本發(fā)明涉及火電廠自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組再熱汽溫復(fù)合控制策略。

背景技術(shù)：

近年來，我國在發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著的成就，超臨界、超超臨界參數(shù)等級的發(fā)電技術(shù)得到了高速發(fā)展。2013年，五大發(fā)電集團(tuán)完成供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為314.5g/kWh，這一成績的取得與大容量超臨界、超超臨界機(jī)組的大量投運(yùn)密不可分。目前，一次中間再熱超超臨界機(jī)組技術(shù)較為成熟，其參數(shù)已接近現(xiàn)有成熟材料的許用上限，由此導(dǎo)致機(jī)組循環(huán)效率無法繼續(xù)提高。若要進(jìn)一步提升機(jī)組性能，超超臨界二次再熱技術(shù)是一種技術(shù)上相對成熟、投資方面相對經(jīng)濟(jì)的技術(shù)途徑。

國外已有多臺二次再熱機(jī)組的建設(shè)經(jīng)驗，多在上世紀(jì)70～90年代投入商業(yè)運(yùn)行，其中美國25臺、日本11臺、德國、丹麥各數(shù)臺，采用超超臨界參數(shù)的有6臺。多年的運(yùn)行業(yè)績表明，二次再熱機(jī)組運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)性好。由于材料許用極限的限制，早期的二次再熱機(jī)組多采用超臨界參數(shù)，而在超超臨界參數(shù)范圍內(nèi)，主、再熱蒸汽溫度也以580℃及以下為主。美國Eddystone 1、2號機(jī)組投運(yùn)初期運(yùn)行參數(shù)為36.5MPa/649℃/566℃/566℃，機(jī)組運(yùn)行8年以后，過熱器金屬材料發(fā)生蠕變變形，需對受熱面進(jìn)行整體更換。之后，為保證機(jī)組的長期穩(wěn)定、安全運(yùn)行，機(jī)組降參數(shù)至34.5MPa/613℃/566℃/566℃運(yùn)行，目前運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

我國目前尚無二次再熱機(jī)組的任何設(shè)計、調(diào)試、運(yùn)行經(jīng)驗，該技術(shù)還完全處于探索階段。此次華能萊蕪電廠和華能安源電廠超超臨界二次再熱機(jī)組屬國內(nèi)首批獲建的1000MW和660MW超超臨界二次再熱機(jī)組，且機(jī)組再熱蒸汽參數(shù)將達(dá)到620℃的世界先進(jìn)水平。為保證機(jī)組建成后的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，涉及二次再熱機(jī)組的各種關(guān)鍵問題應(yīng)引起我們的足夠重視。

超超臨界二次再熱機(jī)組與同容量一次再熱機(jī)組存在較大差異。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，二次再熱機(jī)組比一次再熱機(jī)組要復(fù)雜的多：首先，采用二次再熱運(yùn)行方式后再熱蒸汽對流吸熱量增加約10％左右、相應(yīng)的主蒸汽輻射吸熱量降低，由于輻射換熱與對流換熱的熱力學(xué)機(jī)理不同，勢必對機(jī)組的熱力特性造成影響；其次，汽輪機(jī)部分增加了超高壓缸、鍋爐側(cè)增加一級再熱器，汽水流程增加，在相對低的蒸汽流量和相對長的汽水流程狀態(tài)下，機(jī)組的動靜態(tài)響應(yīng)特性必然發(fā)生較大變化；再次，鍋爐側(cè)增加一級再熱器、受熱面布置更加復(fù)雜，使得主、再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)特性發(fā)生較大變化，對機(jī)組動靜態(tài)響應(yīng)特性的依賴性增強(qiáng)；最后，再熱蒸汽溫度達(dá)到620℃，使得末級受熱面金屬材料的工作環(huán)境更加惡劣，對機(jī)組熱力特性的變化更為敏感。因此，對超超臨界二次再熱機(jī)組在不同工況下的動靜態(tài)響應(yīng)特性的研究對于機(jī)組設(shè)計方案優(yōu)化、運(yùn)行調(diào)試優(yōu)化、控制策略制定等都具有非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組再熱汽溫復(fù)合控制策略，對煙氣再循環(huán)率和再熱煙氣擋板的調(diào)節(jié)進(jìn)行復(fù)合控制，并采用負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)提高了控制策略的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組再熱汽溫復(fù)合控制策略，包括煙氣再循環(huán)和一、二次再熱器煙氣調(diào)節(jié)擋板的控制，分別由兩個PID生成控制指令，實現(xiàn)對一、二次再熱汽溫控制目標(biāo)的控制；

