用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统，该燃料供给控制系统尤其适用于西门子p3000控制优化系统的新协调控制优化单元(nucc)。


背景技术：

2.在火力发电厂中通常使用火力发电机组进行发电，火力发电机组通常以煤炭等作为燃料，通过燃烧对锅炉内的水进行加热。水在锅炉中被加热成蒸汽，高温高压高速的蒸汽再通过蒸汽管道进入汽轮机中。高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机发电。
3.发电量用百分比表示，该百分比意味着实际发电量占该机组满负荷发电时的发电量的百分比。在此，将机组满负荷发电量规定为100％。机组发电量大于80％称为高负荷段，50～80％称为中负荷段，小于50％称为低负荷段。以前火力发电机组大多在高负荷段运行。随着新能源发电的发展，现在越来越多地采用太阳能(光伏)、风力和潮汐等发电。因此，现今对火力发电机组发电量的需求相对减小，火力发电机组目前也经常需要在中、低负荷段中运行。
4.因此，电网给火力发电机组的负荷需求指令就从以前的高负荷段向高、中、低负荷段扩展。已知的是，基于锅炉汽机模型来控制火力发电机组的运行。在该锅炉汽机模型中决定控制效果的关键参数是蒸汽响应时间常数和蓄热时间常数。采用恒定不变的常数作为特性时间参数只能适应于很小的发电量变化范围(比如高负荷段)。由于过去火力发电机组大多在高负荷段中运行，因此这种恒定常数的特性时间参数能够基本满足火力发电机组的运行。
5.但是随着对火力发电机组的发电量的需求减小，目前需要火力发电厂中的火力发电机组也在中、低负荷段中运行。如果针对火力发电机组在高、中、低全负荷段中运行都使用恒定不变的常数作为特性参数，那么将导致对火力发电机组的控制效果下降并进而影响电网安全稳定运行。因此，恒定不变的蒸汽响应时间常数和蓄热时间常数已经不能适应火力发电机组的全负荷段运行的要求。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是，针对火力发电机组在高、中、低全负荷段中的运行始终使用恒定不变的常数作为特性时间参数使得对火力发电机组的控制效果变差并进而影响电网安全稳定运行。
7.本实用新型提供了一种用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统，该用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统将在锅炉汽机模型中决定控制效果的恒定不变的蒸汽响应时间常数和蓄热时间常数改进为随着火力发电机组负荷需求的变化而变化的蒸汽响应时间变量和蓄热时间变量。由此可根据不同的机组负荷采用最合适的时间参数来控制机组运行，从而提高了在火力发电机组的高、中、低全负荷段中的控制品质，进
而保证电网安全稳定运行。
8.本实用新型提供了一种用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统，所述燃料供给控制系统包括：
9.接收和换算单元，所述接收和换算单元接收电网对火力发电机组的发电量需求信号并且根据接收到的发电量需求信号确定发电量需求数值；
10.参数确定单元，所述参数确定单元与所述接收和换算单元连接并且从所述接收和换算单元接收发电量需求数值，所述参数确定单元通过将所述发电量需求数值与所述参数确定单元中存储的发电量
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时间参数对应数据比较确定与所述发电量需求数值对应的时间参数，所述时间参数包括蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数；
11.通信和输出单元，所述通信和输出单元与所述接收和换算单元和所述参数确定单元连接并且从所述接收和换算单元接收发电量需求数值以及从所述参数确定单元接收时间参数，所述通信和输出单元将发电量需求数值和时间参数发送给外部并且从外部接收由外部基于所述发电量需求数值和时间参数确定的满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量，所述通信和输出单元输出所述燃料量以使所述火力发电机组基于所述燃料量运行，
12.所述参数确定单元包括：
13.蒸汽响应时间变量子单元，所述蒸汽响应时间变量子单元从所述接收和换算单元接收发电量需求数值并且通过将所述发电量需求数值与所述蒸汽响应时间变量子单元中存储的发电量
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蒸汽响应时间参数对应数据比较确定与所述发电量需求数值对应的蒸汽响应时间参数，所述蒸汽响应时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量；
14.蓄热时间变量子单元，所述蓄热时间变量子单元从所述接收和换算单元接收发电量需求数值并且通过将所述发电量需求数值与所述蓄热时间变量子单元中存储的发电量
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蓄热时间参数对应数据比较确定与所述发电量需求数值对应的蓄热时间参数，所述蓄热时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量。
