本發(fā)明涉及一種燃料熱值實(shí)時(shí)自適應(yīng)校正的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方法，屬于火力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電站鍋爐-汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過鍋爐側(cè)的燃料率指令u_B和汽機(jī)側(cè)的汽機(jī)調(diào)門開度指令u_T的聯(lián)合調(diào)節(jié)，以及時(shí)響應(yīng)中調(diào)負(fù)荷指令N₀要求的機(jī)組出力N，同時(shí)維持機(jī)組主蒸汽壓力P在允許的設(shè)定值P₀范圍，二者的協(xié)調(diào)配合是提高發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益、保證機(jī)組安全運(yùn)行的不可缺少的環(huán)節(jié)，這需要機(jī)組具備性能優(yōu)良的自動(dòng)控制系統(tǒng)予以保證。

然而由于我國火電燃煤機(jī)組的燃料來源十分不穩(wěn)定，導(dǎo)致協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)受燃料來源的影響很大，受影響的核心因素則是燃料熱值的變化。為此一些適應(yīng)燃料熱值變化的方案陸續(xù)被提出。但總體來說，主要有兩種方式：(I)運(yùn)行人員基于相關(guān)技術(shù)人員的離線化驗(yàn)燃料熱值，手動(dòng)輸入后進(jìn)行熱值校正，這種方法的明顯缺點(diǎn)是由于離線化驗(yàn)的時(shí)間長，校正過程滯后而影響校正效果；(II)通過判定機(jī)組處于穩(wěn)態(tài)工況，采用穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算校正系數(shù)，這種方法的明顯缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)過程中的燃料熱值變化無法得到及時(shí)的校正。

由上述分析可見，已有的燃料熱值校正方法仍存在一定的局限性或缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種準(zhǔn)確度高，并且可以在機(jī)組運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程中在線快速自適應(yīng)更新的燃料熱值實(shí)時(shí)自適應(yīng)校正的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種燃料熱值實(shí)時(shí)自適應(yīng)校正的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方法，其采用如下步驟：

步驟1.在線遞推估計(jì)當(dāng)前運(yùn)行條件下的燃料熱值系數(shù)k；

步驟2.在基本穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行工況下，整定協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃燒率控制器的參數(shù)以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果；

步驟3.將所述步驟2中整定的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿意運(yùn)行工況下的燃料熱值系數(shù)記為k₀；

步驟4.計(jì)算經(jīng)過燃料熱值校正后的總?cè)剂狭緽₀；

步驟5.將校正后的總?cè)剂狭緽₀代替總?cè)剂狭繙y量值B用于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃料量調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述步驟1中的燃料熱值系數(shù)k的在線遞推估計(jì)的方法具體是采用在線遞推最小二乘法，如下：

根據(jù)燃燒率u_B(t)和汽機(jī)調(diào)門開度u_T(t)對機(jī)組負(fù)荷N(t)的機(jī)理分析，在任意時(shí)刻t和任意負(fù)荷的局部工況點(diǎn)，將機(jī)組負(fù)荷N(t)的特性采用如下的受控自回歸滑動(dòng)平均CARMA模型描述：

其中：t表示當(dāng)前采樣控制時(shí)刻；

n是模型階次，取值整數(shù)范圍n＝4～8；

ΔN(t)、Δu_B(t)、Δu_T(t)分別表示機(jī)組負(fù)荷N(t)、燃燒率u_B(t)、汽機(jī)調(diào)門開度u_T(t)信號在t時(shí)刻的增量，即變化量；

a_i、b_i、c_i是模型系數(shù)，i＝1,2,…,n；

記所述受控自回歸滑動(dòng)平均(CARMA)模型的系數(shù)向量為θ(t)＝[a₁，a₂，...，a_n，b₁，b₂，...，b_n，c₁，c₂，…，c_n]^T，及其數(shù)據(jù)向量為則受控自回歸滑動(dòng)平均(CARMA)模型的系數(shù)向量和數(shù)據(jù)向量可采用收斂速度快的漸消記憶最小二乘算法進(jìn)行在線遞推計(jì)算：

其中：ρ是遺忘因子，取值范圍ρ＝0.95～0.998；

S(t)是修正系數(shù)矩陣；

I是3n維單位矩陣；

P(t)是協(xié)方差矩陣，其初值取值范圍P(0)＝(10^-6～10^-5)I；

于是基于上述機(jī)組負(fù)荷N(t)的特性模型，通過漸消記憶最小二乘算法在線遞推計(jì)算得到模型系數(shù)向量θ(t)之后，得到θ(t)的各元素，繼而得到a_i和b_i的值，如下式進(jìn)行燃料熱值系數(shù)k的在線自適應(yīng)更新計(jì)算：

進(jìn)一步的，所述步驟2中的基本穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行工況是指機(jī)組負(fù)荷N(t)不變或變化較小，即

其中，M是用于判定穩(wěn)態(tài)工況的機(jī)組負(fù)荷信號計(jì)算點(diǎn)數(shù)，取值范圍M＝10～20；是機(jī)組負(fù)荷N(t)在最近M個(gè)時(shí)刻，即t,t-1,…,t-M+1這M個(gè)時(shí)刻的平均值；

