一种光热电站协调运行控制方法及其系统与流程

1.本发明涉及光热发电技术领域，具体涉及一种光热电站协调运行控制方法及其系统。

背景技术：

2.光热发电是集光热转换发电、大规模热储能和同步机特性于一身的可再生能源发电方式，是未来可再生能源系统中最具发展与应用前景的发电技术之一。光热发电具有长时间储热能力且采用了传统的汽轮机-同步机发电技术，可满足现有交流同步系统的惯量支撑、故障穿越、电压/频率响应等技术要求，可为绿低碳电力系统提供可靠的保障与支撑，将在构建以新能源为主体的新型电力系统中发挥中坚作用。然而，由于我国光热基础研究尚处于起步阶段，现有基础理论与实际运维经验仍需完善，尤其是光热电站的运行控制方案尚有不足，无法充分发挥光热电站优良的动态响应与支撑能力，这将极大地降低光热电站的实际性能与阻碍光热发电技术的实际商业化推广。
3.针对上述问题，现有技术人员多聚焦于光热电站前端集热控制系统的性能提升与改进，而汽水系统及储热系统的控制方式多沿用传统火电机组控制技术。但在实际运行中，沿用传统火电控制系统的光热电站存在爬坡率偏低、汽压汽温波动大和熔盐流量配给不平衡等问题。为此，亟需一种匹配光热电站自身特点且能充分发挥其固有优势的协调运行控制方法。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种光热电站协调运行控制方法及其系统，以解决现有光热电站汽压汽温波动大和熔盐流量配给不平衡的问题。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.本发明提供一种光热电站协调运行控制方法，所述光热电站协调运行控制方法包括：
7.获取蒸汽发生器主控需求信号；
8.利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。
9.可选择地，所述蒸汽发生器主控需求信号通过以下方式得到：
10.获取外部负荷需求指令；
11.根据所述外部负荷需求指令，得到机组负荷需求信号和频率修正信号；
12.根据所述机组负荷需求信号，得到蒸汽发生器压力设定值；
13.根据所述机组负荷需求信号和所述频率修正信号，得到汽轮机误差信号；
14.根据所述蒸汽发生器压力设定值和所述汽轮机误差信号，生成蒸汽发生器初始主控需求信号；
15.利用前馈信号对所述蒸汽发生器初始主控需求信号进行调控，得到蒸汽发生器主
控需求信号。
16.可选择地，所述光热电站相关测量信息包括：
17.实测热盐温度和实测热盐质流量。
18.可选择地，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的热盐流量进行调控包括：
19.根据所述实测热盐温度和额定温度，得到热值修正信号；
20.利用所述热值修正信号对所述实测热盐质流量进行修正，得到修正后的质流量信号；
21.利用信号处理函数对所述蒸汽发生器需求主控信号进行处理，得到处理结果；
22.比较所述修正后的质流量信号和所述处理结果，得到质流量误差信号；
23.根据所述质流量误差信号，利用第一pi控制器，生成质流量控制信号；
24.根据所述质流量控制信号对热盐流量进行调控。
25.可选择地，所述光热电站相关测量信息还包括：过热蒸汽温度和再热蒸汽温度。
26.可选择地，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量进行调控包括：
27.利用偏置信号对所述实测热盐温度进行调控，得到调控后的热盐温度；
28.判断所述调控后的热盐温度是否在温度预设范围内，若是，利用所述调控后的热盐温度分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控；
29.否则，将所述温度预设范围的端点温度值分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控。
30.可选择地，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量进行调控还包括：
31.利用偏置信号对所述实测热盐温度进行调控，得到调控后的热盐温度；
32.判断所述调控后的热盐温度是否在温度预设范围内，若是，利用所述调控后的热盐温度分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控；
33.否则，利用扰动系数对所述调控后的热盐温度进行处理，得到处理后的热盐温度信号，将所述温度预设范围的端点温度值分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成初始冷盐泵控制信号，根据所述初始冷盐泵控制信号和所述处理后的热盐温度信号对冷盐流量进行调控。
34.可选择地，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的流量分配进行调控包括：
35.利用所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度对所述光热电站中的流量分配进行调控。
36.可选择地，所述利用所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度对所述光热电站中的流量分配进行调控包括：
37.根据所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度，得到温度差信号；
38.利用第三pi控制器将所述温度差信号生成过热器阀控制信号和再热器阀控制信号，其中，所述过热器阀控制信号和所述再热器阀控制信号为两个趋势相反的信号；
39.利用所述过热器阀控制信号和所述再热器阀控制信号实现对所述光热电站中的流量分配调控。
40.本发明还提供一种基于上述的光热电站协调运行方法的光热电站协调运行系统，所述光热电站协调运行系统至少包括：
41.主控需求信号获取装置，所述主控需求信号获取装置用于获取蒸汽发生器主控需求信号；
42.协调控制装置，所述协调控制装置用于利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。
43.本发明具有以下有益效果：
44.本发明不仅能够在维持主汽压力稳定的同时，充分发掘光热电站的快速负荷响应特性，更能够很好的克服熔盐温度和负荷需求等内部与外界扰动所带来的影响，实现熔盐流量和蒸汽温度的高效调控。
附图说明
45.图1为本发明光热电站协调运行控制方法的流程图；
46.图2为本发明蒸汽发生器主控需求信号的获取方式示意图；