15.根据本方案提供了一种用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统，其中，在锅炉汽机模型中决定控制效果的特性参数蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数能够随所述火力发电机组负荷需求的变化而变化，由此能够使蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数适用于火力发电机组的高、中、低全负荷段，并且在高、中、低全负荷段中实现高的控制品质。
16.根据一种实施方式，所述燃料供给控制系统具有与所述通信和输出单元连接并且接收来自所述通信和输出单元输出的燃料量的执行单元，所述执行单元基于所述燃料量使所述火力发电机组基于所述燃料量运行。
17.根据一种实施方式，所述参数确定单元包括修正子单元，所述修正子单元与所述蒸汽响应时间变量子单元连接以修正所述蒸汽响应时间参数，所述修正子单元通过将由外部给定的总风量需求数值和给定的总风量变化率需求数值中的至少一种与所述修正子单元中存储的总风量
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修正系数对应数据或总风量变化率
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修正系数对应数据比较确定与所述总风量的需求数值或总风量变化率的需求数值对应的修正系数，所述修正系数与所述蒸汽响应时间参数的乘积作为修正的蒸汽响应时间参数并且通过所述参数确定单元发送给所述通信和输出单元。
18.通过上述修正系数对随着所述火力发电机组负荷需求的变化而变化的蒸汽响应时间参数进行修正，可进一步提高在火力发电机组的高、中、低全负荷段中的控制品质。
19.根据一种实施方式，所述参数确定单元包括蒸汽压力变量设定子单元，所述蒸汽压力变量设定子单元与所述接收和换算单元连接并且从所述接收和换算单元接收发电量需求数值，所述蒸汽压力变量设定子单元通过将所述发电量需求数值与所述蒸汽压力变量设定子单元中存储的发电量
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蒸汽压力参数对应数据比较确定与所述发电量需求数值对应的蒸汽压力参数，所述通信和输出单元从所述参数确定单元接收蒸汽压力参数并且将蒸汽压力参数发送给外部并且从外部接收在考虑到所述蒸汽压力参数的情况下确定的满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量。
附图说明
20.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。
21.其中，
22.图1为本实用新型的用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统的原理图，
23.图2为本实用新型的用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制方法的流程图。
24.附图标记列表
25.n 电网
26.m1 接收和换算单元
27.m2 参数确定单元
28.m21 蒸汽响应时间变量子单元
29.m22 蓄热时间变量子单元
30.m5 修正子单元
31.m6 蒸汽压力变量设定子单元
32.p 通信和输出单元
33.k 修正系数
34.y 满足火力发电机组发电量需求的燃料量
35.l 给定的总风量需求数值
36.e 外部(云)
37.s1 第一步骤
38.s2 第二步骤
39.s3 第三步骤
具体实施方式
40.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
41.本实用新型提供了一种用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统。该燃
料供给控制系统尤其适用于西门子p3000控制优化系统的新协调控制优化单元nucc。该燃料供给控制系统用于根据电网n对火力发电机组的发电量需求计算出该机组实现该发电量需求应使用的燃料量y。
42.如图1所示，用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统包括接收和换算单元m1、参数确定单元m2和通信和输出单元p。
43.电网n根据一地区的实际用电量需求、基于该地区现有发电厂的火力发电机组的发电能力以及火力发电机组的数量为各个火力发电机组分配其对应的负荷需求(例如负荷指令)。因此，接收和换算单元m1接收电网n为该火力发电机组分配的负荷需求。在此，接收和换算单元m1接收电网(n)对火力发电机组的发电量需求信号并且根据接收到的发电量需求信号确定发电量需求数值。
44.参数确定单元m2与所述接收和换算单元m1连接并且从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值，所述参数确定单元通过将所述发电量需求数值与所述参数确定单元m2中存储的发电量
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时间参数对应数据进行比较，从而确定与所述发电量需求数值对应的时间参数，所述时间参数包括蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数。所述存储的发电量
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时间参数对应数据尤其是时间参数随发电量变化的曲线。所述时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量。
