本實用新型屬于火電機(jī)組自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

火力發(fā)電機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作為機(jī)組的負(fù)荷控制中心，在新建機(jī)組調(diào)整試運(yùn)及以后的生產(chǎn)中，對穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行、提高機(jī)組自動化水平、提高機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)能力具有重要作用，在對機(jī)組調(diào)整試運(yùn)質(zhì)量檢驗指標(biāo)及機(jī)組性能考核試驗指標(biāo)中，該系統(tǒng)調(diào)試質(zhì)量有著突出比重。

機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般由分散控制系統(tǒng)(DCS)作為電子控制裝置。由于種種原因，在設(shè)計、制造階段，難以保證機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的合理性和完善性，現(xiàn)場的二次設(shè)計、組態(tài)修改是難免的。針對該系統(tǒng)復(fù)雜、涉及子系統(tǒng)較多、運(yùn)行方式多樣、現(xiàn)場修改多的特點(diǎn)，采用常規(guī)的試驗儀器模擬現(xiàn)場信號的方法難以滿足該系統(tǒng)靜態(tài)模擬試驗的要求。

專利文獻(xiàn)《火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對象仿真建模的方法》公開了一種對DCS控制功能進(jìn)行動態(tài)測試的仿真模型，具體為：在DCS系統(tǒng)內(nèi)部，用DCS組態(tài)工具搭建控制對象的簡化仿真模型，從而使控制回路形成閉環(huán)。但是該仿真模型是一種軟件模塊，且位于DCS系統(tǒng)內(nèi)部，靈活性差，對DCS系統(tǒng)依賴性強(qiáng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)靈活性差，對DCS系統(tǒng)依賴性強(qiáng)的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)包括火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置，所述火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置與火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置；所述火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置包括控制器，所述控制器上連接有輸入、輸出組件，所述輸入組件與火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的信號輸出接口連接，所述輸出組件與火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的信號輸入接口連接。

所述火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置包括電源模塊，用于為控制器供電。

所述火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為DCS控制系統(tǒng)。

本實用新型的有益效果：本實用新型的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)將火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置設(shè)置于火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)外部，降低了對DCS系統(tǒng)依賴性，提高了試驗裝置應(yīng)用的靈活性。

本實用新型的試驗系統(tǒng)一部分采用試驗裝置進(jìn)行信號仿真，一部分采用實際的DCS控制裝置進(jìn)行實際運(yùn)行，即該系統(tǒng)采用部分仿真和部分實際相結(jié)合的方式進(jìn)行，既保證了試驗的全面完整性，又提供了一個較為真實的試驗環(huán)境，并且也降低了試驗的復(fù)雜性，其效果是使用試驗儀器簡單模擬現(xiàn)場信號所難以比擬的。

附圖說明

圖1為火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置示意圖；

圖2為火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)示意圖；

圖3為火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置仿真信號流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

如圖1所示，該系統(tǒng)中的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置包括控制器及與控制器連接的輸入、輸出模件。該模擬量輸入、輸出模件用于試驗裝置和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)之間的模擬量信號傳輸，即試驗裝置的AO模件用于連接火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的AI模件；試驗裝置的AI模件用于連接火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的AO模件。試驗裝置的控制器中預(yù)設(shè)有試驗仿真邏輯，用于根據(jù)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸入的信號，計算協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗時所需的參量。

采用Siemens S7系列PLC為試驗裝置的硬件裝置，并且該裝置還設(shè)置有電源模塊，該電源模塊用于為該硬件裝置供電。

試驗裝置中的AO模件和AI模件為現(xiàn)有技術(shù)中常見的輸入輸出組件，這里不再對其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

作為其他實施方式，該系統(tǒng)中的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中試驗裝置，如參考文獻(xiàn)《火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對象仿真建模的方法》(專利號：CN 102446233 A)中的控制對象簡化仿真模型。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與協(xié)調(diào)試驗裝置相關(guān)的連接信號如下：

