發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法
【專利摘要】一種發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，包括：從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷發生到再啟動過程中各時間段對應的主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、給水溫度、給水流量、燃料流量；根據采集數據與時間的關系分別建立時間與采集數據的曲線；將建立的各曲線進行擬合獲得燃料流量-給水流量曲線；根據建立的各曲線和擬合的曲線確定主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力同時穩定且發電機組運行在帶廠用電工況時鍋爐對應的給水流量值；發電機組發生快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值。本方案提高發電機組快速減負荷過程中給水穩定性，同時縮短了控穩時間。
【專利說明】發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制【技術領域】，特別是涉及一種發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法。
【背景技術】
[0002]快速減負荷(FCB，FAST⑶T BACK)是指機組在高于某一負荷定值運行時，因內部或外部電網故障與電網解列，瞬間甩掉全部對外供電負荷，但未發生鍋爐MFT (Main FuelTrip，主燃燒跳閘)的情況下，用以維持發電機解列帶廠用電或停機不停爐的自動控制功倉泛。
[0003]目前，相繼發生電網故障并導致大面積停電的嚴重事故，使得社會生活和經濟等各方面遭受巨大損失。電力已滲透到社會生產和生活的各個方面，一旦發生電力系統局部或大范圍停電故障，造成的直接和間接后果極其嚴重。具有FCB能力的機組，能夠在電網故障的情況下不停機，立即轉為只帶廠用電的孤島運行方式。特別是大型火電機組，若具備FCB能力，電網崩潰時，能在電網故障消除后迅速恢復向外供電，除對社會重要用戶供電外，還能向系統內其他火電機組提供啟動用電。
[0004]FCB工況是火力發電機組最嚴峻的一種動態過渡運行工況，它要求機組各設備和系統具有良好的健康狀況，且調節響應靈敏，動作正確，控制穩定、靈活，保護設定合理準確，聯合動作過程協調，才能確保機組安全穩定地過度。FCB功能試驗的成功，意味著機組具有優異的安全技術性能指標，這對電網安全穩定運行和提高抵御風險的能力將起到非常關鍵和重要的作用。
[0005]FCB發生后，快速減負荷，鍋爐由于蓄熱大，鍋爐壓力飛升超壓，多余工質主要通過高低旁路和電磁泄壓閥排放多余工質；FCB動作后工質的補充:機組FCB動作后，由于鍋爐的熱慣性和燃料系統的延時性，鍋爐熱負荷降到預定的FCB目標值仍需要一定時間。在此階段，多余蒸汽只能通過過熱汽安全門以及電磁泄放閥排向大氣。客觀上造成一定程度的工質循環不平衡。
[0006]正常運行時，汽動給水泵的汽源取自汽輪機四級抽汽，汽輪機甩負荷后，抽汽壓力迅速跌落。此時若緊急啟動電動給水泵，由于帶液力耦合調速裝置的電動給水泵啟動時間長達10多S，而此時直流鍋爐煤水比平衡的迅速破壞將導致鍋爐MFT。要使汽動給水泵維持正常運行，必須進行汽源切換，迅速將汽輪機的第四級抽汽來的汽源切到再熱器冷段來的備用汽源。現有技術采用常規PID控制器調節給水，調節過程緩慢，控穩時間長，難以滿足FCB大幅度甩負荷動作后的快速控制和穩定控制的需要。
【發明內容】
[0007]本發明針對發電機組快速減負荷過程中給水控穩耗費時間長的問題，提供一種發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法。
[0008]一種發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，包括:[0009]從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷發生到再啟動過程中各時間段對應的主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、給水溫度、給水流量、燃料流量；