δ是用于判定穩(wěn)態(tài)工況的閾值，取值范圍δ＝(1％～3％)MCR，MCR是機(jī)組額定負(fù)荷。

進(jìn)一步的，所述步驟2中的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃燒率控制器，采用比例積分微分PID控制，如下式：

其中，e(τ)是τ時(shí)刻被控量與其設(shè)定值之間的誤差。當(dāng)協(xié)調(diào)控制采用機(jī)跟爐方式時(shí)，被控量是主蒸汽壓力，當(dāng)協(xié)調(diào)控制采用爐跟機(jī)方式時(shí)，被控量是機(jī)組功率；

K_p、K_i、K_d分別是PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)；

u_B(t)是t時(shí)刻的燃燒率指令。

進(jìn)一步的，所述步驟4中的經(jīng)過燃料熱值校正后的總?cè)剂狭緽₀，是將當(dāng)前時(shí)刻在線自適應(yīng)估計(jì)的燃料熱值系數(shù)k與步驟3記錄的燃料熱值系數(shù)k₀的比值與當(dāng)前計(jì)算的總?cè)剂狭繙y量值B相乘，即B₀＝(k/k₀)B，所述總?cè)剂狭緽₀進(jìn)一步用于燃料量的調(diào)節(jié)。

對本發(fā)明解決技術(shù)問題的進(jìn)一步說明：對于技術(shù)背景中提到的第(II)種已有方法，均是基于燃燒過程中機(jī)組的靜態(tài)特性，這需要機(jī)組運(yùn)行在穩(wěn)態(tài)工況，而真正的穩(wěn)態(tài)工況是非常難以達(dá)到的，或者說已有方法中判定穩(wěn)態(tài)工況的條件很難得到滿足，這就極大的影響了這些方法的應(yīng)用。燃料熱值校正在實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算燃料量到發(fā)電功率的靜態(tài)放大倍數(shù)，而本發(fā)明實(shí)質(zhì)上是基于機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型公式(1)計(jì)算靜態(tài)放大倍數(shù)，這是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論和控制理論中的基本原理。由此可見，本發(fā)明在原理上是基于機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型，無需機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)定工況，而且事實(shí)上，越是動(dòng)態(tài)過程，越有利于本發(fā)明發(fā)揮作用。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工況時(shí)又不會(huì)影響本發(fā)明作用的發(fā)揮，因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)工況下，由于算法的本質(zhì)會(huì)保證本發(fā)明計(jì)算的燃料熱值系數(shù)保持不變。當(dāng)燃料熱值發(fā)生變化時(shí)，機(jī)組一定進(jìn)入非穩(wěn)態(tài)(至少是暫時(shí)性的非穩(wěn)態(tài))，因?yàn)槿剂蠠嶂档淖兓厝粚?dǎo)致發(fā)電功率和主蒸汽壓力變化，因而機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器動(dòng)作進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，此時(shí)本發(fā)明立即自適應(yīng)地跟蹤計(jì)算新的燃料熱值系數(shù)，但已有方法必須等待進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)工況才能給出新的燃料熱值系數(shù)，最壞的情況是機(jī)組長時(shí)間無法進(jìn)入滿足已有方法穩(wěn)態(tài)判定條件的穩(wěn)態(tài)工況，新的燃料熱值系數(shù)一直不能給出。對于本發(fā)明來說，也需要有一個(gè)基本穩(wěn)態(tài)的工況，但是僅僅需要一次滿足穩(wěn)態(tài)判定條件的工況即可，那就是整定協(xié)調(diào)系統(tǒng)的控制器參數(shù)獲得滿意調(diào)節(jié)效果的時(shí)候，以便將那個(gè)工況下計(jì)算得到的燃料熱值系數(shù)k記憶為基準(zhǔn)值k₀。這一點(diǎn)又是一件好事，因?yàn)槿剂蠠嶂档男Ｕ偸且谀骋粋€(gè)基準(zhǔn)或者說某一個(gè)工況的，而已經(jīng)存在的方法所使用的基準(zhǔn)都是設(shè)計(jì)煤種，那么要最大程度的發(fā)揮燃料熱值校正的效果，就必須要求協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制器參數(shù)是在燃燒設(shè)計(jì)煤種的情況下整定的最佳參數(shù)，而這一點(diǎn)往往難以做到。因此，無論從哪一個(gè)方面來看，本發(fā)明所提供的方法和步驟都是具有新穎性和創(chuàng)造性的，也是非常實(shí)用的。

本發(fā)明的有益效果如下：

在機(jī)組的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)燃料熱值的在線快速自適應(yīng)校正，用于及時(shí)修正電站鍋爐-汽輪機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的燃燒率控制指令，提高鍋爐-汽輪機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)對燃料熱值變化的魯棒性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是常規(guī)的電站鍋爐-汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖。

