一种循环流化床机组自动发电控制系统的制作方法

2021-02-26 15:02:34|

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本实用新型涉及发电控制领域，尤其涉及一种循环流化床机组自动发电控制系统。

背景技术：

自动发电控制(agc，automaticgenerationcontrol)是发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电网调度机构下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。

现有的发电机组种类繁多，其中，循环流化床机组具有分布参数、非线性、时变、大滞后、多变量强耦合等特性，相比于传统的煤粉锅炉机组，其结构更加复杂，难以对循环流化床机组进行自动发电控制。

如何对循环流化床机组进行自动发电控制，是本申请所要解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种循环流化床机组自动发电控制系统，用以解决难以对循环流化床机组进行自动发电控制的问题。

本方案提供了一种循环流化床机组自动发电控制系统，包括：

根据电力负荷向远程控制装置下发控制指令的电网调度实时控制装置；

与所述电网调度实时控制装置通信连接，用于对所述控制指令进行预处理，并将经过预处理的控制指令下发至机组控制装置的远程控制装置；

与所述远程控制装置通信连接，用于修正经过预处理的控制指令得到修正指令，并根据所述修正指令控制循环流化床机组的机组控制装置，其中，所述修正指令包括锅炉控制指令和/或汽机控制指令；

与所述机组控制装置通信连接的循环流化床机组。

在本申请实施例中，远程控制装置接收电网调度实时控制装置下发的控制指令并进行预处理，机组控制装置能接收并修正电网调度实时控制装置下发的控制指令，并根据修正指令控制循环流化床机组，改善机组控制性能，提高机组稳定性。

附图说明

图1是本实施例一种循环流化床机组自动发电控制系统的结构示意图之一；

图2是本实施例一种循环流化床机组自动发电控制系统的结构示意图之二；

图3是本实施例中一种控制算法逻辑示意图；

图4是本实施例一种循环流化床机组自动发电控制系统的结构示意图之三；

图5是本实施例一种循环流化床机组自动发电控制系统的结构示意图之四；

图6是本实施例一种循环流化床机组自动发电控制系统的结构示意图之五。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本申请中附图编号仅用于区分方案中的各个步骤，不用于限定各个步骤的执行顺序，具体执行顺序以说明书中描述为准。

在实际应用中，自动发电控制(agc)可以用于对电网部分机组出力进行二次调整，以满足控制目标要求。自动发电控制(agc)在电力系统正常运行状态下的基本目标可以包括以下至少一项：

1)使发电自动跟踪电力系统负荷变化；

2)响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为规定值(例如可以为50hz)；

3)在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值；

4)对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率，对偏离预计的负荷，实现在线经济负荷分配；

5)监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。

循环流化床机组包括循环流化床锅炉，该循环流化床锅炉采用的是工业化程度最高的洁净煤燃烧技术。循环流化床锅炉采用流态化燃烧，主要结构可以包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。与鼓泡流化床燃烧技术的最大区别是运行风速高，强化了燃烧和脱硫等非均相反应过程，锅炉容量可以扩大到电力工业可以接受的大容量(600mw或以上等级)，循环流化床锅炉已经很好的解决了热学、力学、材料学等基础问题和膨胀、磨损、超温等工程问题，成为难燃固体燃料(如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物)能源利用的先进技术。

循环流化床机组还可以包括与循环流化床锅炉连锁的汽机部分，汽机可以与上述机床协同工作。在循环流化床机组控制的燃烧过程中，负荷和煤种的变化是最主要的外部扰动。一般来说，调节控制系统在外部扰动下需要将主汽压力、主汽温度、床温、含氧量、炉膛负压和床压稳定在适当的范围，保持适当的风煤比、一、二次风比、炉膛负压、灰浓度和炉膛出口温度，实现能量平衡、物料平衡和动量平衡(质量平衡)，从而保证锅炉安全经济运行。

由于在循环流化床锅炉炉膛内同时进行着物料流动、燃烧、换热。因而循环流化床锅炉内的控制特性是一个大滞后、强耦合、时变的非线性系统。

其中，强耦合表现在：一个被调参数同时受到几个调节参数的共同影响，如床层温度要受到给煤量、石灰石供给量，一次风量、返料量及排渣量等多个参数控制。同时，一个调节参数又影响多个被调参数，如给煤量不仅影响主汽压力，还影响床温、炉膛温度、过量空气系统及so2含量等参数。

其中，大滞后主要反应在燃烧和换热过程：循环流化床机组的燃料和空气接触燃烧直到燃烬需要相当长的时间，同时在换热过程中涉及因素和环节比较多，环节的容量大，造成换热大滞后。