[0010]根據采集數據與時間的關系建立時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線.[0011 ] 將建立的各時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線進行擬合獲得燃料流量-給水流量曲線；
[0012]根據建立的時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線和擬合的燃料流量-給水流量曲線，確定主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力同時穩定且發電機組運行在帶廠用電工況時鍋爐對應的給水流量值；
[0013]所述發電機組發生快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值。
[0014]上述發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，通過預先從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷過程中各時間段對應的FCB歷史數據，并建立時間-歷史數據的曲線，然后根據時間-歷史數據曲線擬合出燃料流量-給水流量曲線，從而得到合理的給水流量值。在發電機組發送快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值，無需人工根據監控參數慢慢嘗試調節給水泵，可以實現快速控穩，提高了發電機組快速減負荷過程中給水穩定性，縮短了控穩時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法實施例的流程示意圖；
[0016]圖2為本發明具體運用實例中FCB時各個閥門動作與時間曲線；
[0017]圖3為本發明具體運用實例中FCB時主蒸汽壓力飛升曲線；
[0018]圖4為本發明具體運用實例中FCB時給水泵運行曲線；
[0019]圖5為本發明具體運用實例中FCB發生到重新啟動過程記錄曲線。
【具體實施方式】
[0020]以下針對本發明發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法的各實施例進行詳細的描述。
[0021]如圖1所示，為本發明發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法實施例的流程示意圖，包括:
[0022]步驟SlOl:從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷發生到再啟動過程中各時間段對應的主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、給水溫度、給水流量、燃料流量；
[0023]歷史數據庫是電廠機組快速減負荷的監測裝置的一個組成部分。汽輪機、發電機、鍋爐等設備運行參數和給水控制系統參數均被自動采集并保存到歷史數據庫中。因此可以從歷史數據庫中獲取發電機組快速減負荷過程中的歷史數據。
[0024]步驟S102:根據采集數據與時間的關系建立時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線；
[0025]每個時間段有其對應的歷史數據，因此可以建立時間與歷史數據的曲線。比如，畫一個二維坐標，以其中一個軸為時間軸，另一個軸為歷史數據軸。查找歷史數據中該時間對應的歷史數據，從而建立時間-歷史數據的曲線。其中表示“和”，即時間和歷史數據的曲線。
[0026]步驟S103:將建立的時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線進行擬合獲得燃料流量-給水流量曲線；
[0027]比如，可以將建立的曲線進行線性擬合或二次擬合，獲得燃料流量-給水流量曲線。
[0028]步驟S104:根據建立的時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線和擬合的燃料流量-給水流量曲線，確定主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力同時穩定且發電機組運行在帶廠用電工況時鍋爐對應的給水流量值；
[0029]該給水流量值大于連鎖保護動作(MFT，主燃料跳閘)時的給水流量給定值。
[0030]獲得給水流量值后，將發電機組對應給水流量值作為FCB動作后的給水流量目標值，以便后續發生FCB動作時，快速調整到目標值。
