一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法
一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种适合于采用功率调节调度模式（简称R调度模式）的火电机组协 调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，属于发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 电能难W直接存储，电网需要调度网内各个发电机组的发电功率，使其时刻等于 用电功率。电网频率是反映发电功率与用电功率是否平衡的技术指标，因此电网调度网 内发电机组调整发电功率的过程也被称之为调频。调频分为一次调频和二次调频，一次调 频即发电机组根据电网频率变化量直接改变自身发电功率，其特点是调节快速但属于有 差调节；二次调频即电网调度中屯、依据发电负荷与用电负荷偏差通过指令调度各机组改 变发电功率，特点是过程相对缓慢但能实现无差调节。二次调频也被称为AGC(Automatic Generation Control自动发电控制）。电网要求大容量火电机组必须投入一次调频和AGC 功能，并对其响应时间、调节速率等指标作出严格规定。
[0003]在AGC自动模式下，火电机组的目标功率指令由基本功率指令和调节功率指令两 部分相加构成。基本功率相当于计划功率，其特点是规律性强、变化幅度大但变化次数少。 调节功率根据当前电网功率偏差实时计算得到，其特点是随机性强、变化幅度小但变化次 数多。机组调节功率的模式分为0 (Off-regulated)调度模式和R(Regulated)调度模式，0 调度模式定义为任何情况下机组都不承担功率调节，机组接收到的AGC指令只包含基本功 率指令；R调度模式定义为在任何需要的情况下机组都承担功率调节，机组接收到的AGC指 令为基本功率指令加调节功率指令。相对于0调度模式，R调度模式更有利于电网频率稳 定。
[0004] R调度模式下，AGC指令既存在规律性强、少量而大幅变化的部分，也存在随机性 强、频繁而小幅变化的部分。现有火电机组协调控制系统难W适应W上存在两种特征的AGC 指令。主要原因为，火电机组利用燃料量调节主蒸汽压力及发电功率的过程存在大惯性，单 纯依靠反馈控制无法获得满意的控制效果，在协调控制系统中，普遍利用发电功率指令作 为前馈信号，构成前馈-反馈复合控制系统，在发电功率指令前馈控制逻辑中，需要利用带 有大微分作用的超前环节去"对消"被控对象的大惯性环节，W加快调节速度，提高主蒸汽 压力及发电功率的控制品质，但是超前调节环节中的大微分作用会导致锅炉侧控制器输出 即燃料量指令信号的变化幅度大大增加。该就造成一个"两难"的选择；增加前馈控制中微 分作用强度，当AGC指令小幅频繁变化时燃料量波动大；减小微分强度，当AGC指令大幅变 化时主蒸汽压力的控制品质又会变差。
[0005]在火电机组控制系统中，众多被控参数的指令信号等比例跟随燃料量指令信号变 化，包括给煤量、一次风量、二次风量、直流锅炉给水流量、脱硝喷氨流量等等。燃料量指令 波动将导致锅炉燃烧波动，进而造成一次风压、二次风压、氧量、炉膛压力、过热蒸汽温度、 再热蒸汽温度、汽包锅炉汽包水位或直流锅炉中间点温度、N〇x排放浓度等一系列主要参数 的波动，对机组安全、经济、环保运行造成不利影响，并且该些参数波动最终也会影响主蒸 汽压力的稳定性。当机组关键参数不稳定时，其发电功率控制指标也必然会下降。因此设 计合适的发电功率指令前馈控制逻辑，是机组快速响应AGC指令并保证自身运行参数稳定 的重要条件。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种火电机组协调控制系统的发电 功率指令前馈控制方法，使机组能够快速响应AGC指令并保证自身运行参数的稳定。
[0007] 本发明所述问题是W下述技术方案实现的：
[000引一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，所述方法的发电功率 指令前馈控制逻辑是；AGC指令经过变化幅度限制环节后分为两路，一路经过变化速率限 制环节后生成实际发电功率指令，另外一路依次经过线性滤波环节、变化速率限制环节和 超前环节后，得到发电功率指令前馈输出。
[0009] 上述火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，所述线性滤波环节采 用单位增益的低通滤波器，传递函数为：