其中，时变的非线性表现在：当循环流化床机组在燃用不同煤种、不同负荷下其炉内燃烧及换热过程差别很大，相应的一、二次风量分配、风煤分配和灰浓度也不同。如，在燃用低挥发份的无烟煤时一次风率较低，而在燃用高挥发份的烟煤时一次风率较高。同样，同一煤种在不同负荷下其一、二次风的比例也会不同。

在循环流化床机组的实际应用过程中，部分循环流化床机组自动发电控制直接沿用传统煤粉锅炉的控制结构，即以锅炉给煤量和汽机主汽阀门开度为输入量，机组功率和主汽压力为输出量。由于循环流化床锅炉的特性与传统煤粉锅炉差异较大，导致汽机主控压力偏差大，从而使得机组功率在负荷剧烈变化过程中由于压力偏差导致机组负荷调节精度差、负荷变化缓慢。在高负荷运行时，主蒸汽压力波动较大，导致保护动作，从而令机组负荷在高负荷区间内很难跟踪上目标负荷指令。在频繁变负荷过程中，给煤调节变化快导致煤量波动较大，进而致使压力和风量调节波动较大致使出口氧量控制效果较差。

由此可见，如何对循环流化床机组进行自动发电控制是亟待解决的技术问题。

为了解决现有技术中存在的问题，本申请实施例提供一种循环流化床机组自动发电控制系统，如图1所示，包括：

根据电力负荷向远程控制装置12下发控制指令的电网调度实时控制装置11；

与所述电网调度实时控制装置11通信连接，用于对所述控制指令进行预处理，并将经过预处理的控制指令下发至机组控制装置13的远程控制装置12；

与所述远程控制装置12通信连接，用于修正经过预处理的控制指令得到修正指令，并根据所述修正指令控制循环流化床机组14的机组控制装置13，其中，所述修正指令包括锅炉控制指令和/或汽机控制指令；

与所述机组控制装置13通信连接的循环流化床机组14。

本实施例中的远程控制装置(remoteterminalunit，rtu)可以用于对机组进行监测和控制。rtu例如可以包括信号输入/出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源及外壳等组成，由微处理器控制，并支持网络系统。

电网调度实时控制系统可以通过预设的信息传输通道向rtu下发控制指令，该控制指令可以包括机组负荷指令、实际负荷指令、主汽压力设定指令等指令信号。rtu对接收到的控制指令进行预处理，然后将经过预处理的控制指令下发至机组控制装置。机组控制装置用于对接收到的预处理的控制指令进行修正，并根据得到的修正指令控制循环流化床机组的机组控制装置。机组控制装置可以根据修正指令控制锅炉和/或汽机，实现自动调节。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，所述锅炉控制指令包括以下至少一项：给水量控制指令、主蒸汽温度控制指令、主蒸汽压力控制指令。通过本申请提供的方案，能通过锅炉控制指令对锅炉进行给水量、主蒸汽温度、主蒸汽压力控制，从而实现对锅炉功率的控制。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，如图2所示，所述机组控制装置13包括用于根据所述机组控制装置13获取的修正参数信号对所述经过预处理的控制指令执行修正，生成修正指令的优化控制模块131。

其中，所述修正参数信号包括以下至少一项：机组负荷指令信号、实际负荷信号、主汽压力设定信号。本实施例提供的优化控制模块也可以称为优化控制站，上述优化控制模块可以以可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)为硬件载体，与机组原分布式控制系统(distributedcontrolsystem，dcs)间采用硬接线方式，并作为一个扩充的分散处理单元融入到原dcs系统中，形成具有修正功能的机组控制装置，运行人员的操作方式可以保持不变。

优化控制模块接收dcs送出的机组负荷指令、实际负荷、主汽压力设定等信号，应用控制算法计算出机组的优化控制指令修正当前dcs控制指令，以达到改善机组agc控制性能的目的。上述修正信号可以用于控制锅炉和/或汽机，例如调整机组功率、调整燃煤量等。

上述实施例中所述的控制算法，可以包括协调控制的机组功率采用单回路调节，满足agc的精度和快速性要求，使调节更快、更稳定和精度更高。在算法中可以采用主汽压力设定值的高阶惯性环节处理，使动态变负荷过程风/煤变化率减小，变化更平稳。

图3是本实施例的控制算法逻辑图，可以根据图3示出的算法计算得到汽机指令和锅炉指令。需要说明的是，算法可以根据实际情况调整。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，所述优化控制模块131用于通过直接能量平衡法根据所述修正信号对所述经过预处理的控制指令进行修正。