(1)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出至試驗裝置的信號有：總?cè)剂狭?、汽機(jī)閥位指令(鍋爐主控輸出)。

(2)試驗裝置反饋至協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的信號有：主蒸汽壓力、發(fā)電機(jī)功率、汽機(jī)調(diào)節(jié)級級力、汽包壓力。

當(dāng)控制器接收到協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)送的總?cè)剂狭考捌麢C(jī)閥位指令時，控制器內(nèi)部預(yù)設(shè)的試驗仿真邏輯將會根據(jù)上述信號進(jìn)行仿真計算得到主蒸汽壓力、發(fā)電機(jī)功率、汽機(jī)調(diào)節(jié)級級力、汽包壓力等參量，并將這些參量反饋至協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。下面對控制器中預(yù)設(shè)的試驗仿真邏輯進(jìn)行詳細(xì)闡述：

仿真模型的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由鍋爐主汽壓力、汽包壓力模擬回路和汽機(jī)第一級后壓力、發(fā)電機(jī)功率模擬回路組成。

汽包壓力、主汽壓力仿真信號生成過程如下：

總?cè)剂狭髁拷?jīng)過純遲延功能塊計算后，再經(jīng)過兩個一階慣性功能模塊計算生成鍋爐燃燒熱量信號；

鍋爐燃燒熱量信號與汽機(jī)閥位和主汽壓力的乘積信號即汽機(jī)消耗的蒸汽能量信號進(jìn)行偏差運(yùn)算，生成偏差信號；所述生成的偏差信號進(jìn)行積分運(yùn)算；

積分運(yùn)算輸出信號為仿真的汽包壓力信號；

積分運(yùn)算輸出信號再經(jīng)過一階滯后運(yùn)算，生成的信號為主汽壓力仿真信號。

汽機(jī)調(diào)節(jié)級后壓力仿真信號和發(fā)電機(jī)功率仿真信號生成過程如下：

汽機(jī)閥位信號和主汽壓力仿真信號相乘，生成汽機(jī)消耗的蒸汽能量信號；

汽機(jī)消耗的蒸汽能量信號經(jīng)過一階滯后運(yùn)算后，生成的信號為汽機(jī)調(diào)節(jié)級后壓力仿真信號；

汽機(jī)調(diào)節(jié)級后壓力仿真信號分別經(jīng)過兩個一階滯后運(yùn)算后，分別生成高、中壓缸功率仿真信號和低壓缸功率仿真信號

高中壓缸功率仿真信號和低壓缸功率仿真信號經(jīng)過加法運(yùn)算，生成的信號發(fā)電機(jī)功率仿真信號。

仿真計算原理說明如下：

鍋爐參數(shù)模擬采用能量平衡方式，總?cè)剂狭拷?jīng)兩個一階慣性環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信號代表爐側(cè)燃燒熱量，汽壓對燃料擾動的純延遲時間較小予以忽略。該熱量信號與汽機(jī)消耗的蒸汽能量進(jìn)行比較，其差值經(jīng)積分環(huán)節(jié)模擬汽包壓力變化過程，積分速率由同類型機(jī)組特性近似確定。汽包壓力經(jīng)主汽管阻容特性產(chǎn)生主汽壓力。該模型能夠較為切實地反映燃燒率擾動、汽機(jī)調(diào)節(jié)汽門時擾動電功率開環(huán)、閉環(huán)工況下主汽壓力不同的響應(yīng)過程。

汽機(jī)進(jìn)汽量通過主汽壓力與調(diào)節(jié)汽門開度的乘積進(jìn)行計算，其中，高壓缸做功與中低壓缸做功之比按1：3計算，中間再熱時間常數(shù)按10秒計算，時間常數(shù)較小的環(huán)節(jié)予以忽略。

上述設(shè)計好的仿真模型的計算過程如下：

(1)爐內(nèi)燃燒與傳熱過程：

根據(jù)對仿真模型精度的要求，可對鍋爐模型進(jìn)行必要的簡化,

爐內(nèi)燃燒與傳熱過程可簡化為具有純遲延的一階慣性傳遞函數(shù)模型表示。

ΔQ＝[1/(T₂S+1)]ΔF (2)

