[發明專利]直流爐單元機組直接能質平衡協調控制系統

有效

• 申請號: 201110103988.0
• 申請日: 2011-04-25
• 公開（公告）號: CN102323748A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 葉敏;蘇明;馮樹臣;潘鋼;陳又申;夏明;趙松烈
• 申請（專利權）人: 上海迪吉特控制系統有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;F01K11/02;F01D17/10
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種火電廠單元機組協調控制系統，特別是一種基于直接能質平衡機理的直流爐單元機組協調控制系統，屬于熱工自動控制領域。

背景技術

火電廠單元機組被控對象本身是一個具有非線性、多變量、強時變和大時滯特性的復雜熱力過程，各變量之間存在著強關聯和強耦合作用，尤其是鍋爐-汽輪發電機間動態特性的顯著差異和各變量間的強耦合作用極大地制約了機組的負荷響應特性。因此，火電廠單元機組通常設計有一套鍋爐-汽輪發電機組協調控制系統。

通過對現有文獻檢索可以發現，在以往配置汽包鍋爐的亞臨界單元機組中，一種由美國L&N公司首先提出的DEB直接能量平衡協調控制系統得到了廣泛的應用(李希武.直接能量平衡法(DEB)協調控制系統分析[J].中國電力，2000，33(6)：74-77)。該協調控制方案通過將能夠表征鍋爐熱量輸入的汽機調節級壓力P₁和鍋爐汽包壓力P_D微分之和，即P₁+K_D×dP_D/dt，與代表汽輪機能量需求的指令信號P_S×P₁/P_T相平衡，巧妙地實現了機-爐多變量控制系統的解耦。(鄭昶，曹在基.DEB協調控制系統[J]動力工程，1989，(04)：1-9)。

而對目前國內大量新建的超臨界參數火力發電機組，由于蒸汽工質本身的熱物理特性決定了其只能采用直流鍋爐(簡稱直流爐)。與汽包鍋爐相比較，直流鍋爐的主要特點是汽水流程中沒有作為汽水固定分界點的汽包，工質依靠給水泵的壓頭一次性通過鍋爐蒸發受熱面和過熱受熱面。同時，現代超臨界機組一般都設計采用變壓運行方式。這時，鍋爐工質會從亞臨界變化到超臨界狀態，其間工質物性會發生顯著變化。在亞臨界時，工質的加熱區段有熱水段，蒸發段和過熱段；隨著鍋爐運行壓力升高，汽化潛熱減少，當運行參數達到或超過臨界點(壓力22.115MPa、溫度374.15℃)時，水直接變為蒸汽，汽化潛熱為零。至此，鍋爐內的工質不再有汽液兩相共存的蒸發段。超臨界機組這種復雜的熱力學特性導致機組協調控制系統各主要輸出變量之間具有維數更高的非線性和時變強耦合特性，簡單地采用類似配汽包鍋爐的亞臨界火力發電機組協調控制系統2×2維的解耦設計方案已無法滿足亞臨界或超臨界直流爐單元機組運行控制的需要。

同時，對采用全周進汽節流調節運行方式的大容量超臨界汽輪機，由于汽輪機未設計調節級葉片，也不存在之前所述的DEB直接能量平衡協調控制系統設計方案中表征機組內部流量平衡的汽機調節級壓力信號P₁。

由于無法像汽包鍋爐單元機組那樣選取一個類似汽包壓力P_D那樣能夠綜合反映機爐能量和質量動態平衡的測量信號，在目前的實際工程應用中，各種直流爐單元機組協調控制系統所采用的方案仍是通過選擇被控對象各輸入量和輸出量的匹配，按單變量控制方法設計各自的閉環調節回路，然后設置解耦因子來實現各個并行的調節回路之間響應性能與解耦程度之間的折衷(夏明，張惠娟.機組協調控制系統結構對控制性能影響分析[C].中國電機工程學會高效清潔燃煤機組協作網年會.2008.10.南京)。也就是設計為以鍋爐跟蹤為基礎的協調控制系統(CBF)或以汽輪機跟蹤為基礎的協調控制系統(CTF)。在這兩種協調控制系統設計方案中，汽輪機和鍋爐側的調節回路將分別控制汽輪發電機組的輸出功率N_T和汽輪機機前壓力P_T，或反之。這種采用機組輸出功率N_T、汽輪機機前壓力P_T和鍋爐出口蒸汽溫度T_B作為協調控制系統控制變量的設計方案又常稱為間接能量平衡協調控制系統(或直接指令平衡協調控制系統DIB)。

這時，直流爐單元機組協調控制系統被控對象可簡化為一個3×n維多輸入輸出模型，這個模型反映了被控對象的基本耦合特征和并行調節回路的設計特點。其中輸入分別為鍋爐燃燒率指令，鍋爐給水流量和汽機功率(或調門開度)指令；輸出(當n取4時)分別為汽輪發電機組輸出的實際功率N_T、汽輪機機前壓力P_T、鍋爐出口蒸汽溫度T_B和直流爐中間點溫度T_M。