[0031]步驟S105:發電機組發生快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至給水流量值。
[0032]在該類型的發電機組發生快速減負荷時，無需觀察發電機組的其他參數，直接將供給發電機組的給水泵的給水量調整至上述求得的給水流量值即可。比如，可以通過人工方式調節給水泵，使給水泵的給水量為給水流量值。
[0033]上述發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，通過預先從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷過程中各時間段對應的FCB歷史數據，并建立時間-歷史數據的曲線，然后根據時間-歷史數據曲線擬合出燃料流量-給水流量曲線，從而得到合理的給水流量值。在發電機組發送快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至給水流量值，無需人工根據監控參數慢慢嘗試調節給水泵，可以實現快速控穩，提高了發電機組快速減負荷過程中給水穩定性，縮短了控穩時間。并且供機組發生FCB后對給水系統安全、快速穩定運行監測比對。
[0034]一般在給水系統中，存在多個給水泵。比如兩臺汽動給水泵和一臺電動給水泵。在其中一個實施例中，為了實現機組低負荷時的節能，本方案還包括:
[0035]根據建立的各曲線和擬合的燃料流量-給水流量曲線查找機組快速減負荷后機組負荷、主蒸汽汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度穩定時，所述給水流量值對應的時間；
[0036]實時檢測所述發電機組發生快速減負荷的當前時間與發生時間差值，當所述差值為所述時間時，將維持一臺給水泵運行，將其他給水泵出力降低至備用狀態或停運狀態。其中，當前時間為正發生快速減負荷時獲取的當前時間，所述發生時間為發生快速減負荷的時間。目的是為了計算當前時間距離發生時間的時間差。
[0037]因給水流量指令的最低值是(25%—40%)鍋爐最大連續運行負荷，所以當FCB發生后，如有兩臺或以上給水泵運行時，保留一臺運行，并將另外運行的給水泵快速降低出力至備用狀態。未出力的給水泵，在一定的時間內，按與FCB發生工況相對應的主蒸汽壓力所給出的轉速指令運行。此轉速指令，使給水泵出口壓力應保證在FCB發生時主蒸汽壓力、FCB時的壓力升高值和鍋爐阻力損失這三者之和的數值，并保證給水量大于連鎖保護動作(MFT)時的給水流量給定值。因此還實時獲取FCB發生時主蒸汽壓力、壓力升高值、鍋爐阻力損失值，可以建立對應的曲線。
[0038]在其中一個實施例中，發電機組發生快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至給水流量值步驟，包括:
[0039]從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷過程中各時間段對應的汽機旁路門開度、汽機各調節門開度、蒸汽疏水門開度、分離器出口調節閥開度、給水泵出口壓力、給水泵轉速、給水泵再循環門開度；
[0040]根據采集數據與時間的關系建立時間-汽機旁路門開度曲線、時間-汽機各調節門開度曲線、時間-蒸汽疏水門開度曲線、時間-分離器出口調節閥開度曲線、時間-給水泵出口壓力曲線、時間-給水泵轉速曲線、時間-給水泵再循環門開度曲線；
[0041 ] 將時間-給水流量曲線、時間-給水泵出口壓力曲線、時間-給水泵轉速曲線、時間-給水泵再循環門開度曲線進行擬合獲得給水流量-給水泵出口壓力曲線、給水流量-給水泵轉速曲線、給水流量-給水泵再循環門開度曲線；
[0042]根據所述給水流量值和所述時間從所述時間-汽機旁路門開度曲線、時間-汽機各調節門開度曲線、時間-蒸汽疏水門開度曲線、時間-分離器出口調節閥開度曲線、時間-給水泵出口壓力曲線、時間-給水泵轉速曲線、時間-給水泵再循環門開度曲線、給水流量-給水泵出口壓力曲線、給水流量-給水泵轉速曲線、給水流量-給水泵再循環門開度曲線中查找該給水流量值對應的汽機旁路門開度、汽機各調節門開度、蒸汽疏水門開度、分離器出口調節閥開度、給水泵出口壓力、給水泵轉速、給水泵再循環門開度、給水流量-給水泵出口壓力、給水流量-給水泵轉速、給水流量-給水泵再循環門開度；