其中煙氣再循環(huán)PID的輸入為一次再熱汽溫設(shè)定值S端和反饋值P端經(jīng)偏差環(huán)節(jié)與二次再熱汽溫設(shè)定值S端和反饋值P端經(jīng)偏差環(huán)節(jié)輸出經(jīng)求和環(huán)節(jié)輸出二者之和，煙氣再循環(huán)PID的輸出疊加負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，同時疊加噴水后溫度平均的微分環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)穩(wěn)定過程，疊加后的輸出經(jīng)常規(guī)的M/A手自動操作站、MFT切換和再循環(huán)風(fēng)機(jī)停止條件切換環(huán)節(jié)后形成最終的煙氣再循環(huán)指令；

再熱器煙氣擋板調(diào)節(jié)PID輸入則來自一次再熱汽溫設(shè)定值S端和反饋值P端經(jīng)偏差環(huán)節(jié)與二次再熱汽溫設(shè)定值S端和反饋值P端經(jīng)偏差環(huán)節(jié)輸出二者之差，再熱器煙氣擋板調(diào)節(jié)PID輸出同樣疊加負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，同時疊加噴水后溫度平均的微分環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)穩(wěn)定過程，疊加后的PID輸出經(jīng)常規(guī)的M/A手自動操作站后分為兩路，分別控制一次和二次再熱器側(cè)煙氣擋板，兩路控制信號分別經(jīng)FX函數(shù)模塊與煙氣再循環(huán)指令經(jīng)FX函數(shù)輸入求和環(huán)節(jié)進(jìn)行加權(quán)求和，以消除煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)過程對再熱煙氣擋板調(diào)節(jié)產(chǎn)生的擾動，形成一、二次再熱汽溫控制的協(xié)調(diào)動作信號，之后的兩路控制信號分別經(jīng)常規(guī)AM環(huán)節(jié)和MFT切換環(huán)節(jié)分別生成最終的一次和二次再熱器側(cè)煙氣擋板的控制指令。

本發(fā)明根據(jù)最新二次再熱火電機(jī)組兩級再熱器的汽溫控制特性的研究，提出了一種新的復(fù)合控制策略方法，與現(xiàn)有技術(shù)的核心區(qū)別主要是：

1、本發(fā)明在研究了不同控制手段影響規(guī)律的情況下，設(shè)計了煙氣再循環(huán)和再熱汽溫?fù)醢鍙?fù)合控制策略，針對再熱汽溫的偏差，同時生成煙氣再循環(huán)和再熱汽溫?fù)醢蹇刂浦噶?，避免不同控制手段在調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的相互干擾，可有效提高再熱汽溫的控制品質(zhì)。

2、本發(fā)明在再熱汽溫控制回路中增加了負(fù)荷預(yù)測控制模塊，可加快機(jī)組在負(fù)荷變化過程中的調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明控制策略流程框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。

目前，我國投運(yùn)的二次再熱機(jī)組常采用、π型、全懸吊結(jié)構(gòu)。尾部雙眼到布置并配置煙氣擋板來調(diào)節(jié)前、后煙道煙氣分配量。在省煤器后設(shè)置煙氣在循環(huán)系統(tǒng)作為低負(fù)荷再熱汽溫調(diào)節(jié)手段。一、二次再熱蒸汽系統(tǒng)都按高、低溫二級布置，高溫再熱器布置在水平眼到上部，低溫再熱器分別逆流布置于尾部眼到的前、后豎井中，在高、低溫再熱器鏈接管道上還設(shè)置有事故噴水減溫器。一、二次再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用煙氣擋板+煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)方式。鍋爐配備擺動燃燒器技術(shù)，作為再熱汽溫調(diào)節(jié)輔助手段?，F(xiàn)有技術(shù)一般通過煙氣再循環(huán)量的調(diào)節(jié)，改變蒸汽在過熱器和再熱器中吸熱量的分配，從而對再熱器的總吸熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制一、二次再熱汽溫的總體升降；而一、二次再熱器的吸熱量分配則通過下降煙道中一、二次再熱器對應(yīng)的煙氣分配擋板的開關(guān)，改變流經(jīng)一、二次再熱器的高溫?zé)煔饬髁康姆峙?，從而改變煙氣量在一、二次低溫再熱器之間的分配，最終實現(xiàn)一次再熱器汽溫和二次再熱汽溫的控制。

