解决燃煤机组给水旁路灵活性改造后，在灵活性调峰过程中给水流量自动控制问题，充分发挥设备潜力，在满足电网调频调峰要求的同时，保证主要参数的稳定性的发明目的。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种燃煤机组灵活性调峰克服给水流量波动控制方法，应用于灵活性改造机组给水控制系统，执行在dcs中，包括以下步骤：

4、步骤1.燃煤机组灵活性调峰过程中，dcs控制逻辑根据蒸汽流量运行区间值、给水流量控制偏差变化率、给水泵运行状态和省煤器给水旁路状态判定给水流量波动；

5、步骤2.增加蒸汽流量定值判断模块a和b，确定给水流量波动有效的蒸汽流量运行区间；

6、步骤3.增加给水流量控制偏差绝对值模块、积分模块、微分模块，进行绝对值、积分、一阶微分、二阶微分计算，确定给水流量控制偏差变化率，增加定值判断模块c，结合蒸汽流量运行区间递进式调整给水流量pid调节器的增益值和积分时间；

7、步骤4.增加给水泵运行状态监测模块，判断2台运行给水泵中1台跳闸，造成给水流量波动，连锁关闭运行给水泵的再循环阀门，同时超驰增加运行给水泵出力；

8、步骤5：增加省煤器给水旁路状态监测模块和省煤器给水旁路调节阀门速率限制模块，依据省煤器给水旁路状态动态调整给水流量pid调节器的增益值和积分时间。

9、更进一步的，所述给水流量控制偏差变化率，包括：增加给水流量控制偏差绝对值模块、积分模块、微分模块，对给水流量控制偏差先进行绝对值计算，再进行积分计算，获得给水流量控制偏差积分值，根据给水流量波动幅度增加，给水流量控制偏差积分值会不等幅增加；

10、θ＝∫e(t)dt (1)

11、式中θ为给水流量控制偏差积分值，e(t)|为给水流量控制偏差绝对值，d为微分符号，t为时间；

12、对给水流量控制偏差积分值进行一阶微分，获得给水流量控制偏差一阶微分值，将不等幅增加的给水流量控制偏差积分值修正为线性增加；

13、对给水流量控制偏差一阶微分值进行二阶微分，获得给水流量控制偏差二阶微分值，将线性增加的给水流量控制偏差一阶微分值修正为定值；

14、σ＝d2(θ(t))dt2 (2)

15、式中σ为给水流量控制偏差二阶微分值；

16、在线性增加的给水流量控制偏差二阶微分值修正为定值中，可增大或减小此定值判断给水流量波动幅度；

17、在增大或减小此定值判断给水流量波动幅度的过程中，确定蒸汽流量区间内，给水流量存在波动；

18、确定二阶微分值修正值是否大于此定值；

19、在二阶微分值修正大于此定值的情况下，自动减少第二pid调节器的增益值，自动增加第二pid调节器的积分时间，并根据现有的运行方式克服给水流量波动。

20、更进一步的，所述给水泵运行状态，包括：增加汽动给水泵运行状态监测模块，满足以下条件：

21、两台汽动给水泵并列运行；并且运行小汽机速关油压未低；并且跳闸小汽机速关油压低，并且跳闸小汽机速关阀全关，15s脉冲；并且联锁投入；并且运行小汽机再循环调节门快开条件无效；

22、连锁关闭运行汽动给水泵的再循环阀门，同时超驰增加运行汽动给水泵出力；

23、增加给水泵运行状态监测模块，满足以下条件：

24、两台电动给水泵并列运行；并且运行电动给水泵电流正常；并且跳闸电动给水泵电流低，并且跳闸电动给水泵电气开关处于分闸状态，15s脉冲；并且联锁投入；并且运行电动给水泵再循环调节门快开条件无效；

25、连锁关闭运行电动给水泵的再循环阀门，同时超驰增加运行电动给水泵出力。

26、更进一步的，所述省煤器给水旁路状态，包括：省煤器给水旁路电动闸阀、止回阀开状态，并且电动调节阀处于开启过程中，开度逐渐增加，省煤器给水旁路流量测量值逐渐增加，控制逻辑判断省煤器给水旁路处于开启过程中，自动减少第二pid调节器的增益值，自动增加第二pid调节器的积分时间，克服给水流量波动；省煤器给水旁路电动闸阀、止回阀开状态，电动调节阀处于关闭过程中，开度逐渐减小，省煤器给水旁路流量测量值逐渐减小，控制逻辑判断省煤器给水旁路处于关闭过程中，自动减少第二pid调节器的增益值，自动增加第二pid调节器的积分时间，克服给水流量波动。

27、更进一步的，所述蒸汽流量运行区间，为通过增加蒸汽流量定值判断模块，对蒸汽流量进行定值判断，当蒸汽流量大于给水流量波动的最小流量值，小于给水流量波动的最大流量值时，在此蒸汽流量区间内，给水流量存在波动有效。

28、更进一步的，所述递进式调整给水流量pid调节器的增益值和积分时间，为参数动态调整采用逐级递进的方式，给水流量波动判据成立后，自动调整一次参数，同时计时器开始计时，若一定时间后，给水流量波动仍判据成立，给水流量没有收敛至波动消失，将再次自动调整参数，直至机组负荷离开给水流量波动区间或者给水流量控制偏差二阶微分值定值小于给水流量波动幅度系数时，即判定给水流量波动已克服，判据失效后，将给水系统中第二pid调节器增益参数和积分时间参数切换至原参数，给水系统正常参与机组协调控制，同时对自动调整参数的范围进行限幅，保证参数的合理的范围内自动调整，满足机组安全运行的条件。

