基于热电解耦的旁路调频控制方法及装置与流程

1.本发明涉及火力发电控制技术领域，尤其涉及一种基于热电解耦的旁路调频控制方法及装置。


背景技术：

2.火电机组的主要功能向调频和调峰转变，大量机组需要开展灵活性改造来支撑机组开展深度调峰。而对于北方地区，冬季采暖供热季，需要火电机组向城市热网提供稳定热量。因此，针对北方火电机组冬季运行工况，需要开展相关工作，研究实现火电机组的热电解耦，在保障供热能力的同时降低机组调峰下限。
3.目前，常用的热电解耦技术有汽轮机高中压缸旁路供热、储热罐供热、电锅炉供热以及低压缸零出力供热等。其中，汽轮机旁路供热技术就是将主蒸汽、再热蒸汽经过减温减压后，通过旁路送入热网加热器进行供热，增加机组的供热能力。而旁路供热投入后，汽轮机做功降低，降低机组深度调峰的下限。
4.机组启动阶段需要通过汽轮机旁路调节汽机温度和压力，控制汽轮机冲转和并网，因此汽轮机旁路常设计具有30％～50％的蒸汽容量。因此机组采用旁路供热技术进行改造，整体仅需要较少的改造投资。
5.当旁路供热投入后，汽轮机机组调峰深度将大大下降，原来机组带最大供热条件下，机组电负荷基本要求维持在60％以上，旁路供热投入后其调峰负荷一般情况下能降低至40％以下，其调峰区间拓展约40％以上。但是机组在最低负荷下，其调频能力大大下降。
6.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。