[0010]
【主权项】
1. 一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，其特征是，所述方法的 发电功率指令前馈控制逻辑是：AGC指令经过变化幅度限制环节后分为两路，一路经过变 化速率限制环节后生成实际发电功率指令，另外一路依次经过线性滤波环节、变化速率限 制环节和超前环节后，得到发电功率指令前馈输出。
2. 根据权利要求1所述的一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法， 其特征是，所述线性滤波环节采用单位增益的低通滤波器，传递函数为：
式中：Taf为AGC指令惯性滤波时间，（s) ;n为滤波阶次，无量纲，取值范围为2~4。
3. 根据权利要求1或2所述的一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方 法，其特征是，计算发电功率指令前馈输出采用的变化速率限制环节的速率限制值同计算 实际发电功率指令采用的变化速率限制环节的速率限制值相一致。
【专利摘要】一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，所述发电功率指令前馈控制逻辑是：AGC指令经过变化幅度限制环节后分为两路，一路经过变化速率限制环节后生成实际发电功率指令，另外一路依次经过线性滤波环节、变化速率限制环节和超前环节后，得到发电功率指令前馈输出。本发明通过合理利用火电机组锅炉蓄热，有效缓解了功率调节调度模式(R调度模式)下提高AGC指令响应速率和降低锅炉燃料量波动之间的矛盾。不仅能在AGC指令大幅单向变化时保证汽轮机前蒸汽压力稳定，而且可以在AGC指令小幅频繁变化时避免锅炉燃料量大幅波动。相对于传统前馈控制方案，本发明具有整定参数物理意义明确，组态、调试过程简捷方便等优点。
【IPC分类】G05B19-418
【公开号】CN104865925
【申请号】CN201510133100
【发明人】田亮, 张锐锋, 刘鑫屏, 潘华, 练海晴, 李小军, 安波, 陈宇, 柏毅辉, 李前敏
【申请人】华北电力大学（保定）, 贵州电力试验研究院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年3月25日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种适合于采用功率调节调度模式（简称R调度模式）的火电机组协 调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，属于发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 电能难W直接存储，电网需要调度网内各个发电机组的发电功率，使其时刻等于 用电功率。电网频率是反映发电功率与用电功率是否平衡的技术指标，因此电网调度网 内发电机组调整发电功率的过程也被称之为调频。调频分为一次调频和二次调频，一次调 频即发电机组根据电网频率变化量直接改变自身发电功率，其特点是调节快速但属于有 差调节；二次调频即电网调度中屯、依据发电负荷与用电负荷偏差通过指令调度各机组改 变发电功率，特点是过程相对缓慢但能实现无差调节。二次调频也被称为AGC(Automatic Generation Control自动发电控制）。电网要求大容量火电机组必须投入一次调频和AGC 功能，并对其响应时间、调节速率等指标作出严格规定。
[0003]在AGC自动模式下，火电机组的目标功率指令由基本功率指令和调节功率指令两 部分相加构成。基本功率相当于计划功率，其特点是规律性强、变化幅度大但变化次数少。 调节功率根据当前电网功率偏差实时计算得到，其特点是随机性强、变化幅度小但变化次 数多。机组调节功率的模式分为0 (Off-regulated)调度模式和R(Regulated)调度模式，0 调度模式定义为任何情况下机组都不承担功率调节，机组接收到的AGC指令只包含基本功 率指令；R调度模式定义为在任何需要的情况下机组都承担功率调节，机组接收到的AGC指 令为基本功率指令加调节功率指令。相对于0调度模式，R调度模式更有利于电网频率稳 定。
