一種火力發電機組的AGC功能遠程優化系統及方法與流程

本發明屬于發電機組領域，尤其涉及一種火力發電機組的AGC功能遠程優化系統及方法。

背景技術：

電力調度中心要求大型火力發電機組必須具備自動發電控制(AGC)功能，并對其AGC性能指標進行相應的考核。實際生產過程中，火力發電機組的AGC控制邏輯是設計在發電廠的分散控制系統(DCS)上，通過RTU裝置與電力調度中心通訊。電力調度中心通過RTU裝置向火力發電機組發送AGC指令，并通過RTU收到該火力發電機組返回的實際功率。當火力發電機組的AGC功能因故障被迫退出或投入時不能滿足電網要求時，需要在發電廠的DCS上檢查控制邏輯，并調整和優化AGC控制方案和控制器參數設置。發電廠通常處在郊區，由于自身技術力量薄弱，一旦廠內技術人員解決不了該問題，往往需要等待較長時間再由其他科研單位的技術人員奔赴現場進行相應的技術調整和指導，既不能保證火力發電機組的AGC控制品質，也不利于提高技術服務的及時性和滿意度。

技術實現要素：

為了解決現有技術的缺點，本發明的第一目的是提供一種火力發電機組的AGC功能遠程優化系統。

本發明的一種火力發電機組的AGC功能遠程優化系統，包括：

PID控制器，用于根據機組負荷誤差值及預設的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值；所述機組負荷誤差值為AGC負荷設定值與機組實際負荷值的差值；

數據采集裝置，其用于實時采集火力發電機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，并傳送至遠程數據中心服務器；

所述遠程數據中心服務器，其用于選取一定時間段內的機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，進一步建立火力發電機組的一階模型；再基于火力發電機組的一階模型，利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定；最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器；

所述PID控制器，還用于根據整定后的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值，最終實現火力發電機組的AGC功能遠程優化。

本發明的該火力發電機組的AGC功能遠程優化系統，利用數據采集裝置將火力發電機組的運行數據接入一個遠程數據中心服務器內，基于傳輸得到的火力發電機組的運行數據，對火力發電機組進行數學建模，并且利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定，最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器參數對發電機組負荷進行控制，最終實現對火力發電機組AGC功能的遠程優化，大大節省了技術人員跑現場的時間，同時提高了技術服務的及時性和滿意度。

優選地，遠程數據中心服務器被配置為：利用最小二乘法對火力發電機組建立一階模型。其中，一階數學模型能很好地反映絕大多數工業過程對象的響應特征。最小二乘法通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函數匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，并使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小。基于建立的一階數學模型，利用內模控制算法對PID控制器參數進行優化，

進一步地，數據采集裝置與火力發電機組一一對應。本發明的遠程數據中心服務器可以接入區域內多臺發電機組，便于區域內多臺發電機組進一步的數據挖掘，開展多臺機組協同控制技術等更進一層次的技術研究。

進一步地，遠程數據中心服務器還與預警裝置相連，用于預警火力發電機組的異常運行狀態。

本發明的第二目的是提供一種火力發電機組的AGC功能遠程優化方法。

本發明的一種火力發電機組的AGC功能遠程優化方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)：PID控制器根據機組負荷誤差值及預設的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值；

步驟(2)：數據采集裝置實時采集機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，并傳送至遠程數據中心服務器；

步驟(3)：遠程數據中心服務器選取一定時間段內的機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，進一步建立火力發電機組的一階模型；再根據火力發電機組的一階模型以及內模控制算法，對預設的PID控制器參數進行整定；最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器；

步驟(4)：PID控制器根據整定后的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值，最終實現火力發電機組AGC功能的遠程優化控制。

本發明的該火力發電機組的AGC功能遠程優化方法，將火力發電機組的運行數據接入一個遠程數據中心服務器內，基于傳輸得到的火力發電機組的運行數據，對火力發電機組進行數學建模，并利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定，最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器參數對發電機組負荷進行控制，最終實現對火力發電機組AGC功能的遠程優化和維護，通過遠方計算和調整，節省大量的人力、物力成本，提高技術服務的及時性；通過遠方數據接入，可實現對機組運行數據的在線監測，在異常時可以及時發現，進行預警。