[0043]根據查找的汽機旁路門開度、汽機各調節門開度、蒸汽疏水門開度、分離器出口調節閥開度、給水泵出口壓力、給水泵轉速、給水泵再循環門開度、給水流量-給水泵出口壓力、給水流量-給水泵轉速、給水流量-給水泵再循環門開度將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值。
[0044]本實施例通過歷史數據中的給水泵轉速和各開度等，可以確定給水泵調節至給水流量值時的給水泵轉速，以及各調節們、調節閥等的開度，實現對給水泵的調節。通過根據歷史曲線和擬合出的給水流量曲線，確定并列運行給水泵中的一臺退出工作的時間和退出速度，以使FCB動作后給水系統更加安全穩定運行。
[0045]在其中一個實施例中，其他給水泵以200r/min至600r/min的速率退出。
[0046]在其中一個實施例中，發電機組為直流鍋爐發電機組。
[0047]本方案舉其中一個具體應用實例進行說明。
[0048]以某600MW機組為例，發電機組快速減負荷的監測裝置包括:發電機組的DCS與監控計算機USB接口電連接；安裝在發電機組高壓旁路出口的熱電偶與測溫電阻電連接，測溫電阻與數據采集器電連接，發電機組電連接的壓力變送器、差壓變送器與測壓電阻電連接，測壓電阻與數據采集器電連接，數據采集器與電連接鍋爐汽包上安裝的熱電偶與測溫電阻電連接，測溫電阻與數據采集器電連接，數據采集器與計算機USB接口電連接；發電機組的廠級監控系統計算機與歷史數據庫電連接，歷史數據庫與FCB監控計算機通過FCB監控計算機的網絡接口 RJ45電連接。
[0049]數據采集器采用MP3595數據采集系統。壓力變送器采用3051Rosemount。計算機的USB接口與數據處理模塊連接，數據處理模塊與報警模塊連接，報警模塊與顯示器連接。數據處理模塊和報警模塊依據自動控制技術和計算機數據處理技術編制。
[0050]基于上述連接，采集歷史數據庫中歷史數據，包括:主蒸汽流量、主蒸汽壓力、總給水流量、給水泵轉速、給水泵入口流量、給水泵出口壓力、給水泵再循環門開度、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度在內的機組給水系統相關參數，采集進入FCB監測判定計算機，計算整理后擬合成對應過程的參數的時間關系曲線，主要包括圖2、圖3、圖4和圖5。圖2為FCB時各個閥門動作與時間曲線，包括=FCB發生時，時間-汽機旁路門開度曲線210、時間-主蒸汽疏水門開度曲線220、時間-分離器出口調節閥開度曲線230、主蒸汽壓力240 ;圖3為FCB時主蒸汽壓力飛升曲線。圖4為FCB時給水泵運行曲線，其中包括給水流量-單泵運行曲線410、給水流量-兩臺泵運行曲線420、給水流量-鍋爐系統阻力曲線430、給水流量-主蒸汽給定壓力曲線440、給水流量-鍋爐阻力損失曲線450。其中，15%為MFT給定值，25%為最低給水量。其中，由于機組容量不同，對應的給水流量不同，為方便比較，選取機組滿負荷時的給水流量值作為100%。圖5為FCB發生到重新啟動過程記錄曲線，包括時間-再熱蒸汽溫度曲線510、時間-主蒸汽溫度曲線520、時間-主蒸汽壓力曲線530、時間-給水流量曲線540、時間-燃料流量曲線550、時間-發電機出力曲線560、直流運行571、再循環運行572、貫流運行573、壓力設定值580、分離容器水位590。
[0051]根據上述各個曲線擬合出FCB過程中的給水泵轉速、給水流量、給水泵出口壓力、給水泵再循環門開度的過渡過程曲線，以供機組發生FCB后對給水系統安全、快速穩定運行監測比對。
[0052]從歷史數據及其形成的相關曲線，確定FCB發生10秒后，給水快速下降，tl (50秒)左右減到給定流量，但高于MFT (連鎖保護)動作的給水流量。
[0053]因此在FCB發生時對于直流鍋爐的給水控制，應首先切換為一臺汽動泵運行，汽源首先考慮直接取自再熱器出口，運行約tl時間后，切換為電動給水泵運行，這樣直流爐給水控制可以快速達到穩定工況。
[0054]通過擬合出的給水流量曲線，確定FCB動作后給水系統穩定運行的最佳給水流量設定及給水泵最佳工作點。本實施例中，最佳給水流量設定值為(820— 960)t/h
[0055]通過根據歷史曲線和擬合出的給水流量曲線，確定并列運行給水泵中的一臺退出工作的時間和退出速度，以使FCB動作后給水系統更加安全穩定運行。本實施例中，當FCB動作后60s左右，給水流量過渡到900t/h，FCB動作后90s，B給水泵轉速以600r/min的速率減少出力，一直到給水泵轉速降至2900r/min到備用狀態。以使FCB動作后給水系統更加安全穩定運行。