技术实现要素：

7.本发明实施例提供一种基于热电解耦的旁路调频控制方法，解决汽轮机机组在最低负荷下，导致调频能力大幅下降的问题。
8.该基于热电解耦的旁路调频控制方法，包括：
9.基于低旁阀门流量特性和机组各缸做功比，获取控制汽轮机机组的低旁阀门的第一动作函数，并基于该汽轮机机组的调峰频率变化率以及汽轮机机组的机组各缸做功比，确定控制该低旁阀门的第二动作函数；
10.基于该汽轮机机组的调峰频率变化率以及该汽轮机机组的各缸做功比，确定控制该汽轮机机组的高旁阀门的第三动作函数；
11.根据所述第一动作函数和第二动作函数确定低旁控制指令，基于所述第三动作函数和该低旁控制指令确定高旁控制指令；
12.根据所述低旁控制指令控制所述低旁阀门的开度，匹配所述高旁控制指令控制所述高旁阀门的开度。
13.本发明实施例还提供一种基于热电解耦的旁路调频控制装置，解决机组在最低负
荷下，导致调频能力大幅下降的问题。
14.该基于热电解耦的旁路调频控制装置，包括：
15.低旁信号单元，获取控制汽轮机机组的低旁阀门的第一动作函数，并基于该汽轮机机组的调峰频率以及汽轮机机组的机组各缸做功比，确定控制该低旁阀门的第二动作函数；
16.高旁信号单元，基于该汽轮机机组的调峰频率以及该汽轮机机组的各缸做功比，确定控制该汽轮机机组的高旁阀门的第三动作函数；
17.指令生成单元，根据所述第一动作函数和第二动作函数确定低旁控制指令，基于所述第三动作函数和该低旁控制指令确定高旁控制指令；
18.控制单元，根据所述低旁控制指令控制所述低旁阀门的开度，根据所述高旁控制指令控制所述高旁阀门的开度。
19.本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于热电解耦的旁路调频控制方法。
20.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于热电解耦的旁路调频控制方法。
21.本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于热电解耦的旁路调频控制方法。
22.本发明实施例中，基于热电解耦的旁路调频控制方法及装置，针对旁路供热的工况，依靠低旁控制指令及高旁阀门控制指令的短期的动作，改变热负荷与电负荷的分配比例，特别是在低负荷下，能够通过主动减少低旁供热量的需求来增加进入汽轮机侧的工质流量，以弥补极低负荷下调频的能力降低的问题，提高旁路供热机组的深度调峰下的调频能力。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
24.图1为本发明实施例的基于热电解耦的旁路调频控制方法的流程图。
25.图2为本发明实施例的基于热电解耦的旁路调频控制装置的模块图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
27.在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本技术的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
28.如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种基于热电解耦的旁路调频控制方法，该旁路调频控制方法包括：
29.基于低旁阀门流量特性和机组各缸做功比，获取控制汽轮机机组的低旁阀门的第一动作函数f1(x)，并基于该汽轮机机组的调峰频率变化率以及该汽轮机机组的机组各缸做功比，确定控制该低旁阀门的第二动作函数f2(x)；
30.基于该汽轮机机组的调峰频率变化率以及该汽轮机机组的机组各缸做功比，确定控制该汽轮机机组的高旁阀门的第三动作函数f3(x)；
31.根据第一动作函数f1(x)和第二动作函数f2(x)确定低旁控制指令，基于第三动作函数f3(x)和该低旁控制指令确定高旁控制指令；
32.根据低旁控制指令控制低旁阀门的开度，匹配高旁控制指令控制高旁阀门的开度。
33.本发明提出的基于热电解耦的旁路调频控制方法，针对旁路供热的工况，依靠低旁控制指令及高旁阀门控制指令的短期的动作，改变热负荷与电负荷的分配比例，特别是在低负荷下，能够通过主动减少低旁供热量的需求来增加进入汽轮机侧的工质流量，以弥补极低负荷下调频的能力降低的问题，提高旁路供热机组的深度调峰下的调频能力。
34.在本发明中，通过低旁阀门控制汽轮机机组其低旁入口或加热器出口的流量，高旁阀门控制汽轮机机组其高旁入口或加热器出口的流量。
35.在本发明中，低旁控制指令根据第一动作函数f1(x)和第二动作函数f2(x)确定，由于该低旁控制指令同时匹配了第一动作函数f1(x)和第二动作函数f2(x)，使得低旁控制指令动作保持一致，避免出现反复频繁低旁阀门出现频繁波动，兼顾了汽轮机组侧调频的灵活性和稳定性。
36.在本发明一个可选的实施方式中，根据第一动作函数f1(x)和第二动作函数f2(x)确定低旁控制指令，包括：
37.根据该汽轮机机组的供热需求，生成低旁流量设定值；
38.将第二动作函数f2(x)与该低旁流量设定值叠加后输入低旁控制器(pid)，生成低旁设定值回路信号；
39.将第一动作函数f1(x)与该低旁设定值回路信号叠加，生成该低旁控制指令。
40.在该实施方式中，第一动作函数f1(x)能够直接作用于低旁控制指令，保证了低旁动作的快速性。同时，第二动作函数f2(x)要与该低旁流量设定值叠加后输入低旁控制器(pid)，保证其控制回路的一致性。具体的，当第一动作函数f1(x)叠加到低旁控制指令后，低旁阀优先动作会导致低旁控制器(pid)的被控量发生变化，若此时没有第二动作函数f2(x)的作用，则会造成低旁控制器(pid)与第一动作函数f1(x)叠加方向相反，无法实现旁路阀的同向动作；若此时同时匹配设定第一动作函数f1(x)和第二动作函数f2(x)，则能够使得低旁控制指令始终保持动作一致，防止出现反复频繁动作。
41.在该实施方式一个可选的例子中，低旁流量设定值可以根据汽轮机机组的供热需求自动生成或手段设定。
42.在本发明一个可选的实施方式中，基于第三动作函数f3(x)和该低旁控制指令确定高旁控制指令，包括：
43.根据该汽轮机机组的供热需求，生成高旁流量设定值；
44.将第三动作函数f3(x)与该高旁流量设定值叠加后输入高旁控制器(pid)，生成高旁设定值回路信号；
45.根据该低旁阀门和高旁阀门的节流特性、以及高压缸和中低压缸的做功比，生成第四动作函数f4(x)；