優選地，在步驟(3)中，遠程數據中心服務器利用最小二乘法對火力發電機組建立一階模型。其中，一階數學模型能很好地反映絕大多數工業過程對象的響應特征。最小二乘法通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函數匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，并使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小。

進一步地，該方法還包括：遠程數據中心服務器內還預設有機組負荷預警閾值，遠程數據中心服務器將接收的機組實際負荷值與預設的機組負荷預警閾值比較，并輸出預警信號至預警裝置，來預警火力發電機組的異常運行狀態。

本發明中的PID控制器的輸出值為控制火力發電機組實際負荷的汽輪機調門開度指令信號。

本發明的有益效果為：

(1)本發明的該火力發電機組的AGC功能遠程優化系統，利用數據采集裝置將火力發電機組的運行數據接入一個遠程數據中心服務器內，基于傳輸得到的火力發電機組的運行數據，對火力發電機組進行數學建模，并且利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定，最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器參數對發電機組負荷進行控制，最終實現對火力發電機組AGC功能的遠程調整和維護，大大節省了技術人員跑現場的時間，同時提高了技術服務的及時性和滿意度。

(2)本發明的遠程數據中心服務器可以接入區域內多臺發電機組，便于區域內多臺發電機組進一步的數據挖掘，開展多臺機組協同控制技術等更進一層次的技術研究。

(3)本發明的該火力發電機組的AGC功能遠程優化方法，將火力發電機組的運行數據接入一個遠程數據中心服務器內，基于傳輸得到的火力發電機組的運行數據，對火力發電機組進行數學建模，并利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定，最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器參數對發電機組負荷進行控制，最終實現對火力發電機組AGC功能的遠程優化和維護，通過遠方計算和調整，節省大量的人力、物力成本，提高技術服務的及時性；通過遠方數據接入，可實現對機組運行數據的在線監測，在異常時可以及時發現，進行預警。

附圖說明

圖1是火力發電機組的AGC控制回路原理圖；

圖2是本發明的火力發電機組的AGC功能遠程優化系統結構示意圖；

圖3(a)是某段時間的AGC負荷設定值和機組實際負荷值曲線；

圖3(b)是某段時間的PID控制器的輸出值曲線；

圖4是本發明的火力發電機組的AGC功能遠程優化方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明：

火力發電機組AGC控制方案如圖1所示，其中PV值是機組實際負荷，SP值是AGC負荷指令，OP值是PID控制器的輸出。AGC控制的目標是計算PV值和SP值的偏差，將該偏差送入PID控制器進行運算，PID控制器的輸出值(OP)改變火力發電機組的汽輪機調門開度，進而改變火力發電機組的實際負荷，來使得機組實際負荷值(PV)能夠跟蹤電力調度中心通過RTU裝置發送到發電廠的AGC負荷指令(SP)。

本發明中的PID控制器的輸出值為控制火力發電機組實際負荷的汽輪機調門開度指令信號。

圖2是本發明的一種火力發電機組的AGC功能遠程優化系統。如圖2所示的火力發電機組的AGC功能遠程優化系統，包括：

PID控制器，用于根據機組負荷誤差值及預設的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值；所述機組負荷誤差值為AGC負荷設定值與機組實際負荷值的差值；

數據采集裝置，其用于實時采集機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，并傳送至遠程數據中心服務器；

所述遠程數據中心服務器，其用于選取一定時間段內的機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，進一步建立火力發電機組的一階模型；再基于火力發電機組的一階模型，利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定；最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器；

所述PID控制器，還用于根據整定后的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值，最終實現火力發電機組的AGC功能遠程優化。

其中，遠程數據中心服務器基于選定時間段的機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，用最小二乘法對火力發電機組進行建立一階模型。根據研究和試驗表明，一階數學模型能很好的反映絕大多數工業過程對象的響應特征。一階模型的火力發電機組模型設為P(s)，P(s)可以寫成：

其中，參數K、T₁、θ分別代表傳遞增益系數、一階滯后時間常數和純延遲時間常數。

如圖3(a)和圖3(b)中的數據所代表的火力發電機組，火力發電機組的一階模型參數用最小二乘法可以計算得到：

即：K＝1.242,T₁＝12.27,θ＝4。

根據建模得到的一階模型，根據內模控制算法，對PID控制器參數進行整定。

PID控制器的公式是：

其中，參數K_p、T_i、T_d分別代表PID控制器的比例參數、積分參數和微分參數。

對于一階模型，內模控制算法整定PID控制器參數的公式是：

其中，唯一調整的參數是τ_c，表示期望的閉環時間常數(即0.25×閉環穩態時間)，用戶可以根據自身需要設置此參數。一旦此參數確定，PID控制器的三個參數K_p，T_i，T_d也隨之確定。如圖3所示的火力發電機組控制對象，如果確定閉環穩態時間為300秒，則相應計算得到的PID控制器參數為：