通過對現(xiàn)有二次再熱機(jī)組煙氣再循環(huán)和煙氣擋板的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行試驗和理論研究，發(fā)現(xiàn)這兩種控制手段對過熱和再熱汽溫的影響規(guī)律存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，研究結(jié)果總結(jié)為下表所示的典型工況試驗數(shù)據(jù)表：

從典型工況的試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

1.煙氣再循環(huán)率的調(diào)節(jié)會造成一、二級過熱器之間的溫度偏差

煙氣再循環(huán)率的增加，可以提高過熱器相對于再熱器的吸熱比例，從而提高過熱汽溫并減小再熱汽溫，這與常規(guī)一次再熱鍋爐的煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)規(guī)律一致，但在改變再熱器總體吸熱量的同時，對一、二級再熱汽溫分別的影響幅度是不同的。如上表所示的典型工況試驗結(jié)果可發(fā)現(xiàn)同樣減少煙氣再循環(huán)率1％的情況下，一級再熱汽溫的降幅總是小于二級再熱汽溫的降幅，也即在采用煙氣再循環(huán)率改變總體再熱汽溫的時候，不僅會同時提高或降低一、二級再熱汽溫，同時會使一、二級再熱汽溫之間出現(xiàn)溫變幅度的偏差。

2.再熱煙氣擋板的調(diào)節(jié)會改變整體的再熱汽溫水平

兩級再熱器對應(yīng)的煙氣擋板的調(diào)節(jié)會改變流經(jīng)一、二級再熱器的煙氣流量分配比例，但同時也會影響煙氣流道的總體阻力水平，從而對宏觀煙氣流動產(chǎn)生影響。從上表中可以看出，再熱煙氣擋板的調(diào)整使流經(jīng)一級再熱器的煙氣份額增加1％時，一級再熱汽溫的增加量與二級再熱汽溫的減少量并不相同，二者之和總是為負(fù)，也即實際上降低了再熱汽溫的整體水平。

從以上分析可以看出，煙氣再循環(huán)率的調(diào)整在同時提高或降低一、二次再熱汽溫的同時會使一、二級再熱汽溫之間出現(xiàn)不同程度的偏差，這對調(diào)整一、二次再熱器吸熱分配的再熱煙氣擋板的調(diào)節(jié)產(chǎn)生了擾動；同時再熱煙氣擋板在調(diào)節(jié)一、二次再熱器吸熱分配的同時，對再熱汽溫的整體水平同時產(chǎn)生了影響，這無疑由對負(fù)責(zé)調(diào)整一、二次再熱總體汽溫的煙氣再循環(huán)率的調(diào)節(jié)帶來了擾動。這表明兩種控制手段之間存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，而現(xiàn)有技術(shù)沒有意識到這種耦合關(guān)系，分別利用煙氣再循環(huán)率調(diào)節(jié)一、二次再熱平均汽溫，而利用再熱煙氣擋板調(diào)節(jié)一、二次再熱汽溫的偏差，兩種控制手段之間的耦合關(guān)系使一個回路調(diào)節(jié)時給另一個回路的調(diào)節(jié)帶來了額外的擾動，給實際系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的提高和調(diào)節(jié)回路參數(shù)的調(diào)整帶來了困難。

根據(jù)以上研究結(jié)果，本發(fā)明提出一種超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組再熱汽溫復(fù)合控制策略，根據(jù)前述研究結(jié)果對煙氣再循環(huán)率和再熱煙氣擋板的調(diào)節(jié)進(jìn)行復(fù)合控制，并采用負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)提高了控制策略的調(diào)節(jié)品質(zhì)，核心控制策略流程框圖如圖1所示：本發(fā)明一種超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組再熱汽溫復(fù)合控制策略

