牛玉广--超超临界机组自动化成套控制系统

1超超临界机组自动化成套控制系统华北电力大学国家火力发电工程技术研究中心电站设备状态监测与控制教育部重点实验室牛玉广21.背景863重点项目：火电行业重大工程自动化成套控制系统目标：研究开发一套适用于百万千瓦级超超临界火电机组的自动化成套控制系统，形成以分散控制系统（DCS）为核心，包括厂级监控信息系统（SIS）、全激励仿真系统（SIM）、现场总线技术及高参数智能化仪表、超超临界机组优化控制策略等在内的百万千瓦级超超临界火电机组整体自动化解决方案。3主要研究内容：超超临界机组自动化成套控制系统体系结构和关键技术超超临界机组自动化控制系统超超临界机组控制系统用现场总线技术及高参数智能仪表超超临界机组运行特性分析与优化控制策略超超临界机组厂级监控信息系统超超临界机组的高精度、全激励仿真系统超超临界机组自动化成套控制系统工程设计技术超超临界机组自动化成套控制系统工程实施技术42.系统结构体系结构功能结构6激励式仿真机SIS构成实时/历史数据库管理系统目前实际工程项目数据已达到50万点93.超超临界机组建模与控制机组模型仿真模型控制模型整体非线性模型分段线性模型机组框图模型2313113duAlDHDHQd)()(5894325891apuaNuauaapuadtdpdTEWBdTdsPBessssW23)2051)(1891()361(509.0)(模型分类某1000MW超超临界机组框图模型111000MW机组非线性控制模型及验证0100020003000400050006000262026402660268027002720274027602780时间/s中间点焓值/kJ/kg实际值计算值0100020003000400050006000750800850900950100010501100时间/s负荷/MW实际值计算值12单元机组协调控制回路级控制机组/全厂信息监控机组能耗指标回路级控制单元机组协调控制回路级控制回路级控制中调负荷指令机组负荷指令最优运行方式最优设定值燃烧控制给水控制燃烧控制给水控制全局优化控制结构131000MW超超临界机组协调控制框图频率校正回路DYN一阶惯性汽机主控实际功率+-++++ICR++负荷指令设定回路f1(x)氧量调节器实际压力汽轮机指令f6(x)实际氧量燃料量指令给水流量指令×总风量指令f4(x)f3x)A/B一阶惯性动态解耦压力调节器DDF锅炉主控频率校正回路f5x)焓值调节器×负荷指令微过热蒸汽焓值设定微过热蒸汽焓值+-+-+++++-++14依据火电机组全工况下的非线性测度，建立分段控制模型控制模型非线性测度示例多模型控制系统N多变量控制器1f1(x)+多变量控制器2f2(x)多变量控制器3f3(x)B1B2B3123+B模糊监督器k1k2k3B1'B2''1'2B3''315燃烧优化控制框图原始信号校准关键信号构造控制系统优化运行优化指导设备状态评估锅炉燃烬风量综合优化锅炉一次风煤配比综合优化锅炉排烟氧量综合优化一次风压、二次风压优化炉膛出口烟温、火焰位置因子计算锅炉效率计算热循环效率及汽温、汽压、减温水量耗差计算NOX排放量预测制粉系统运行优化基于前馈和解耦的协调、燃烧及其它子系统综合优化锅炉热量信号软测量煤发热量、水份、灰份、可磨性软测量氧量软测量锅炉给水流量、主蒸汽流量、风量、氧量综合校准锅炉二次风配风方式综合优化16抗煤质扰动控制示意图PIN0定值形成回路NePspPtDEH锅炉指令W/AΔPIW/AΔ机炉交叉解耦汽机主控锅炉主控ΔPI燃料调节器煤质做功能力系数总燃料量各层燃料量ABF……增益调度f(x)0.150.160.170.180.190.20.211.31.41.51.61.71.81.92发热量系数修正后煤质做功能力系数相关系数0.959617基于内模控制的燃烧器摆角及喷水联合调节机组升降负荷过程燃烧器摆角和喷水联合调节，减温水只在再热汽温超温时喷入，且流量较低，节能效果明显。184.基于激励式仿真机的控制系统设计与调试需要解决的两个关键问题：仿真机模型的准确性问题，包括静态准确性与动态准确性模型与DCS的连接问题，DPU/虚拟DPU19利用运行数据及优化算法（如遗传算法）进行模型修正高温过热器模型修正前修正后20仿真机模型与DCS的通信数据通信方式：数据接口；OPC方式：OPCServer,OPCGroup,OPCItem21同一机组仿真模型与不同DCS的连接225.应用情况1000MW超超临界机组仿真系统23基于仿真机的控制系统调试技术（１）信号检查信号名称检查；连接方式检查；补偿计算检查；信号质量检查等。（2）控制逻辑检查阀门、挡板等调节机构的手动操作检查；自动投切逻辑检查；手自动跟踪及无扰切换检查；控制器动作方向检查。24（3）控制器参数整定被控对象特性试验；控制器参数整定；函数关系及前馈参数整定。（4）控制系统投运调试稳定运行调试；定值扰动调试；升降负荷调试；异常工况调试。全仿真系统调试完毕后，将虚拟DPU中的控制逻辑及参数下载到现场DCS的DPU中，可以作为现场调试的初始值。25仿真机负荷控制中心界面26阶跃扰动试验曲线27控制系统参数调整界面28控制系统闭环运行曲线29试验研究平台-DCS、SIM、SIS30实验室研究平台：数据-仿真-试验-闭环优化调试环境虚拟DCS全仿真机状态监控中心（SIS）历史数据库优化控制状态检测能耗特性控制优化中心31包括超超临界机组的运行历史数据库系统。数据存储容量5TB。完整的火电厂运行数据中心。超超临界机组全激励全仿真机系统以及控制系统评价软件体系。海量历史数据中心及仿真中心32Thankyou