式中：ΔF——爐膛燃燒強(qiáng)度；ΔB——進(jìn)入爐膛的燃料量；ΔQ——鍋爐受熱面總有效吸熱量(用蒸汽流量單位表示)；τ₁、T₁、T₂、k₁——常數(shù)，可通過計算或試驗求得。

(2)汽包壓力的傳遞關(guān)系：

把鍋爐和蒸汽管道的蓄熱能力分開，鍋爐的蓄熱量可表示為：

ΔQ-ΔD＝C_k(dP_k/dt) (3)

式中：ΔQ——鍋爐的總有效吸熱量；ΔD——進(jìn)入蒸汽管道的蒸汽流量；C_k——鍋爐的蓄熱系數(shù)，可由試驗確定；P_k——蒸汽管道入口的蒸汽壓力，可用汽包壓力代替。

將上式進(jìn)行必要的推導(dǎo)，則有：

式中：C₀——常數(shù)。

將上式寫為傳遞函數(shù)的形式，則可表示為：

ΔP_k＝(1/T_CS)(ΔQ-ΔD) (5)

式中：T_C——與鍋爐熱容量相關(guān)的積分時間常數(shù)。

(3)蒸汽流量與發(fā)電機(jī)功率：

由汽機(jī)原理可知，對于中間再熱機(jī)組，蒸汽流量—汽輪機(jī)功率通道傳遞函數(shù)可寫為：

W_T(s)＝K_N[(aT_ss+1)/(T_ss+1)][1/(1+T_as)] (6)

式中：а——汽機(jī)高壓缸功率在總功率中的比例；T_s——中間再熱器的時間常數(shù)；T_a——汽機(jī)時間常數(shù)。

如圖2所示，火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗系統(tǒng)包括火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置，火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置上均設(shè)置有AO/AI模件，火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的AO模件與火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置的AI模件連接，火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的AI模件與火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置的AO模件連接；火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗裝置還包括有控制器，該控制器中預(yù)設(shè)有試驗仿真邏輯，用于根據(jù)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸入的信號，計算協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)試驗時所需的參量。

上述預(yù)設(shè)的試驗仿真邏輯與上述試驗裝置的仿真邏輯一致，這里不再詳細(xì)闡述。

本實施例中的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)DCS，對于分散控制系統(tǒng)DCS的具體結(jié)構(gòu)參見現(xiàn)有技術(shù)中的DCS，這里不再詳細(xì)闡述。

機(jī)爐協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)主要由汽機(jī)主控和鍋爐主控組成。汽機(jī)主控在協(xié)調(diào)方式完成功率(有壓力偏差修正)閉環(huán)調(diào)節(jié)，在汽機(jī)跟隨方式完成機(jī)前壓力調(diào)節(jié)。鍋爐主控在協(xié)調(diào)方式完成壓力(有功率偏差修正)閉環(huán)調(diào)節(jié)，在鍋爐跟隨方式完成機(jī)前壓力調(diào)節(jié)。鍋爐主控輸出直接作為燃料指令，燃料反饋有汽包壓力微分的修正。

該試驗采用部分仿真與部分實際運(yùn)行相結(jié)合的方式進(jìn)行。該試驗采用部分仿真與部分實際運(yùn)行相結(jié)合的方式進(jìn)行。斷開主汽壓力、發(fā)電機(jī)功率、汽機(jī)第一級壓力、汽包壓力等信號與現(xiàn)場信號的軟件連接，使之連接仿真模型的相應(yīng)參數(shù)，鍋爐MFT復(fù)位，實際啟動給粉機(jī)，首先對燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)整定，之后對機(jī)爐協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)的主要參數(shù)發(fā)進(jìn)行仿真試驗，并進(jìn)行相應(yīng)的方式切換、事故處理(RB方式)試驗。試驗中各主要相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)如下表一：

表一：仿真試驗時各相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)一覽表