45.参数确定单元m2包括蒸汽响应时间变量子单元m21和蓄热时间变量子单元m22。
46.蒸汽响应时间变量子单元m21与所述接收和换算单元m1连接。蒸汽响应时间变量子单元m21从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值并且通过将所述发电量需求数值与所述蒸汽响应时间变量子单元m21中存储的发电量
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蒸汽响应时间参数对应数据进行比较，然后确定与所述发电量需求数值对应的蒸汽响应时间参数，所述蒸汽响应时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量。例如，一机组当前发电量为其满负荷发电量的50％，在所述接收和换算单元m1从所述电网n接收到该机组需要将发电量增大到其满负荷发电量的80％时，此时必须为该机组增加燃料以提高发电量。此时，蒸汽响应时间表示增加燃料开始至产生新增蒸汽的时间。又例如，一机组当前发电量为其满负荷发电量的50％。在所述接收和换算单元m1从所述电网n接收到该机组需要将发电量减小到其满负荷发电量的30％时，此时必须为该机组减少燃料以降低发电量。此时，蒸汽响应时间表示自减少燃料开始至蒸汽量降低的时间。
47.蓄热时间变量子单元m22与所述接收和换算单元m1连接。蓄热时间变量子单元m22从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值并且通过将所述发电量需求数值与所述蓄热时间变量子单元m22中存储的发电量
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蓄热时间参数对应数据比较确定与所述发电量需求数值对应的蓄热时间参数，所述蓄热时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量。该蓄热时间参数与机组蓄热能力相关并且还与蒸汽压力和/或蒸汽温度以及相关机组设备有关。
48.通信和输出单元p与所述接收和换算单元m1和所述参数确定单元m2连接并且从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值以及从所述参数确定单元m2接收时间参数，所述通信和输出单元p将发电量需求数值和时间参数发送给外部e并且从外部e接收由外部基于所述发电量需求数值和时间参数确定的满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量y，所述通信和输出单元p输出所述燃料量y以使所述火力发电机组基于所述燃料量y运行。具体
而言，通信和输出单元p根据所述接收和换算单元m1接收到的发电量需求信号以及由所述蒸汽响应时间变量子单元m21得出的蒸汽响应时间参数和由蓄热时间变量子单元m22得出的蓄热时间参数借助外部e得到满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量y。外部e例如为具有巨大的存储和计算能力的云。
49.该用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统采用随着机组负荷需求的变化而变化的蒸汽响应时间变量以及随着机组负荷需求的变化而变化的蓄热时间变量，由此可根据不同的机组负荷采用最合适的时间参数来控制机组运行，从而能够使蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数适用于火力发电机组的高、中、低全负荷段，并且提高了在火力发电机组的高、中、低全负荷段中的控制品质。
50.所述参数确定单元m2包括修正子单元m5，所述修正子单元与所述蒸汽响应时间变量子单元m21连接以修正所述蒸汽响应时间参数，所述修正子单元通过将由外部给定的总风量需求数值l和给定的总风量变化率需求数值中的至少一种与所述修正子单元m5中存储的总风量
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修正系数对应数据或总风量变化率
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修正系数对应数据进行比较，并且确定与所述总风量的需求数值或总风量变化率的需求数值对应的修正系数k，所述修正系数k与所述蒸汽响应时间参数的乘积作为修正的蒸汽响应时间参数并且通过所述参数确定单元m2发送给所述通信和输出单元p。该修正系数用于修正蒸汽响应时间参数。例如在煤量不变的情况下，如果风量和/或风速增加，则燃料的燃烧变快，则燃烧相同的燃料量所需的时间缩短，因此蒸汽响应时间则变小。
51.影响风速的因素例如有，燃料量的变化、炉膛负压的变化以及输送风的管道是否有堵塞或泄漏等。
52.所述参数确定单元m2包括蒸汽压力变量设定子单元m6，所述蒸汽压力变量设定子单元与所述接收和换算单元m1连接并且从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值，所述蒸汽压力变量设定子单元m6通过将所述发电量需求数值与所述蒸汽压力变量设定子单元中存储的发电量
‑