圖2是本發(fā)明提供的電站鍋爐-汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖。

圖1和圖2中符號說明：P為主蒸汽壓力測量值，P₀為主蒸汽壓力設(shè)定值，N為發(fā)電功率測量值，N₀為發(fā)電功率設(shè)定值，u_B為鍋爐燃燒率指令，u_T為汽輪機(jī)調(diào)門開度指令。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例涉及電站鍋爐汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方法，尤其是涉及一種燃料熱值實(shí)時(shí)自適應(yīng)校正的電站鍋爐汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制方法。本實(shí)施例是一種燃料熱值校正方法，能夠克服燃料熱值的變化導(dǎo)致機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制性能變差的問題。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

步驟1.在線遞推估計(jì)當(dāng)前運(yùn)行條件下的燃料熱值系數(shù)k；

步驟2.在基本穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行工況下，整定協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃燒率控制器的參數(shù)以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果；

步驟3.將所述步驟2中整定的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿意運(yùn)行工況下的燃料熱值系數(shù)記為k₀；

步驟4.計(jì)算經(jīng)過燃料熱值校正后的總?cè)剂狭緽₀；

步驟5.將校正后的總?cè)剂狭緽₀代替總?cè)剂狭繙y量值B用于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃料量調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述步驟1中的燃料熱值系數(shù)k的在線遞推估計(jì)的方法具體是采用在線遞推最小二乘法，如下：

根據(jù)燃燒率u_B(t)和汽機(jī)調(diào)門開度u_T(t)對機(jī)組負(fù)荷N(t)的機(jī)理分析，在任意時(shí)刻t和任意負(fù)荷的局部工況點(diǎn)，將機(jī)組負(fù)荷N(t)的特性采用如下的受控自回歸滑動(dòng)平均CARMA模型描述：

其中：t表示當(dāng)前采樣控制時(shí)刻；

n是模型階次，取值整數(shù)范圍n＝4～8；

ΔN(t)、Δu_B(t)、Δu_T(t)分別表示機(jī)組負(fù)荷N(t)、燃燒率u_B(t)、汽機(jī)調(diào)門開度u_T(t)信號在t時(shí)刻的增量，即變化量；

a_i、b_i、c_i是模型系數(shù)，i＝1,2,…,n；

記所述受控自回歸滑動(dòng)平均(CARMA)模型的系數(shù)向量為θ(t)＝[a₁，a₂，...，a_n，b₁，b₂，...，b_n，c₁，c₂，...，c_n]^T，及其數(shù)據(jù)向量為則受控自回歸滑動(dòng)平均CARMA模型的系數(shù)向量和數(shù)據(jù)向量可采用收斂速度快的漸消記憶最小二乘算法進(jìn)行在線遞推計(jì)算：

其中：ρ是遺忘因子，取值范圍ρ＝0.95～0.998；

S(t)是修正系數(shù)矩陣；

I是3n維單位矩陣；

P(t)是協(xié)方差矩陣，其初值取值范圍P(0)＝(10^-6～10^-5)I；

于是基于上述機(jī)組負(fù)荷N(t)的特性模型，通過漸消記憶最小二乘算法在線遞推計(jì)算得到模型系數(shù)向量θ(t)之后，得到θ(t)的各元素，繼而得到a_i和b_i的值，如下式進(jìn)行燃料熱值系數(shù)k的在線自適應(yīng)更新計(jì)算：

進(jìn)一步的，所述步驟2中的基本穩(wěn)定的機(jī)組運(yùn)行工況是指機(jī)組負(fù)荷N(t)不變或變化較小，即

其中，M是用于判定穩(wěn)態(tài)工況的機(jī)組負(fù)荷信號計(jì)算點(diǎn)數(shù)，取值范圍M＝10～20；是機(jī)組負(fù)荷N(t)在最近M個(gè)時(shí)刻，即t,t-1,…,t-M+1這M個(gè)時(shí)刻的平均值；

δ是用于判定穩(wěn)態(tài)工況的閾值，取值范圍δ＝(1％～3％)MCR，MCR是機(jī)組額定負(fù)荷。

進(jìn)一步的，所述步驟2中的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃燒率控制器，采用比例積分微分PID控制，如下式：

其中，e(τ)是τ時(shí)刻被控量與其設(shè)定值之間的誤差。當(dāng)協(xié)調(diào)控制采用機(jī)跟爐方式時(shí)，被控量是主蒸汽壓力，當(dāng)協(xié)調(diào)控制采用爐跟機(jī)方式時(shí)，被控量是機(jī)組功率；

K_p、K_i、K_d分別是PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)；

u_B(t)是t時(shí)刻的燃燒率指令。

進(jìn)一步的，所述步驟4中的經(jīng)過燃料熱值校正后的總?cè)剂狭緽₀，是將當(dāng)前時(shí)刻在線自適應(yīng)估計(jì)的燃料熱值系數(shù)k與步驟3記錄的燃料熱值系數(shù)k₀的比值與當(dāng)前計(jì)算的總?cè)剂狭繙y量值B相乘，即B₀＝(k/k₀)B，所述總?cè)剂狭緽₀進(jìn)一步用于燃料量的調(diào)節(jié)。

上述詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利保護(hù)范圍中。