K_p＝0.125,T_i＝12,T_d＝0

計算得到一階模型和PID控制器參數，都可以通過遠程數據中心服務器發送至火力發電機組，供發電廠的技術人員參考執行。通過遠程方式進行指導和調整優化，可有效的解決現場技術力量薄弱、技術服務不及時的問題。

如圖2所示的火力發電機組的AGC功能遠程優化系統，數據采集裝置與火力發電機組一一對應。本發明的遠程數據中心服務器可以接入區域內1,2，...，N(N為正整數)臺發電機組，便于區域內多臺發電機組進一步的數據挖掘，開展多臺機組協同控制技術等更進一層次的技術研究。其中，數據采集裝置為現有技術。

進一步地，遠程數據中心服務器還與預警裝置相連，用于預警火力發電機組的異常運行狀態。

獲取機組負荷誤差值的方式可以多種方式或結構得到，下列舉出兩種具體實施方式：

一種利用減法器來計算得到機組負荷誤差值：

減法器用于接收數據采集裝置傳送來的AGC負荷設定值與機組實際負荷值，并將兩者作差，得到機組負荷誤差值后傳送至PID控制器。

另一種是采用微處理器計算得到機組負荷誤差值：

微處理器用于接收數據采集裝置傳送來的AGC負荷設定值與機組實際負荷值，并將兩者作差得到機組負荷誤差值后傳送至PID控制器。

微處理器可以采用單片機或PLC來實現，也可以采用現有的其他控制器芯片來實現。

本實施例的該火力發電機組的AGC遠程優化系統，利用數據采集裝置將火力發電機組的運行數據接入一個遠程數據中心服務器內，基于傳輸得到的火力發電機組的運行數據，對火力發電機組進行數學建模，并且利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定，最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器參數對發電機組負荷進行控制，最終實現對火力發電機組AGC功能的遠程優化和維護，大大節省了技術人員跑現場的時間，同時提高了技術服務的及時性和滿意度。

圖4是本發明的火力發電機組的AGC功能遠程優化方法流程圖，如圖4所示的火力發電機組的AGC功能遠程優化方法，包括：

步驟(1)：PID控制器根據機組負荷誤差值及預設的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值；

步驟(2)：數據采集裝置實時采集機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，并傳送至遠程數據中心服務器；

步驟(3)：遠程數據中心服務器選取一定時間段內的機組實際負荷值、AGC負荷設定值以及PID控制器的輸出值，進一步建立火力發電機組的一階模型；再根據火力發電機組的一階模型以及內模控制算法，對預設的PID控制器參數進行整定；最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器；

步驟(4)：PID控制器根據整定后的PID控制器參數來控制火力發電機組的實際負荷值，最終實現火力發電機組的AGC功能遠程優化。

優選地，在步驟(2)中，遠程數據中心服務器利用最小二乘法對火力發電機組建立一階模型。其中，一階數學模型能很好地反映絕大多數工業過程對象的響應特征。最小二乘法通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函數匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，并使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小。

進一步地，該方法還包括：遠程數據中心服務器內還預設有機組負荷預警閾值，遠程數據中心服務器將接收的機組實際負荷值與預設的機組負荷預警閾值比較，并輸出預警信號至預警裝置，來預警火力發電機組的異常運行狀態。

本實施例的該火力發電機組的AGC功能遠程優化方法，將火力發電機組的運行數據接入一個遠程數據中心服務器內，基于傳輸得到的火力發電機組的運行數據，對火力發電機組進行數學建模，并利用內模控制算法對預設的PID控制器參數進行整定，最后將整定后的PID控制器參數反饋至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器參數對發電機組負荷進行控制，最終實現對火力發電機組AGC功能的遠程優化和維護，通過遠方計算和調整，節省大量的人力、物力成本，提高技術服務的及時性；通過遠方數據接入，可實現對機組運行數據的在線監測，在異常時可以及時發現，進行預警。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。