[0004] R调度模式下，AGC指令既存在规律性强、少量而大幅变化的部分，也存在随机性 强、频繁而小幅变化的部分。现有火电机组协调控制系统难W适应W上存在两种特征的AGC 指令。主要原因为，火电机组利用燃料量调节主蒸汽压力及发电功率的过程存在大惯性，单 纯依靠反馈控制无法获得满意的控制效果，在协调控制系统中，普遍利用发电功率指令作 为前馈信号，构成前馈-反馈复合控制系统，在发电功率指令前馈控制逻辑中，需要利用带 有大微分作用的超前环节去"对消"被控对象的大惯性环节，W加快调节速度，提高主蒸汽 压力及发电功率的控制品质，但是超前调节环节中的大微分作用会导致锅炉侧控制器输出 即燃料量指令信号的变化幅度大大增加。该就造成一个"两难"的选择；增加前馈控制中微 分作用强度，当AGC指令小幅频繁变化时燃料量波动大；减小微分强度，当AGC指令大幅变 化时主蒸汽压力的控制品质又会变差。
[0005]在火电机组控制系统中，众多被控参数的指令信号等比例跟随燃料量指令信号变 化，包括给煤量、一次风量、二次风量、直流锅炉给水流量、脱硝喷氨流量等等。燃料量指令 波动将导致锅炉燃烧波动，进而造成一次风压、二次风压、氧量、炉膛压力、过热蒸汽温度、 再热蒸汽温度、汽包锅炉汽包水位或直流锅炉中间点温度、N〇x排放浓度等一系列主要参数 的波动，对机组安全、经济、环保运行造成不利影响，并且该些参数波动最终也会影响主蒸 汽压力的稳定性。当机组关键参数不稳定时，其发电功率控制指标也必然会下降。因此设 计合适的发电功率指令前馈控制逻辑，是机组快速响应AGC指令并保证自身运行参数稳定 的重要条件。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种火电机组协调控制系统的发电 功率指令前馈控制方法，使机组能够快速响应AGC指令并保证自身运行参数的稳定。
[0007] 本发明所述问题是W下述技术方案实现的：
[000引一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，所述方法的发电功率 指令前馈控制逻辑是；AGC指令经过变化幅度限制环节后分为两路，一路经过变化速率限 制环节后生成实际发电功率指令，另外一路依次经过线性滤波环节、变化速率限制环节和 超前环节后，得到发电功率指令前馈输出。
[0009] 上述火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，所述线性滤波环节采 用单位增益的低通滤波器，传递函数为：
[0010]
【主权项】
1. 一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，其特征是，所述方法的 发电功率指令前馈控制逻辑是：AGC指令经过变化幅度限制环节后分为两路，一路经过变 化速率限制环节后生成实际发电功率指令，另外一路依次经过线性滤波环节、变化速率限 制环节和超前环节后，得到发电功率指令前馈输出。
2. 根据权利要求1所述的一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法， 其特征是，所述线性滤波环节采用单位增益的低通滤波器，传递函数为：
式中：Taf为AGC指令惯性滤波时间，（s) ;n为滤波阶次，无量纲，取值范围为2~4。
3. 根据权利要求1或2所述的一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方 法，其特征是，计算发电功率指令前馈输出采用的变化速率限制环节的速率限制值同计算 实际发电功率指令采用的变化速率限制环节的速率限制值相一致。
【专利摘要】一种火电机组协调控制系统的发电功率指令前馈控制方法，所述发电功率指令前馈控制逻辑是：AGC指令经过变化幅度限制环节后分为两路，一路经过变化速率限制环节后生成实际发电功率指令，另外一路依次经过线性滤波环节、变化速率限制环节和超前环节后，得到发电功率指令前馈输出。本发明通过合理利用火电机组锅炉蓄热，有效缓解了功率调节调度模式(R调度模式)下提高AGC指令响应速率和降低锅炉燃料量波动之间的矛盾。不仅能在AGC指令大幅单向变化时保证汽轮机前蒸汽压力稳定，而且可以在AGC指令小幅频繁变化时避免锅炉燃料量大幅波动。相对于传统前馈控制方案，本发明具有整定参数物理意义明确，组态、调试过程简捷方便等优点。
【IPC分类】G05B19-418
【公开号】CN104865925
【申请号】CN201510133100
【发明人】田亮, 张锐锋, 刘鑫屏, 潘华, 练海晴, 李小军, 安波, 陈宇, 柏毅辉, 李前敏
【申请人】华北电力大学（保定）, 贵州电力试验研究院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年3月25日
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