[發(fā)明專利]單元機組的協(xié)調(diào)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310754692.4
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103728946A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 吳樂;羅嘉;潘鳳萍;陳世和;張曦;朱亞清;黃衛(wèi)劍;伍宇忠;李鋒;史玲玲
• 申請（專利權）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院;浙江大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王茹;曾旻輝

技術領域

本發(fā)明涉及單元機組協(xié)調(diào)控制技術領域，特別是涉及一種單元機組的協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術

單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（Coordinated?Control?System，CCS），簡稱協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，是把鍋爐及汽輪機作為一個單元機組整體進行綜合控制，單元機組一般可簡化為一個雙輸入雙輸出的被控對象，參考圖1所示，圖1為單元機組的簡化模型框圖。簡化實現(xiàn)的條件如下：

（1）送風量與燃料量相適應，保持燃燒穩(wěn)定；

（2）引風量與送風量相適應，保持爐膛壓力；

（3）給水量通過保持汽包水位進行控制，使給水流量與主蒸汽流量相平衡；

（4）主蒸汽溫度控制相對獨立。

圖1中，被控變量（輸出變量）為主蒸汽壓力Pt和機組的輸出功率N；控制變量（輸入變量）為燃料量B和主汽門調(diào)節(jié)閥開度μ。協(xié)調(diào)控制的任務是使機組負荷緊密跟蹤外界負荷需求并保持機前汽壓的穩(wěn)定。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個復雜的多變量控制系統(tǒng)。

目前電廠大多數(shù)協(xié)調(diào)控制采用常規(guī)PID（Proportion?Integral?Derivative）控制算法，加上單向靜態(tài)解耦。隨著電力工業(yè)自動化水平的提高，電網(wǎng)綜合自動化對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了越來越高的要求。這些要求主要包括：大范圍的負荷變動，良好的負荷靜態(tài)動態(tài)跟蹤性能、穩(wěn)定性能等。常規(guī)基于PID控制算法越來越難于滿足這些要求，需要考慮應用基于模型的先進控制技術，比如魯棒控制、內(nèi)模控制和模型預測控制。其中模型預測控制是過去三十年最為成功的先進控制技術（Qin?and?Badgwell），在石化工業(yè)已得到普及應用，在電力工業(yè)也有成功應用。

傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制使用DCS系統(tǒng)中的標準控制計算功能就能實現(xiàn)，雖然控制品質(zhì)不是很高，但具有安全可靠的優(yōu)點，因為除了控制算法，DCS（Distributed?Control?System，分散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)控制還包含了保護邏輯以提高系統(tǒng)的可靠性。由于模型預測控制算法復雜，當前絕大部分模型預測控制系統(tǒng)是在上位機實現(xiàn)的，一般使用Windows操作系統(tǒng)。上位機通過OPC（OLE?for?Process?Control）或者Modbus與DCS雙向通訊，實現(xiàn)模型預測控制功能。

雖然模型預測控制能實現(xiàn)更高的控制品質(zhì)，但上位機的引入降低了控制系統(tǒng)的可靠性。在用上位機的模型預測控制代替DCS中的協(xié)調(diào)控制的情況下，如果通訊或者上位機出故障，并且原有DCS系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)控制也不能及時啟動，這就嚴重影響單元機組的正常生產(chǎn)。

目前電廠大多數(shù)協(xié)調(diào)控制采用常規(guī)PID控制算法，加上單向靜態(tài)解耦。圖2給出基于PID控制的常規(guī)協(xié)調(diào)控制框圖，圖中G代表單元機組的動態(tài)模型，C_PID是DCS系統(tǒng)中的常規(guī)協(xié)調(diào)控制器，r1是蒸汽壓力Pt的設定值，r2是輸出功率N的設定值。

隨著電力工業(yè)自動化水平的提高，電網(wǎng)綜合自動化對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了越來越高的要求，基于PID算法的協(xié)調(diào)控制越來越難于滿足要求。學術界和工業(yè)界都在探討基于模型的先進控制技術。各種先進控制技術中，模型預測控制是最為成功的先進控制技術，在電力工業(yè)也有成功應用。

前面提到過，模型預測控制算法復雜，絕大部分模型預測控制系統(tǒng)是在上位機實現(xiàn)的，使用Windows操作系統(tǒng)。一般模型預測控制系統(tǒng)的結(jié)構是把圖2中“常規(guī)協(xié)調(diào)控制”用上位機的模型預測控制模塊代替，模型預測控制器正常工作時，則原有的常規(guī)協(xié)調(diào)控制器關閉；當預測協(xié)調(diào)控制器出問題或者DCS與上位機通訊出問題時，則重新啟動常規(guī)協(xié)調(diào)控制器以維持正常生產(chǎn)。

上位機的引入降低了控制系統(tǒng)的可靠性。其一是當模型預測控制或通訊出問題時，如果不能順利啟動常規(guī)協(xié)調(diào)控制器，則嚴重干擾生產(chǎn)；其二是在上位機中實現(xiàn)相關的安全保護邏輯沒有在DCS中可靠；其三是機組人員無法根據(jù)模型預測控制來取代常規(guī)協(xié)調(diào)控制器確定具體的協(xié)調(diào)控制狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對控制系統(tǒng)的可靠性低的問題，提供一種單元機組的協(xié)調(diào)控制方法。

一種單元機組的協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：

基于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在上位機中建立的先進協(xié)調(diào)控制器C_MPC，所述先進協(xié)調(diào)控制器C_MPC與DCS系統(tǒng)中的常規(guī)協(xié)調(diào)控制器C_PID并行連接；