风机解耦控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种风机解耦控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着环保部"十二五"减排要求实施细化，要求对燃煤电厂脱硫系统的旁路烟道实 施彻底封堵。脱硫旁路烟道实际上是构成主机和脱硫岛运行的一个重要通道，当原脱硫系 统带有旁路烟道的时候，在大幅变负荷和极端故障情况下可以通过开启旁路烟道维持主机 部分的正常运行，实现脱硫岛和主机运行上的解耦，最大程度减少脱硫岛故障对主机的影 响。脱硫旁路烟道封堵后，脱硫装置和主机组成为串联的系统，由于送风机、引风机、增压风 机三大风机的耦合极其严重，对主机安全运行很重要的炉膛负压若按原控制方案仅依靠主 机的送风机、引风机两者的解耦易引起炉膛负压的大幅波动，甚至控制发散导致炉膛负压 过高或过低而触发锅炉主燃料跳闸（Main Fuel Trip，简称为MFT)动作（即锅炉灭火），炉 膛负压的控制品质很大程度取决于对送风机、引风机、增压风机构成的大风烟系统的整体 性解耦控制。
[0003] 引风机调节挡板调节锅炉炉膛负压，增压风机调节挡板调节增压风机入口压力。 由于引风机和增压风机是串联运行的，它们之间往往互相影响，同时送风机的运行决定了 机组的总风量，即决定了机组的烟气流量，因此送风机的动叶开度对引风机和增压风机的 运行也会产生较大的影响。三种风机的运行存在严重的耦合。
[0004] 在正常运行中，通过引风机自动调节和增压风机的自动调节能够维持炉膛负压和 增压风机入口压力的稳定。但在锅炉大负荷运行情况下，锅炉的单台引风机突然跳闸，这时 同侧的送风机会连锁跳闸，从而引发机组的快速减负荷（RunBack，简称为RB)动作。单侧风 机跳闸后，增压风机入口烟气流量突然降低，增压风机不能接收到RB信号，调节滞后，增压 风机入口压力（即引风机出口压力）会突然降低。引风机出口压力降低后，引风机的出力 增大，炉膛压力会降低，这时引风机会自动控制挡板进一步关小，从而增压风机入口烟气量 进一步减小，形成恶性循环，严重时会引起引风机失速，增大了机组运行的不稳定性。在脱 硫旁路烟道封堵前，旁路会自动连锁打开，从而消除增压风机入口压力的突然变化。但旁路 取消后，炉膛负压的剧烈波动会引起增压风机入口压力的剧烈波动，更进一步恶化炉膛负 压的波动。因此优化前的风烟系统的自动调节完全不能适应脱硫旁路烟道封堵后机组在不 同工况下的运行需要。
[0005] 在整个炉膛至脱硫烟道中，当机组运行工况发生改变时，增压风机入口压力变化 最大，其次是炉膛压力和脱硫装置入口压力。电厂增压风机入口压力的调节相对较慢，当机 组变负荷或发生送风机、引风机或一侧风机跳闸触发风烟系统风机RB动作，两台引风机的 出力瞬间作用到一台增压风机上，原有的常规的增压风机入口压力控制方案往往调整不及 时，会造成增压风机跳闸或者进一步影响到炉膛负压导致锅炉MFT动作。因此整体大风烟 系统的精确解耦设计是确保机组正常和极端工况下的安全稳定运行的重点。
[0006]目前，送风机、引风机和增压风机构成的大风烟系统的解耦控制方案如下：
[0007] 单纯采用引风机动叶（或静叶）控制炉膛负压、送风机动叶控制锅炉总风量、增 压风机主要通过调节动叶开度来克服脱硫系统的阻力，维持增压风机入口到引风机出口烟 道的压力。三种风机相互之间的耦合采用以下方式：（1)送风机动叶开度值的折线函数作 为前馈给引风机；(2)引风机挡板开度值或机组负荷值的折线函数作为调节前馈给增压风 机；从而起到提升响应快速性的作用。
[0008] 上述方案存在如下缺点：
[0009] 增压风机入口压力，相对于其他压力控制对象（如炉膛负压、一次风压），从准确 测量到分布式控制系统（Distributed Control System，简称为DCS)参与运算，本身就具 有一定的延时性。当机组工况改变时，大幅升降负荷或煤质有较大变动需要调整风量时，往 往送风机、燃料、引风机均需进行调节维持炉膛压力和增压风机入口的稳定，此时炉膛压力 和增压风机入口压力必须控制在固定的范围内（一般为-800~600Pa)，在调整过程中，每 次引风机导叶有调整时都会导致增压风机入口压力有较大的变化。在增压风机动叶不作调 整的情况下，引风机出口导叶开度越大，增压风机入口压力就越高；引风机出口导叶开度越 小，增压风机入口压力就越低。虽然增压风机入口压力与引风机导叶开度有直接关系，但从 动态特性上分析，两者具有惯性和迟延参数相差较大，单纯靠经验简单采用引风机挡板开 度值或机组负荷值的折线函数作为调节前馈的方式来提高增压风机响应快速性时，由于未 深入考虑三大风机相互作用的耦合关系，从而增加了响应的不稳定性。采用上述方案在机 组常规运行尚可，但在机组运行工况恶劣的情况下无法满足对安全稳定的要求。例如，脱硫 旁路烟道封堵后，某电厂机组大修后的风机RB试验就发生了试验过程中增压风机入口压 力控制不稳（大于1200Pa)，导致增压风机跳闸。
