[发明专利]基于能量平衡的整体煤气化联合循环电站协调控制方法

说明书

技术领域

本发明属于设备控制技术领域，特别涉及一种整体煤气化联合循环电站的协调控制方法。

背景技术

整体煤气化联合循环发电技术是煤气化技术与燃气-蒸汽联合循环技术相结合的新型发电技术，相对于常规燃煤发电机组，具有污染物排放少并且效率高的优点，是具有广泛应用前景的洁净煤发电技术。

整体煤气化联合循环发电技术包括煤气化工艺过程和燃气-蒸汽联合循环工艺过程，整个电站涉及设备数量众多，工艺过程涉及到多种非常复杂的物理化学过程，时间常数相差大，特别是气化炉系统，其控制方案的理论研究和工程应用均不成熟。从发展趋势来看，IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle，整体煤气化联合循环发电）电站也需要承担电网调峰任务，要求IGCC电站与常规燃煤电站一样，能够在进行快速的负荷响应的同时保证机组稳定运行。在IGCC电站中，包含了气化岛和动力岛这两个时间常数差异巨大的子系统，给控制系统的设计造成了很大的困难，设计合理的IGCC电站协调控制系统，保证系统较快的负荷响应速度并维持系统稳定，对于清洁高效的IGCC电站的广泛推广应用具有重要意义。

目前国内外对整体煤气化联合循环电站的协调控制系统的研究较少，基本上只是采用常规的单回路比例积分微分对气化炉和燃气轮机进行单独控制，未实现对动力岛和气化岛的解耦控制，对时间常数差异巨大的动力岛和气化岛控制的协调性较差，控制效果较差。

发明内容

技术问题：本发明针对现有整体煤气化联合循环电站控制技术的不足，提出一种基于能量平衡的整体煤气化联合循环电站的协调控制方法，实现负荷的快速自动调节，且保证电站安全稳定运行。

该方法主要基于能量平衡原理，计算气化炉热量信号和燃气轮机能量信号，通过调节气化炉和燃气轮机，使整个系统消耗的能量等于输入的热量，设置协调控制器和子控制器，可以非常方便地在现有单片机、可编程控制器和分散控制系统等控制平台上进行工程实施。

技术方案：本发明提供了一种基于能量平衡的整体煤气化联合循环电站的协调控制方法，该方法基于能量平衡原理，设置有协调控制器、气化岛子控制器及动力岛子控制器，协调控制器采集现场实时信号，分别计算气化炉的热量信号和燃气轮机的能量信号，产生动力岛主控指令和气化岛主控指令送至子控制器，子控制器负责本系统内各被控变量的调节，通过分别调节气化炉和燃气轮机，使热量信号跟踪能量信号，同步地对燃气轮机功率及调门前压力进行控制，实现整体煤气化联合循环电站的协调控制。

燃气轮机的能量信号根据进入燃气轮机的煤气流量、煤气热值、气化炉压力通过特定的公式计算得到。气化炉的热量信号根据进入燃气轮机的煤气流量、煤气热值、燃气轮机前压力设定值和燃气轮机前压力实测值通过特定的公式计算得到。

燃气轮机主要负责调节实发功率跟踪负荷给定值，其调门控制采用前馈加反馈的控制方法，反馈控制采用比例积分微分控制器，其入口偏差为经过处理的机组负荷指令与实发功率的差值；燃气轮机前压力设定值与压力实测值差值经过折线模块计算后结果作为前馈信号输入，可用于极端情况下辅助调压。动力岛子控制器还负责对蒸汽轮机调门的控制。

气化炉主要负责调节燃气轮机机前燃气压力，采用比例积分微分控制器，其入口偏差为燃气轮机能量信号与气化炉热量信号的差值。气化岛子控制器还负责对气化炉热值、料位和温度等参数的控制。

上述控制方法均采用常规控制算法模块，如加法、乘法、除法、一阶惯性、折线和比例积分微分等模块，采用单回路反馈控制算法结合前馈控制算法，可以方便地在现有单片机、可编程控制器和分散控制系统等平台实施，易于推广应用。

有益效果：采用本发明中公开的整体煤气化联合循环电站的协调控制方法对电站进行协调控制，具有以下有益的效果：

⑴根据能量平衡原理进行调节器结构设计，可以最大程度地实现对动力岛和气化岛的解耦控制，协调不同时间常数的设备运行，在保证系统稳定安全的前提下，使电站实发功率快速跟踪外界负荷指令，提高整体煤气化联合循环电站自动投入率和控制品质，可以有效减轻运行人员的劳动强度；

⑵整个控制系统基于能量平衡原理，且控制方案的实施均采用常规的比例积分微分控制规律，加以必要的前馈调节器等，电站运行人员和技术人员容易理解和接受，并且可以很方便地在现有控制系统软硬件平台上实施、修改和维护，易于推广应用。

附图说明

图1是整体煤气化联合循环电站的协调控制系统整体结构图；

图2是气化岛子控制器控制策略示意图；