29、更进一步的，所述灵活性改造机组给水控制系统，为在省煤器进口和出口之间增加旁路管道，在原主给水管道上通过三通引出，旁路管道沿着工质流动方向布置流量计、电动闸阀、电动调节阀、止回阀，最后通过三通将旁路管道接入省煤器出口下降管，通过省煤器给水旁路，在机组低负荷调峰时，部分省煤器给水直接在省煤器给水旁路调节阀门的控制下通过大旁路直接到达省煤器出口集箱。

30、更进一步的，所述机组给水控制系统包括：汽包锅炉机组给水控制系统和直流锅炉机组给水控制系统；

31、所述汽包锅炉机组给水控制系统中汽包水位实际测量值与汽包水位设定值的比较结果，得到汽包水位偏差信号；通过第一pid调节器a对汽包水位进行调节，获得第一给水流量信号；获取蒸汽流量对第一给水流量信号进行参数修正，获得第二给水流量信号；将第二给水流量信号与给水控制系统中实际测量的给水流量比较结果，获得给水流量偏差信号；将给水流量偏差信号通过第二pid调节器进行调节，获得第二给水流量信号通过软手操控制器作用到目标执行器，以控制给水流量；根据蒸汽流量运行区间值及给水流量控制偏差变化率判断给水流量波动，利用改变目标增益和积分时间实时整定第二pid调节器参数，克服给水流量波动；

32、所述给水控制系统中汽包水位实际测量值与汽包水位设定值的比较结果，得到汽包水位偏差信号包括：获取给水控制系统中汽包水位实时值、汽包水位设定值、蒸汽温度、蒸汽压力，根据汽包水位实时值与汽包水位设定值的差值，确定差值为汽包水位偏差信号，将汽包水位偏差信号输入到第一pid调节器获得第一给水流量信号，根据蒸汽温度、蒸汽压力、获得蒸汽流量，根据蒸汽流量对第一流量信号进行修正，获得第二给水流量信号；

33、所述直流锅炉给水控制系统中中间点温度实际测量值与中间点温度设定值的比较结果，得到中间点温度偏差信号；通过第一pid调节器b对中间点温度进行调节，获得第一给水流量信号；获取煤水比曲线输出的给水流量理论值对第一给水流量信号进行参数修正，获得第二给水流量信号；将第二给水流量信号与给水控制系统中实际测量的给水流量比较结果，获得给水流量偏差信号；将给水流量偏差信号通过第二pid调节器进行调节，获得第二给水流量信号通过软手操控制器作用到目标执行器，以控制给水流量；根据蒸汽流量运行区间值及给水流量控制偏差变化率判断给水流量波动，利用改变目标增益和积分时间实时整定第二pid调节器参数，克服给水流量波动。

34、更进一步的，所述直流锅炉给水控制系统中中间点温度实际测量值与中间点温度设定值的比较结果，得到中间点温度偏差信号，包括：获取给水控制系统中中间点温度实时值、中间点温度设定值、蒸汽温度、蒸汽压力，根据中间点温度实时值与中间点温度设定值的差值，确定差值为中间点温度偏差信号，将中间点温度偏差信号输入到第一pid调节器获得第一给水流量信号，根据蒸汽温度、蒸汽压力、获得蒸汽流量，根据蒸汽流量对第一流量信号进行修正，获得第二给水流量信号。

35、更进一步的，将所述第二给水流量信号与给水控制系统中实际测量的给水流量比较结果，获得给水流量偏差信号包括：根据第二给水流量信号与获取给水控制系统中给水流量实时值的差值，确定差值为给水流量偏差信号；通过软手操控制器将给水流量偏差信号转化为用于调节目标执行器阀位的信号，根据调节目标执行器阀位的信号控制给水流量。

36、本发明具有以下有益效果及优点：

37、本发明通过现有燃煤机组分散控制系统dcs协调控制系统，实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。本发明可用于燃煤火电机组灵活性改造后，在灵活性调峰运行过程中的给水流量自动控制，保证机组在灵活性调峰过程中负荷响应快速稳定的同时，自动将给水流量控制在合理范围内。

38、(1)在机组灵活性调峰过程中，dcs控制逻辑根据蒸汽流量运行区间值、给水流量控制偏差变化率判定给水流量存在波动，为了解决给水流量波动，引起汽包锅炉汽包水位和直流锅炉中间点温度振荡的控制问题，采用动态减小控制回路增益和动态增加控制回路积分时间的方法，规避控制回路发生振荡的风险，提高了锅炉运行的稳定性和安全性。

39、(2)在机组灵活性调峰过程中，当实际负荷低于30％额定负荷，给水流量比较低，通过对给水泵运行状态监测，判断2台运行给水泵中1台跳闸，造成给水流量波动，有锅炉给水流量低mft保护动作风险，自动连锁关闭运行给水泵的再循环阀门，同时超驰增加运行给水泵出力，快速补充进入锅炉水冷壁的给水流量，避免锅炉给水流量低mft保护动作，减少机组非停。

40、(3)机组灵活性改造在省煤器进口和出口之间增加旁路管道，提升低负荷调峰时的烟温，满足脱硝等环保设施对烟温的要求，通过增加省煤器给水旁路状态监测模块和省煤器给水旁路调节阀门速率限制模块，依据省煤器给水旁路状态动态调整给水流量pid调节器的增益值和积分时间，减少给水旁路阀门开、关过程对给水流量控制过程造成的扰动，提高机组低负荷运行的稳定性。

41、(4)可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。

42、(5)实时监测给水流量波动幅度，有较好的实时性，可调节给水流量波动幅度定值，便于较早发现给水流量波动情况，有利于给水流量的稳定控制，现场调试过程简单，便于工程实现。