[0010] 针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0011] 本发明提供了一种风机解耦控制方法及装置，以至少解决风烟系统的送风机、弓丨 风机和增压风机之间存在耦合，导致在机组运行工况恶劣的情况下无法满足安全稳定要求 的问题。
[0012] 根据本发明的一个方面，提供了一种风机解耦控制方法，包括：对风烟系统进行建 模，得到所述风烟系统的第一特性和第二特性，其中，所述风烟系统不具有旁路烟道，所述 第一特性是所述风烟系统中的引风机、送风机和增压风机对炉膛负压的特性，所述第二特 性是所述引风机、所述送风机和所述增压风机对增压风机入口压力的特性；基于所述第一 特性和所述第二特性，设计所述引风机、所述送风机和所述增压风机之间的前馈控制器；利 用所述第一特性、所述第二特性和所述前馈控制器进行风烟系统的仿真，并根据仿真结果 调整所述前馈控制器的参数；在将所述前馈控制器和调整后的参数进行DCS逻辑组态并下 装到电厂DCS系统，且所述DCS系统稳定后，进行实际定值扰动试验和变负荷试验，验证所 述风烟系统的控制性能，并根据试验结果进一步调整控制策略和所述前馈控制器的参数， 以满足机组在不同工况下的运行要求。
[0013] 在一个实施例中，对风烟系统进行建模，得到所述风烟系统的第一特性和第二特 性，包括：将所述引风机的调节机构、所述送风机的调节机构和所述增压风机的调节机构全 部置于手动位置；在预设负荷段中的每个负荷段下，均进行引风机扰动试验、送风机动叶扰 动试验以及增压风机动叶扰动试验，并记录试验数据；其中，所述引风机扰动试验包括：弓丨 风机静叶扰动试验或引风机动叶扰动试验；所述试验数据包括：负荷、各风机开度、炉膛负 压、总风量、增压风机入口压力；将所述试验数据导入仿真建模软件中，进行最小二乘拟合 得到所述风烟系统的所述第一特性和所述第二特性。
[0014] 在一个实施例中，
[0015] 所述第一特f生为：F(s) = Fidf(S) · Uidf (s)+Ffdf (s) · Ufdf (s)+Fbf (s) · Ubf(S);
[0016] 所述第二特f生为：P(s) = Pidf(S) · Uidf (s)+Pfdf (s) · Ufdf (s)+Pbf (s) · Ubf(S);
[0017] 其中，所述第一特性的表达式和所述第二特性的表达式均为时域过程的拉氏变 换；F(S)表示炉膛负压；P(S)表示增压风机入口压力；Uidf(S)表示引风机静叶或动叶的实 际开度扰动值；Ufdf(S)表示送风机动叶的实际开度扰动值；Ubf(S)表示增压风机动叶的实 际开度扰动值；Fidf(S)表示引风机静叶或动叶对炉膛负压的传递函数；Ffdf(S)表示送风机 动叶对炉膛负压的传递函数；Fbf(S)表示增压风机动叶对炉膛负压的传递函数；Pidf(S)表 示引风机静叶或动叶对增压风机入口压力的传递函数；Pfdf(S)表示送风机动叶对增压风机 入口压力的传递函数；Pbf(S)表示增压风机动叶对增压风机入口压力的传递函数。
[0018] 在一个实施例中，所述前馈控制器包括：
[0019] Fff(idf_fdf) (s) = _Ffdf(s)/Fidf(s);
[0020] PFF(BF-FDF) (s) =-Pfdf (s)/-Pbf (s);
[0021] PFF(BF-IDF) (s) =-Pidf (s)/-Pbf (s);
[0022] 其中，Fff(idf_fdf) (s)表示送风机动叶对引风机静叶或动叶的前馈控制器；PFF(BF_FDF)(s)表示送风机动叶对增压风机动叶的前馈控制器；PFF(BF_IDF) (s)表示引风机静叶或动叶对 增压风机动叶的前馈控制器；Ffdf(S)表示送风机动叶对炉膛负压的传递函数；Fidf(S)表示 引风机静叶或动叶对炉膛负压的传递函数；Pfdf(S)表示送风机动叶对增压风机入口压力的 传递函数；Pbf(S)表示增压风机动叶对增压风机入口压力的传递函数；Pidf(S)表示引风机 静叶或动叶对增压风机入口压力的传递函数。
[0023] 在一个实施例中，在所述DCS系统稳定后，进行实际定值扰动试验和变负荷试验， 包括：在所述DCS系统稳定后，在所述预设负荷段中的每个负荷段下，均进行炉膛负压闭环 定值扰动试验、总风量闭环定值扰动试验和增压风机入口压力闭环定值扰动试验。
[0024] 根据本发明的另一个方面，提供了一种风机解耦控制装置，包括：建模单元，用于 对风烟系统进行建模，得到所述风烟系统的第一特性和第二特性，其中，所述风烟系统不具 有旁路烟道，所述第一特性是所述风烟系统中的引风机、送风机和增压风机对炉膛负压的 特性，所述第二特性是所述引风机、所述送风机和所述增压风机对增压风机入口压力的特 性；前馈控制器设计单元，用于基于所述第一特性和所述第二特性，设计所述引风机、所述 送风机和所述增压风机之间的前馈控制器；仿真及