蒸汽压力参数对应数据比较确定与所述发电量需求数值对应的蒸汽压力参数，所述通信和输出单元p从所述参数确定单元m2接收蒸汽压力参数并且将蒸汽压力参数发送给外部e并且从外部e接收在考虑到所述蒸汽压力参数的情况下确定的满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量y。由此可在通信和输出单元计算满足所述机组发电量的燃料量y时考虑该蒸汽压力。从而进一步提高在火力发电机组的高、中、低全负荷段中的控制品质。
53.所述燃料供给控制系统具有与所述通信和输出单元p连接并且接收来自所述通信和输出单元p输出的燃料量y的执行单元，所述执行单元基于所述燃料量y使所述火力发电机组基于所述燃料量y运行。
54.图2示出了用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制方法，该方法通过上面所述的用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统实现。
55.参照图2，用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制方法包括以下步骤，
56.在步骤s1中，通过接收和换算单元m1接收电网n对火力发电机组的发电量需求信号，并且根据接收到的发电量需求信号确定发电量需求数值，
57.在步骤s2中，通过蒸汽响应时间变量子单元m21从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值并且比较发电量需求数值与所述蒸汽响应时间变量子单元m21中存储的发电
量
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蒸汽响应时间参数对应数据，确定与所述发电量需求数值对应的蒸汽响应时间参数，所述蒸汽响应时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量，并且通过蓄热时间变量子单元m22从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值并且比较所述发电量需求数值与所述蓄热时间变量子单元m22中存储的发电量
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蓄热时间参数对应数据，确定与所述发电量需求数值对应的蓄热时间参数，所述蓄热时间参数是随着所述火力发电机组发电量需求数值的变化而变化的变量，
58.在步骤s3中，通过通信和输出单元p从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值以及从所述蒸汽响应时间变量子单元m21接收蒸汽响应时间参数和从所述蓄热时间变量子单元m22接收蓄热时间参数并且将所述发电量需求数值以及蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数发送给外部e，经由所述通信和输出单元p再次从外部e接收由外部基于所述发电量需求数值以及蒸汽响应时间参数和蓄热时间参数确定的满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量y，然后通过所述通信和输出单元p输出所述燃料量y以使所述火力发电机组基于所述燃料量y运行。
59.在该用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制方法中采用随着机组发电量需求数值的变化而变化的蒸汽响应时间变量以及随着机组发电量需求数值的变化而变化的蓄热时间变量，由此可根据不同的机组负荷采用最合适的时间参数来控制机组运行，从而提高了在火力发电机组的高、中、低全负荷段中的控制品质。
60.额外地，在所述步骤s2中，通过修正子单元m5比较从外部接收的给定的总风量需求数值l和给定的总风量变化率需求数值中的至少一种与所述修正子单元m5中存储的总风量
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修正系数对应数据或总风量变化率
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修正系数对应数据，并且确定与所述总风量需求数值和/或总风量变化率需求数值对应的修正系数k，将所述修正系数k与所述蒸汽响应时间参数的乘积作为修正的蒸汽响应时间参数并且通过所述参数确定单元m2发送给所述通信和输出单元p。
61.额外地，在步骤s3之前，通过蒸汽压力变量设定子单元m6从所述接收和换算单元m1接收发电量需求数值并且比较所述发电量需求数值与所述蒸汽压力变量设定子单元中存储的发电量
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蒸汽压力参数对应数据以及确定与所述发电量需求数值对应的蒸汽压力参数，然后，在步骤s3中通过所述通信和输出单元p接收蒸汽压力参数并且将所述蒸汽压力参数发送给外部e，然后由所述通信和输出单元p从外部e接收在考虑到所述蒸汽压力参数的情况下确定的满足所述火力发电机组发电量需求的燃料量y。
62.用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制方法具有根据本实用新型的用于火力发电机组的全负荷段的燃料供给控制系统的所有优点。
63.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
64.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。