46.将第四动作函数f4(x)与该高旁设定值回路信号叠加，生成该高旁控制指令。
47.在该实施方式中，通过第四动作函数f4(x)，高旁控制指令与低旁控制指令同步动作，进一步增加了整个旁路调节的一致性，提高调频能力。同理，通过第三动作函数f3(x)来匹配高旁阀门被控对象的扰动，能够有效防止高旁阀的同向动作，保证高旁控制指令与低旁控制指令动作的同步性。
48.在该实施方式一个可选的例子中，根据该低旁阀门和高旁阀门的节流特性、以及高压缸和中低压缸的做功比，生成第四动作函数f4(x)，包括：
49.根据该低旁阀门的流量特性曲线，得到该低旁阀门的流量；
50.根据该低旁阀门的流量、以及高压缸和中低压缸的做功比，得到该高旁阀门的流量；
51.根据该高旁阀门的流量特性曲线、以及该高旁阀门的流量，确定该第四动作函数f4(x)。
52.在一个可选的例子中，据根据质量平衡得到公式，低旁入口流量＝高旁入口流量+高旁减温水流量，再根据上述公式得到高旁阀门的流量。
53.在本发明一个可选的实施方式中，根据低旁控制指令控制低旁阀门的开度，根据高旁控制指令控制所述高旁阀门的开度，包括：
54.在低旁阀门的开度大于15％的状态下，低旁控制指令对低旁阀门进行控制；和/或
55.在高旁阀门的开度大于10％的状态下，高旁控制指令对高旁阀门进行控制。
56.在该实施方式中，仅在低负荷区大频差下，低旁阀门才根据低旁控制指令同步动作，有效防止低旁阀门频繁波动，有效保证汽轮机侧调频负荷满足电网要求。
57.在本发明一个可选的实施方式中，基于该汽轮机机组的调峰频率变化率以及机组各缸做功比，确定控制该低旁阀门的第二动作函数f2(x)，包括：
58.根据该汽轮机机组的调峰频率变化率，确定进入该汽轮机机组的中低压缸的入口流量变化量；
59.根据该中压缸的入口流量变化量、以及该中低压缸的做功变化量，获得该第二动作函数f2(x)。
60.在该实施方式一个可选的例子中，如图1所示，hp表示高压缸，ip表示中压缸，lp表示低压缸，其中，汽轮机机组的高压缸与中压缸(及低压缸)的做功比例为1:2。
61.在一个可选的例子中，汽轮机机组的主汽流量变化为δq，则，粗略估计当低旁动
作时增加和减少的流量对做功能力的影响可以按照来近似表达，其中，λ为修正系数，可以通过试验数据修正而得。
62.在该实施方式另一个可选的例子中，汽轮机机组的高压缸与中低压缸的做功比例也可以为其它值，具体以汽轮机组的实际设计或性能数据为准。
63.在本发明一个可选的实施方式中，第一动作函数f1(x)根据低旁阀流量特性曲线得到。
64.进一步的，第一动作函数f1(x)也通过试验数据进行修正。
65.在本发明一个可选的实施方式中，基于该汽轮机机组的调峰频率变化率以及该汽轮机机组的高压缸的出口蒸汽流量，确定控制该汽轮机机组的高旁阀门的第三动作函数f3(x)，包括：
66.根据该汽轮机机组的调峰频率变化率，确定进入该汽轮机机组的高压缸的入口流量变化量；
67.根据该高压缸的入口流量变化量、以及该高压缸的做功变化量，获得该第三动作函数f3(x)。
68.在一个可选的例子中，第一动作函数f1(x)、第二动作函数f2(x)、第三动作函数f3(x)和第四动作函数f4(x)需要根据阀门流量曲线和试验数据来进行修正。
69.优选的，汽轮机机组为350mw超临界机组，其tha工况主蒸汽流量为1089t/h(约合30t/h/10mw对应关系)，即汽轮机侧升降10mw负荷，高旁流量降低/升高30t/h。按照350mw最大调频幅值8％计算，最大转差对应的28mw，设定转速不等率δ＝5％计算，2.3mw/rpm，最大转差为12rpm。根据高低旁设计参数和数据计算高低旁流量比为1:2左右。
70.第一动作函数f1(x)设置为如下表1数值，其中转差为3000-实际转速。
71.表1：第一动作函数f1(x)数值
72.转差rpm10864-4-6-8-10阀门指令％-8-4-200248
73.第二动作函数f2(x)设置为如下表2数值：
74.表2：第二动作函数f2(x)数值
75.转差rpm10864-4-6-8-10流量设定t/h-69-55.2-41.40041.455.269
76.第三动作函数f3(x)设置为如下表3数值：
77.表3：第三动作函数f3(x)数值
78.转差rpm10864-4-6-8-10流量设定t/h-34.5-27.6-20.70020.727.634.5
79.第四动作函数f4(x)设置为如下表4数值：
80.表4：第一动作函数f4(x)数值
81.低旁指令％0102030507080100阀门指令％05121625354045
82.本发明还提出一种基于热电解耦的旁路调频控制装置，该装置包括：
83.低旁信号单元，获取控制汽轮机机组的低旁阀门的第一动作函数f1(x)，并基于该汽轮机机组的调峰频率以及汽轮机机组的中压缸的入口蒸汽流量，确定控制该低旁阀门的第二动作函数f2(x)；
84.高旁信号单元，基于该汽轮机机组的调峰频率以及该汽轮机机组的高压缸的出口蒸汽流量，确定控制该汽轮机机组的高旁阀门的第三动作函数f3(x)；
85.指令生成单元，根据所述第一动作函数f1(x)和第二动作函数f2(x)确定低旁控制指令，基于第三动作函数f3(x)和该低旁控制指令确定高旁控制指令；
86.控制单元，根据低旁控制指令控制低旁阀门的开度，根据高旁控制指令控制高旁阀门的开度。
87.本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于热电解耦的旁路调频控制方法。
88.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于热电解耦的旁路调频控制方法。
89.本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于热电解耦的旁路调频控制方法。
90.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
91.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
92.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
93.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
94.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本
发明的保护范围之内。