一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法

摘要

本发明公开了一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法。将高加给水旁路控制与传统协调控制相结合，发挥高加给水旁路负荷响应快的特征，改善机组的变负荷性能，同时可以做到尽快恢复高加给水，避免对机组的安全、经济运行产生影响。

权利要求

1.一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法，其特征在于，所述火力发电机组是一个“三进三出”的发电系统，包括设有汽机控制器的汽轮机、设有锅炉控制器的锅炉、设有高加给水旁路控制器的高加给水旁路，所述控制方法包括控制汽轮机的过程、控制高加给水旁路的过程、控制锅炉燃料量的过程，其中：控制汽轮机的过程是用汽机控制器产生控制指令，控制汽轮机主蒸汽调门开度来控制主蒸汽压力，减小主蒸汽压力的波动；

控制高加给水旁路的过程是用高加给水旁路控制器产生控制指令，控制高加给水旁路调节阀开度来调整高加给水流量，改变发电机组的发电负荷的同时不影响主蒸汽压力，按照指令需要随时调节发电负荷，提升发电机组的负荷响应速率；

控制锅炉燃料量的过程是用锅炉控制器产生控制指令，控制燃料量，为发电机组变负荷提供所需的能量，当机组进入稳态运行时，变负荷所需能量来源于燃料量，高加给水流量恢复至给定值；随着不断增加燃料量为变负荷提供能量时，发电机组所需的负荷偏差不断缩小直至所提供的能量超过变负荷所需能量时，则高加给水旁路反调高加给水流量，使高加给水流量逐渐恢复至初始值，同时，机组负荷将稳定至所给指令；

所述为发电机组变负荷提供所需的能量被构造为“有效能量”信号，用Ptotal表示，其表达式为：

Ptotal＝P‑ΔPHPfw

其中，P为机组负荷，ΔPHPfw为高加给水旁路引起的负荷增量；

“有效能量”信号指机组当时升降负荷所需的绝对能量值，指火力发电机组不依赖蓄热时的发电负荷输出，即当高加给水旁路为0，旁路高加蓄热所提供的负荷增量为0时，“有效能量”信号的设定值等于火力发电机组的负荷设定值；

高加给水旁路引起的负荷增量ΔPHPfw，由高加给水旁路流量ΔmHPfw和高加给水流量特性模型G(s)共同决定，即：

ΔPHPfw＝ΔmHPfwG(s)高加给水旁路特性模型G(s)描述为：其中，比例系数K1、K2，时间常数T1、T2通过扰动试验拟合获得；T1为30‑50s，T2大于

20000s。

2.根据权利要求1所述的一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法，其特征在于,比例系数K1、K2替换为通过热平衡计算获得。

3.根据权利要求1或2所述的一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法，包括以下步骤：

(1)当发电机组发电负荷指令变化时，所需负荷偏差将直接作用于高加给水旁路阀门开度，通过改变高加给水流量调整发电负荷，提升机组负荷的瞬时响应速率；

(2)执行步骤1的同时，锅炉控制器将接收到所构造的“有效能量”信号偏差，按照“有效能量”信号偏差的需要，输出相应的燃料量指令以提供相应的能量值，保证发电机组负荷处于稳态，所述能量值为绝对能量值；

(3)随着步骤(2)所提供的能量值逐渐响应发挥作用，高加给水旁路作用将逐渐削弱，直至高加给水流量恢复至设定值，此时，则不再需要高加水旁路提供负荷支撑，发电机组负荷稳定至设定值。

说明书

一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于发电机组控制领域，特别涉及一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法。

背景技术

[0002] 并网运行的机组需要快速响应电网的负荷指令来满足电网一次调频的要求，我国电网公司要求并网机组具备一定的负荷跟随能力并予以考核。面对我国能源电力转型发展
的大形势，提升火电机组的快速变负荷运行能力，已成为火电厂经济效益扩大化、新能源电
力高渗透率化的重要支撑。

[0003] 目前，火电机组一般采用机炉协调控制方法实现变负荷控制，但受限于锅炉侧的大迟延大惯性，变负荷速率一般仅维持在额定负荷的1％‑2％/min。挖掘机组热力系统中的
蓄热并加以充分利用，为锅炉侧响应争取时间，是从根本上改善火电机组变负荷性能的有
效途径。

[0004] 高加给水旁路可以通过快速改变汽轮机通流量，实现机组负荷的快速变化，是解决锅炉侧响应慢的有效手段。但考虑到机组长期运行在此模式下，会显著降低机组效率，如
何实现高加给水旁路与机炉协调策略的联合运行，仍亟待解决。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法，该方法将高加给水旁路控制与传统协调控制相结合，发挥高加给水旁路负荷响应快的特征，改善机组的
变负荷性能，同时可以做到尽快恢复高加给水，避免对机组的安全、经济运行产生影响。

[0006] 本发明公开了一种火力发电机组的高加给水旁路控制方法，所述火力发电机组是一个“三进三出”的发电系统，包括设有汽机控制器的汽轮机、设有锅炉控制器的锅炉、设有
高加给水旁路控制器的高加给水旁路，所述控制方法包括控制汽轮机的过程、控制高加给
水旁路的过程、控制锅炉燃料量的过程，其中：

[0007] 控制汽轮机的过程是用汽机控制器产生控制指令，控制汽轮机主蒸汽调门开度来控制主蒸汽压力，减小主蒸汽压力的波动；

[0008] 控制高加给水旁路的过程是用高加给水旁路控制器产生控制指令，控制高加给水旁路调节阀开度来调整高加给水流量，改变发电机组的发电负荷的同时不影响主蒸汽压
力，按照指令需要随时调节发电负荷，提升发电机组的负荷响应速率；

