[发明专利]整体煤气化联合循环电站的协调控制方法

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一种结合了煤气化技术与燃气-蒸汽联合循环技术的新型发电技术，由于其煤气化阶段设计的特殊的污染物脱除工艺以及燃气-蒸汽联合循环系统对能量的梯级利用特性，因此相对于常规火力发电机组，整体煤气化联合循环发电具有污染物排放少并且发电效率高的优点，是具有广泛应用前景的洁净煤发电技术，目前国内外对其相关技术的研究已成为热点，我国已将IGCC技术的研究列入国家高技术研究发展计划(863计划)，在十一五期间完成多个示范工程。

整体煤气化联合循环发电技术结合了煤气化技术和燃气-蒸汽联合循环技术，因此整个电站涉及设备数量众多，许多设备又涉及到多种非常复杂的物理化学过程，时间常数相差也很大，而目前大战中的许多设备，特别是气化炉系统，其理论研究和工程应用均不成熟。从发展趋势来看，与常规火力发电机组一样，IGCC电站也需要承担电网调峰任务，而不是承担基本负荷，这就要求IGCC电站与常规燃煤电站一样，能够在保证机组稳定运行的条件下进行快速的负荷响应。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基本没有报道，更加没有形成详细的控制方法详细介绍以及控制器参数调节等详细实施步骤。

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，提出一种整体煤气化联合循环电站的协调控制方法，在保证电站稳定的条件下，实现负荷的快速自动调节，该方法设置主控制器和子控制器，控制功能逻辑划分清楚且贴近实际，可以非常方便地在现有控制系统软硬件平台上进行工程实施。

技术方案：该方法针对整体煤气化联合循环电站设备繁多且各设备时间常数相差巨大的特点，通过对电站主要被控对象模型的建立以及时间常数分析，针对性地建立了一种协调控制方法，该方法采用梯级分层控制系统结构，设置有上层的主控制器即协调控制器和下层的子控制器即包括气化岛子控制器和动力岛子控制器，由主控制器进行主控指令的运算并传递给下层子控制器进行相应设备的控制，下层子控制器还负责系统内各自其他主要被控变量的调节；该控制方法协调电站气化岛和动力岛各设备的运行，在保证电站稳定和安全的前提下实现电站负荷自动调节；该方法整个过程分为具有如下特征的控制器结构设计和控制器参数调整两个阶段：

在控制器结构设计过程中，首先对电站各主要设备确定被控量和操纵变量，然后对个设备每一个输入通道进行稳定工况下的扰动试验，拟合各个设备模型，并确定各设备时间常数，根据设备模型，设计子系统的控制系统；在设计完成气化岛和动力岛的子控制器后，根据两种主控制器协调控制方案，选择相应的操纵变量和被控变量配对关系，设计上层的协调控制系统，接收外界负荷指令以及机组实发功率、电站煤气压力反馈和当前电站设备状态信号，进行煤气压力设定，经过主控制器的运算，输出指令至下层的子控制器，协调气化岛和动力岛的运行；

在协调控制方法参数调整过程中，首先根据气化岛和动力岛的数学模型(特别是其时间常数)以及各自子控制器的控制结构，按照工程整定方法进行控制器参数的调整，然后将各控制回路逐一投入闭环运行，进行设定值阶跃扰动试验，再对调节器参数进行细调；在气化岛和动力岛子控制器参数调整完成后，进行主控制器即协调控制器参数的调节，将子控制器投入自动，使用工程整定法进行负荷和压力主调节器参数以及主控制回路中的前馈控制器参数的整定，后将主控制器也投入自动，通过阶跃扰动实验进行参数细调，最终完成整个系统控制系统参数的调节。

所述的主控制器两种不同的协调控制方案具体为：

①采用气化岛进行电站煤气压力P_GAS的调节，而采用动力岛进行电站负荷N_E的调节，快速进行负荷调节，并且在压力调节中加入机组负荷指令N₀的比例加微分前馈信号，以保证煤气压力调节的快速性，这种方法称为以气化岛跟随为基础的协调控制方法；