在本实施例中，通过直接能量平衡法(directenergybalance，deb)根据修正指令对经过预处理的控制指令进行修正，得到的修正指令能加快锅炉燃烧率控制速率，在物料平衡和能量平衡的基础上实现机炉间能量平衡和床上的热平衡，并保证主要运行参数的可控性。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，所述修正参数信号包括主汽压力设定信号，所述优化控制模块131用于根据所述主汽压力设定信号对所述经过预处理的控制指令执行修正，生成不包含一次调频的修正指令。

在本申请实施例中，生成的修正指令是不包含一次调频的修正指令，该修正指令例如可以包括针对蒸汽压力设定值的控制指令。这样能在一次调频响应的同时，减小机组滑压方式运行时因一次调频指令形成的主汽压力设定值变化对锅炉侧的控制产生的扰动。

较优的，本实施例中可以通过动态给水量、主蒸汽温度和主蒸汽压力共同调节机组，并通过不含一次调频的指令控制主汽压力，能提高调节的精确性，同时，还能避免锅炉指令中动态补偿项正向同时叠加，使动态变负荷过程风/煤变化率减小，变化更平稳。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，所述机组控制装置13还用于：

根据所述循环流化床机组14的运行参数通过所述远程控制装置12向所述电网调度实时控制装置11上报机组运行信息，其中，所述机组运行信息包括所述循环流化床机组14的有功功率和/或自动发电控制投入状态信号。

在本实施例中，通过远程控制装置上报循环流化床机组的运行信息，该运行信息可以表征循环流化床机组的实际运行状态。其中，机组运行信息可以包括循环流化床机组的有功功率、自动发电控制投入状态信号等信息。电网调度实时控制装置可以根据接收到的运行信息以及电力负荷下发控制指令对循环流化床机组的参数进行调节，以使得循环流化床机组的运行状态与电力负荷相匹配。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，如图4所示，所述机组控制装置13包括用于限制所述循环流化床机组14的运行参数变化速率的超前滞后模块132。

本实施例中的超前滞后模块用于限制参数变化速率，避免指令小幅的频繁波动，减小锅炉实际运行参数的波动。具体的，可以采用含死区的超前滞后模块leadlag实现。当调度agc指令与机组功率指令相差超过设定死区时，机组指令快速跟踪agc指令至死区内。进入死区后，机组指令按慢速率跟踪agc指令。这样可避免负荷指令小幅的频繁波动时锅炉指令相应的调节波动，减小锅炉侧波动，优化调节效果。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，在所述控制指令控制所述循环流化床机组14的运行参数变化的速率超过预设速率时，所述超前滞后模块132用于：

根据所述控制指令向所述循环流化床机组14发送跟踪指令，用以控制所述循环流化床机组14以低于所述预设速率的速度变化运行参数。

本实施例中超前滞后模块具体可以根据控制指令向循环流化床机组发送跟踪指令，该跟踪指令可以用于控制循环流化床机组的运行参数变化速率，使循环流化床机组以低于预设速率变化运行参数，避免运行参数突变，优化指令对循环流化床机组的调整效果。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，如图5所示，所述机组控制装置13包括用于根据所述修正指令控制所述循环流化床机组14的单回路控制回路133。

通过本申请提供的实施例，能提高调整精度并提高循环流化床机组的响应效率。在本方案中机组功率采用单回路调节，能使调节更快、更稳定且精度更高。

在实际应用中，可以按以下公式确定控制指令nrgd：

nrgd＝wt+c1·wt·wt'+c2·ptsp'

其中，wt＝tef·ptsp/pt。c1和c2为系数，wt'为wt的变化率，pt为主汽压力，ptsp为主汽压力设定值，ptsp'为ptsp变化率。式中wt项是主量，燃料调节使锅炉负荷hr与汽机负荷tef稳态时一致，就保证了主汽压力与设定值一致。c1·wt·wt'项用于机组变负荷中补偿锅炉负荷对燃料的滞后及燃料调节斜坡变化时的稳态偏差；c2·ptsp'项用于补偿锅炉滑压的蓄热量变化。这种算法加快了锅炉燃烧率控制速率，在物料平衡和能量平衡的基础上实现机炉间能量平衡和床上的热平衡，并保证主要运行参数的可控性。

基于上述实施例提供的循环流化床机组自动发电控制系统，较优的，如图6所示，所述机组控制装置13包括可编程逻辑控制器134。

本实施例中可编程逻辑控制器可以用于执行上述控制指令nrgd的计算，具体可以是一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来对循环流化床机组进行控制。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

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