其中控制邏輯通用標(biāo)準(zhǔn)模塊(x為輸入，y為輸出，其余為模塊參數(shù))：

——偏差環(huán)節(jié)，y＝x₁-x₂；

—比例環(huán)節(jié)，y＝K_G·x；

——微分環(huán)節(jié)，

——PID控制器，

——求和環(huán)節(jié)，y＝Σx_i；

——手動/自動操作站；

——線性擬合函數(shù)曲線環(huán)節(jié)，y＝f(x)；

——自動/手動切換環(huán)節(jié)；

信號切換環(huán)節(jié)，

信號發(fā)生器，y＝sg；

控制信號輸出環(huán)節(jié)，輸出電信號到就地設(shè)備。

本發(fā)明所述一種超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組再熱汽溫復(fù)合控制策略包含煙氣再循環(huán)和一、二次再熱器煙氣調(diào)節(jié)擋板的控制，分別由兩個PID生成控制指令，實現(xiàn)對一、二次再熱汽溫控制目標(biāo)的控制。

其中煙氣再循環(huán)PID的輸入為一次再熱汽溫設(shè)定值(S端)和反饋值(P端)經(jīng)偏差環(huán)節(jié)與二次再熱汽溫設(shè)定值(S端)和反饋值(P端)經(jīng)偏差環(huán)節(jié)輸出經(jīng)求和環(huán)節(jié)輸出二者之和，煙氣再循環(huán)PID的輸出疊加負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，同時疊加噴水后溫度平均的微分環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)穩(wěn)定過程，疊加后的輸出經(jīng)常規(guī)的M/A手自動操作站、MFT切換和再循環(huán)風(fēng)機(jī)停止條件切換環(huán)節(jié)后形成最終的煙氣再循環(huán)指令。

再熱器煙氣擋板調(diào)節(jié)PID輸入則來自一次再熱汽溫設(shè)定值(S端)和反饋值(P端)經(jīng)偏差環(huán)節(jié)與二次再熱汽溫設(shè)定值(S端)和反饋值(P端)經(jīng)偏差環(huán)節(jié)輸出二者之差，再熱器煙氣擋板調(diào)節(jié)PID輸出同樣疊加負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，同時疊加噴水后溫度平均的微分環(huán)節(jié)輸出以加快調(diào)節(jié)穩(wěn)定過程，疊加后的PID輸出經(jīng)常規(guī)的M/A手自動操作站后分為兩路，分別控制一次和二次再熱器側(cè)煙氣擋板，兩路控制信號分別經(jīng)FX函數(shù)模塊與煙氣再循環(huán)指令經(jīng)FX函數(shù)輸入求和環(huán)節(jié)進(jìn)行加權(quán)求和，以消除煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)過程對再熱煙氣擋板調(diào)節(jié)產(chǎn)生的擾動，形成一、二次再熱汽溫控制的協(xié)調(diào)動作信號，之后的兩路控制信號分別經(jīng)常規(guī)AM環(huán)節(jié)和MFT切換環(huán)節(jié)分別生成最終的一次和二次再熱器側(cè)煙氣擋板的控制指令。

根據(jù)前述研究結(jié)果，任何一級再熱汽溫出現(xiàn)偏差，都需要煙氣再循環(huán)和再熱煙氣擋板的聯(lián)合動作，因此，當(dāng)一次(和/或二次)再熱汽溫出現(xiàn)偏差時，兩級再熱汽溫的偏差之和被送入煙氣再循環(huán)PID，而兩級再熱汽溫偏差之差被送入再熱煙氣擋板PID，兩個PID控制器根據(jù)內(nèi)部的比例、積分和微分運(yùn)算，計算出初始控制器輸出，并分都與負(fù)荷預(yù)測環(huán)節(jié)輸出和噴水后平均溫度的微分輸出進(jìn)行疊加，以加快系統(tǒng)響應(yīng)和穩(wěn)定的速度，其中煙氣再循環(huán)控制信號經(jīng)常規(guī)的手動/自動、MFT和再循環(huán)風(fēng)機(jī)停止切換環(huán)節(jié)，生成最終的控制指令輸出，實現(xiàn)煙氣再循環(huán)率的控制，同時該煙氣再循環(huán)控制指令通過分段線性加權(quán)FX模塊分別與兩級再熱煙氣擋板的控制指令進(jìn)行加權(quán)疊加，消除煙氣再循環(huán)率的變化對再熱煙氣擋板控制的擾動和影響，使再熱煙氣擋板的控制能快速到位，避免循環(huán)干擾和來回振蕩。