一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法与流程

本发明涉及大型电站锅炉智能控制，具体为一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法。

背景技术：

1、随着新能源发电占比不断提高，大型火电机组逐渐承担深度调峰和频繁变负荷任务，超临界及超超临界锅炉在低负荷、快速升降负荷，尤其是升负荷过程中，燃料量、给水量、蒸汽流量、受热面吸热量以及金属蓄热状态持续变化，各环节的动态响应速度存在差异，使蒸汽温度呈现较强的非线性、时变性和滞后性，对喷淋减温系统的动态调节能力提出了更高要求；

2、现有锅炉通常在蒸汽流程的中间位置设置喷水减温器，通过向高温蒸汽喷入减温水，直接改变减温器出口或其下游中间位置蒸汽的温度和比焓，并经后续受热面的继续吸热过程间接影响最终汽温，因此，减温水调节的直接对象并非最终主汽或再热蒸汽温度，而是减温器所在位置及其下游相关蒸汽段的汽温状态；

3、传统比例积分微分控制或固定参数控制多基于常规负荷工况整定，难以适应深度调峰过程中的动态热惯性和传热特性变化，特别是在升负荷阶段，受燃烧放热增强、受热面蓄热变化以及蒸汽流量增加等因素共同影响，减温器前后汽温与后续汽温之间存在明显的传递滞后，仅依据当前温度偏差进行喷水调节，容易出现喷水指令与实际热负荷变化不匹配的情况，造成喷水滞后、提前或过量，减温水使用不合理会降低局部蒸汽温度和比焓，增加后续受热面的再加热负担，并造成蒸汽温度波动、局部温差增大以及受热面金属热应力波动，不利于机组安全、稳定和经济运行；

4、此外，受燃烧组织、烟气流动及受热面吸热不均匀影响，不同区域蒸汽温度存在差异，现有统一喷水控制方式难以实现各喷淋区域的合理分配，因此，需要一种能够实时预测动态热惯性、并对总喷水量与分区喷水量进行协同优化的方法，以提高深度调峰过程中汽温调节的准确性和响应速度。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法，控制方法嵌入现有锅炉分散控制系统或独立控制单元中运行，对减温器所在蒸汽段及其下游汽温状态进行预测与调节；

3、包括如下步骤：

4、步骤一，运行数据采集与融合；

5、步骤二，动态热惯性预测建模；

6、步骤三，多层次补偿控制计算；

7、步骤四，空间分区喷雾调控；

8、步骤五，自进化参数优化机制；

9、步骤六，执行与闭环修正。

10、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述步骤一，采集锅炉减温系统及相关蒸汽流程的运行参数，包括蒸汽温度、蒸汽流量、锅炉负荷、燃烧速率、减温水温度及压力在内的数据；

11、其中，蒸汽温度用于表征减温器所在蒸汽段及其下游相关位置的汽温状态，各参数经过处理后形成综合运行状态向量，为热惯性预测提供输入基础。

12、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述步骤二，基于蒸汽瞬时比焓变化率与负荷加速度建立变时滞非线性热惯性预测模型，变时滞非线性热惯性预测模型根据运行工况实时修正时间滞后系数，自动计算减温作用向下游传递过程中的温度响应滞后时间，并预测未来时刻相关蒸汽段温度，实现汽温变化趋势的提前估算。

13、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述变时滞非线性热惯性预测模型采用可在线更新的变时滞计算方式，通过引入比焓变化率与负荷加速度，实现预测滞后时间的自适应修正；

14、根据负荷加速度实时调整温度响应滞后时间，用于表征减温器所在蒸汽段至其下游目标监测位置之间的动态热惯性及温度传递滞后。

15、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述步骤三，根据预测温度与目标汽温计算理论减温水量、温度偏差修正量、稳定抑制修正量，合成控制信号，以调节减温器所在蒸汽段及其下游汽温状态；

16、具体采用预测前馈层、差值修正层和稳定抑制层三层协同控制结构：

17、预测前馈层：根据减温器所在蒸汽段或其下游目标监测位置的预测温度 计算基础喷水量；

18、差值修正层：根据目标汽温与预测温度之间的偏差计算修正量；

19、稳定抑制层：根据喷雾执行滞后和水路惯性调整修正量；

20、综合得到最终控制指令，用于调节减温器所在蒸汽段及其下游汽温状态。

21、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述步骤四，将喷嘴阵列按蒸汽流场划分为多个独立控制分区，各分区内设置温度检测点阵、、……，控制器根据各区温度偏差计算权重，并按下式分配各分区喷水量：

22、；

23、根据减温器下游相关蒸汽段的温度检测点阵、、……的分布结果，采用区域加权算法对各喷嘴区喷量进行独立调节，以实现相关蒸汽段温度场的均匀分布；

24、并通过多通道比例阀独立控制各喷嘴区喷量，根据蒸汽出口温差自动优化分区权重，实现温度场均匀化与节水控制。

25、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述步骤五，基于长期运行数据对预测模型修正系数和分区权重模型进行自学习与优化更新；

26、当锅炉负荷、燃煤特性或环境条件变化时，系统自动迁移模型参数，无需人工重新整定。

27、作为本发明的一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法优选技术方案，所述步骤六，将最终控制指令输出至分区比例阀和喷嘴执行机构，并采集执行反馈信号和相关蒸汽出口温度反馈信号，实时修正预测模型与控制参数，形成预测—控制—反馈—修正的闭环动态更新机制。

28、与现有技术相比，本发明提供了一种面向深度调峰大型电站锅炉的动态热惯性预测与分区喷雾减温控制方法，具备以下有益效果：

29、1、通过建立基于蒸汽比焓变化率与负荷加速度的动态热惯性预测模型，实现蒸汽温度响应滞后时间的自适应修正，使喷淋减温控制具备提前预测与主动补偿功能，且通过多层协同控制结构将预测前馈、差值修正和稳定抑制相结合，可在机组负荷变化时快速计算并修正目标喷水量，降低减温器所在蒸汽段及其下游汽温的超调与欠调，并通过后续受热面的传热过程减小最终汽温波动，采用分区喷雾调控算法，根据蒸汽温度场分布自动调整各喷嘴区的喷量，实现温度场的均匀分布，防止局部过冷或过热。

30、2、通过引入自进化学习模块，使控制系统能够依据运行历史数据自动优化控制参数，提高控制系统对不同负荷和燃烧条件的适应能力，同时无需改变原有喷淋减温器的硬件结构即可实施，具有算法简单、响应快速、控制精度高、结构兼容性好的优点，可显著提高超临界锅炉深度调峰过程中的汽温调节稳定性与经济性。

31、综合上述，通过建立蒸汽热惯性动态预测模型，结合负荷变化趋势提前计算目标喷水量，并根据蒸汽温度空间分布实现喷嘴分区自适应调节，从而实现减温器所在蒸汽段及其下游汽温的快速、平稳、精确调节，并通过后续受热面的传热过程对最终汽温变化趋势产生协调作用，能够提高深度调峰条件下汽温调节的精度与响应速度，减少喷淋水耗，降低受热面热应力波动，具有算法简洁、适应性强、可直接嵌入现有锅炉控制系统的优点。