[0056]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，其特征在于，包括: 從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷發生到再啟動過程中各時間段對應的主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、給水溫度、給水流量、燃料流量；根據采集數據與時間的關系建立時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線；將建立的各時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線進行擬合獲得燃料流量-給水流量曲線； 根據建立的時間-主蒸汽壓力曲線、時間-主蒸汽溫度曲線、時間-再熱蒸汽溫度曲線、時間-給水溫度曲線、時間-給水流量曲線、時間-燃料流量曲線和擬合的燃料流量-給水流量曲線，確定主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力同時穩定且發電機組運行在帶廠用電工況時鍋爐對應的給水流量值； 所述發電機組發生快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值。
2.根據 權利要求1所述的發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，其特征在于，還包括: 根據建立的各曲線和擬合的燃料流量-給水流量曲線查找機組快速減負荷后機組負荷、主蒸汽汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度穩定時，所述給水流量值對應的時間； 實時檢測所述發電機組發生快速減負荷的當前時間與發生時間差值，當所述差值為所述時間時，將維持一臺給水泵運行，將其他給水泵出力降低至備用狀態或停運。
3.根據權利要求2所述的發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，其特征在于，所述發電機組發生快速減負荷時，將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值步驟，包括: 從歷史數據庫中采集發電機組快速減負荷過程中各時間段對應的汽機旁路門開度、汽機各調節門開度、蒸汽疏水門開度、分離器出口調節閥開度、給水泵出口壓力、給水泵轉速、給水泵再循環門開度； 根據采集數據與時間的關系建立時間-汽機旁路門開度曲線、時間-汽機各調節門開度曲線、時間-蒸汽疏水門開度曲線、時間-分離器出口調節閥開度曲線、時間-給水泵出口壓力曲線、時間-給水泵轉速曲線、時間-給水泵再循環門開度曲線； 將時間-給水流量曲線、時間-給水泵出口壓力曲線、時間-給水泵轉速曲線、時間-給水泵再循環門開度曲線進行擬合獲得給水流量-給水泵出口壓力曲線、給水流量-給水泵轉速曲線、給水流量-給水泵再循環門開度曲線； 根據所述給水流量值和所述時間從所述時間-汽機旁路門開度曲線、時間-汽機各調節門開度曲線、時間-蒸汽疏水門開度曲線、時間-分離器出口調節閥開度曲線、時間-給水泵出口壓力曲線、時間-給水泵轉速曲線、時間-給水泵再循環門開度曲線、給水流量-給水泵出口壓力曲線、給水流量-給水泵轉速曲線、給水流量-給水泵再循環門開度曲線中查找該給水流量值對應的汽機旁路門開度、汽機各調節門開度、蒸汽疏水門開度、分離器出口調節閥開度、給水泵出口壓力、給水泵轉速、給水泵再循環門開度、給水流量-給水泵出口壓力、給水流量-給水泵轉速、給水流量-給水泵再循環門開度； 根據查找的汽機旁路門開度、汽機各調節門開度、蒸汽疏水門開度、分離器出口調節閥開度、給水泵出口壓力、給水泵轉速、給水泵再循環門開度、給水流量-給水泵出口壓力、給水流量-給水泵轉速、給水流量-給水泵再循環門開度將給水泵的給水流量調整至所述給水流量值。
4.根據權利要求2或3所述的發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，其特征在于，所述其他給水泵以200r/min至600r/min的速率退出。
5.根據權利要求2或3所述的發電機組快速減負荷過程中給水控穩方法，其特征在于，所述發電機組為直流鍋爐發電機組。
【文檔編號】F22B35/00GK103925590SQ201410155379
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】黃衛劍, 潘鳳萍, 陳世和, 萬文軍 申請人:廣東電網公司電力科學研究院