[0009] 控制锅炉燃料量的过程是用锅炉控制器产生控制指令，控制燃料量，为发电机组变负荷提供所需的能量，当机组进入稳态运行时，变负荷所需能量来源于燃料量，高加给水
流量恢复至给定值；随着不断增加燃料量为变负荷提供能量时，发电机组所需的负荷偏差
不断缩小直至所提供的能量超过变负荷所需能量时，则高加给水旁路反调高加给水流量，
使高加给水流量逐渐恢复至初始值，同时，机组负荷将稳定至所给指令。

[0010] 优选地，所述为发电机组变负荷提供所需的能量被构造为“有效能量”信号，其表达式为：

[0011] Ptotal＝P‑ΔPHPfw

[0012] 其中，P为机组负荷，ΔPHPfw为高加给水旁路引起的负荷增量。

[0013] “有效能量”信号指机组当时升降负荷所需的绝对能量值，指火力发电机组不依赖蓄热时的发电负荷输出，即当高加给水旁路为0，旁路高加蓄热所提供的负荷增量为0时，
“有效能量”信号的设定值等于火力发电机组的负荷设定值。

[0014] 优选地，所述高加给水旁路引起的负荷增量ΔPHPfw，由高加给水旁路流量ΔmHPfw和高加给水流量特性模型G(s)共同决定，即：

[0015] ΔPHPfw＝ΔmHPfwG(s)

[0016] 高加给水旁路特性模型G(s)描述为：

[0017]

[0018] 比例系数K1、K2，时间常数T1、T2可通过扰动试验拟合获得,比例系数K1、K2也可通过热平衡计算获得。时间常数T1、T2一般变化不大，T1约为30‑50s，T2一般大于20000s，时间常
数T1、T2的小幅变化不会对控制产生实质性影响。

[0019] 所述高加给水旁路快速变负荷与自恢复控制方法的工作流程包括以下步骤：

[0020] (1)当发电机组发电负荷指令变化时，所需负荷偏差将直接作用于高加给水旁路阀门开度，通过改变高加给水流量调整发电负荷，提升机组负荷的瞬时响应速率；

[0021] (2)执行步骤1的同时，锅炉控制器将接收到所构造的“有效能量”信号偏差，按照“有效能量”信号偏差的需要，输出相应的燃料量指令以提供相应的能量值，保证机组负荷
处于稳态，所述能量值为绝对能量值；

[0022] (3)随着步骤(2)所提供的能量值逐渐响应发挥作用，高加给水旁路作用将逐渐削弱，直至高加给水流量恢复至设定值，此时，则不再需要高加水旁路提供负荷支撑，发电机
组负荷稳定至设定值。

[0023] 本发明的有益效果是利用汽轮机高加给水旁路蓄热显著提升了机组的变负荷性能。

附图说明

[0024] 图1为本发明火力发电机组的高加给水旁路控制方法的示意图。

[0025] 图2为发电负荷响应曲线

[0026] 图3为供热抽汽流量变化曲线

具体实施方式

[0027] 本发明提出火力发电机组的高加给水旁路控制方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

[0028] 图1所示为高加给水旁路控制方法的示意图，控制流程可描述为：

[0029] 1、汽机控制器的输入为主蒸汽压力指令与实际主蒸汽压力的偏差。

[0030] 2、高加给水旁路控制器的输入为发电负荷指令与实际发电负荷的偏差。

[0031] 3、锅炉控制器的输入为构造的“有效能量”信号偏差，“有效能量”信号为机组实际负荷扣除高加给水旁路导致的负荷增量。高加给水旁路导致的负荷增量可由其特性模型决
定。

[0032] 4、当机组负荷指令发生变化时，其与实际负荷之间的负荷偏差，首先造成反应速度快的高加给水旁路控制回路发挥作用，执行器执行控制指令，导致高加给水流量及机组
负荷发生变化；高加给水流量的变化，经过高加给水旁路特性模型计算出其负荷增量，其相
反数与实际负荷求和，可得机组当前实际的“有效能量”信号，其相反数与机组负荷指令求
和，可得机组变负荷所需的“有效能量”，该信号送入锅炉控制器，控制机组燃料量输出；随
着机组变负荷所需的“有效能量”(与机组燃料量相对应)的逐渐响应，高加给水旁路控制回
路将对高加给水流量产生回调作用，并使高加给水流量逐渐恢复至设计值；在整个控制过
程中，高加给水旁路不会对机组主蒸汽压力产生影响，但燃料量调节会产生影响，主蒸汽压
力的偏差将送入汽机控制器，通过调节主蒸汽调门开度，维持主蒸汽压力的动态平衡。

[0033] 实施例

[0034] 以某300MW机组为例，其机炉协调非线性控制模型为：

[0035]

[0036] 公式中，NE为纯凝工况下的机组负荷输出，PT为主蒸汽压力，μB为燃料量，μT为主蒸汽调门开度。

[0037] 其高加给水旁路特性模型通过试验曲线辨识为：

[0038]

[0039] 搭建图1所示的仿真实例，当发电机组负荷指令发生变化时，形成负荷偏差并送入高加给水旁路控制器，控制器产生控制指令给高加给水旁路调节阀，通过改变高加给水流
量直接改变机组负荷，达到快速调节的目的；当高加给水流量发生变化后，作用于“有效能
量”信号偏差，送入燃料量控制器，控制器产生控制指令给给煤蝶阀，改变给煤量，进而改变
机组负荷并不断缩小高加给水流量与额定值之间的偏差，直至消除高加给水流量偏差，同
时机组负荷达到设定值。图2为某300MW机组利用传统机炉协调控制方法与本发明控制方法
对比所得到的变负荷响应曲线图，可以看出本发明控制方法的超调量、调节时间等控制性
能指标均显著优于传统的协调控制方法。