47.图3为本发明热盐流量控制结构示意图；
48.图4为本发明冷盐流量控制结构示意图；
49.图5为本发明流量分配控制结构示意图；
50.图6为本发明电气功率和主蒸汽压力图；
51.图7为功率与汽压相对误差图；
52.图8为过热与再热蒸汽温度变化图。
具体实施方式
53.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
54.实施例1
55.本发明提供一种光热电站协调运行控制方法，参考图1所示，所述光热电站协调运行控制方法包括：
56.s1：获取蒸汽发生器主控需求信号；
57.可选择地，所述蒸汽发生器主控需求信号通过以下方式得到：
58.获取外部负荷需求指令；参考图2所示，本发明外部负荷需求信号包括agc负荷信号和手动信号等。
59.根据所述外部负荷需求指令，得到机组负荷需求信号和频率修正信号；
60.具体参考图2所示，agc负荷信号和手动信号经选择器处理后依次经过真服气、动态振幅器和动态速率限制器，得到经速率限制后的机组负荷需求信号
①
uld，系统频率偏移信号δf通过修正，得到频率修正信号
②
fcs。
61.根据所述机组负荷需求信号，得到蒸汽发生器压力设定值；
62.依然参考图2，一方面，本发明的机组负荷需求信号
①
uld通过查表后与偏置信号相加，得到的结果同时与压力设定模块的输出信号进入选择器，经选择器处理后经动态速率限制器处理，得到第一初始压力信号p0，第一初始压力信号p0与实测主蒸汽压力pm之差为蒸汽发生器压力设定值δp。
63.根据所述机组负荷需求信号和所述频率修正信号，得到汽轮机误差信号；
64.另一方面，机组负荷需求信号
①
uld通过时延处理，得到第二初始压力信号p0，同时，频率修正信号
②
fcs通过修正系数k，生成的结果与第二初始压力信号p0和实测电气功率pe，生成汽轮机误差信号δp。
65.根据所述蒸汽发生器压力设定值和所述汽轮机误差信号，生成蒸汽发生器初始主控需求信号；
66.蒸汽发生器压力设定值δp和汽轮机误差信号δp相加后经pid控制器处理，得到蒸汽发生器初始主控需求信号。
67.为了进一步考虑响应速度和抗扰能力，本发明考虑了前馈信号，包括机组负荷需求信号
①
uld、频率修正信号
②
fcs和温度信号等。值得一提的是，将进口侧熔盐温度作为前馈信号可以有效地减小热盐温度扰动对主蒸汽压力变化的影响。
68.利用前馈信号对所述蒸汽发生器初始主控需求信号进行调控，得到蒸汽发生器主控需求信号。
69.具体地，参考图2，分别对机组负荷需求信号
①
uld(同后面的sgs需求主控信号)、频率修正信号
②
fcs、给水温度、热罐中热盐温度进行不同的处理，并对各自对应的处理结果进行求和，生成的求和结果和蒸汽发生器初始主控需求信号进行相加，便得到蒸汽发生器主控需求信号。注意，前馈输入信号的预处理函数参数视实际情况而定，f(x)通常取一次函数。
70.在本发明中，动态限幅器的上下限分别由辅助设备的运行情况和热盐泵的最小运行出力决定。而速率限幅器的速率限制信号则根据热应力评估结果来确定。
71.s2：利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。
72.这里，需要说明的是，热盐流量控制的主要任务是根据蒸汽发生器需求主控信号来控制高温熔盐的质流量。为了考虑熔盐温度变化的影响，将测量得到的质流量信号通过实测盐温信号进行修正。
73.在本发明中，所述光热电站相关测量信息包括：实测热盐温度和实测热盐质流量。
74.在此基础上，参考图3所示，利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的热盐流量进行调控包括：
75.根据所述实测热盐温度t
hotsalt
和额定温度t
rated
，得到热值修正信号；
76.利用所述热值修正信号对所述实测热盐质流量m
hotsalt
进行修正，得到修正后的质
流量信号；
77.利用信号处理函数f(x)对所述蒸汽发生器需求主控信号(sgs需求主控信号)进行处理，得到处理结果；
78.比较所述修正后的质流量信号和所述处理结果(作差)，得到质流量误差信号；
79.根据所述质流量误差信号，利用第一pi控制器，生成质流量控制信号；
80.根据所述质流量控制信号对热盐流量进行调控，即控制热盐泵的开启或关闭或开启大小。
81.除此之外，本发明的光热电站相关测量信息还包括：过热蒸汽温度和再热蒸汽温度。
82.过热和再热蒸汽温度的有效控制是汽轮机高效运行的重要前提。稳定的蒸汽温度有利于实现更高的涡轮效率和降低汽轮机金属疲劳损坏风险。
83.在此基础上，参考图4所示，本发明利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量进行调控包括：
84.利用偏置信号对所述实测热盐温度进行调控，得到调控后的热盐温度；
85.这里，由于各种原因引起的，实测热盐温度和实际热盐温度之间通常会有不同，这里的不同一般称为热损，因此为了弥补热损信号对信号处理带来的影响，本发明引入偏置信号，相当于热损信号，使得调控后的热盐温度更加接近实际热盐温度。
86.判断所述调控后的热盐温度是否在温度预设范围内，若是，利用所述调控后的热盐温度分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控；
87.否则，将所述温度预设范围的端点温度值分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控。
88.具体地，只要储盐罐温度足够高，温度设定值就等于设计的额定温度，但如若热罐内的盐温达不到预期值，温度设定值则将被相应地限制到某一更低水平。
89.由此，在进行冷盐流量调控时，能够将热盐混合冷盐从而实现温度调节。
90.可选择地，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量进行调控还包括：
91.利用偏置信号对所述实测热盐温度进行调控，得到调控后的热盐温度；
92.判断所述调控后的热盐温度是否在温度预设范围内，若是，利用所述调控后的热盐温度分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控；
93.否则，利用扰动系数对所述调控后的热盐温度进行处理，得到处理后的热盐温度信号，将所述温度预设范围的端点温度值分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成初始冷盐泵控制信号，根据所述初始冷盐泵控制信号和所述处理后的热盐温度信号对冷盐流量进行调控。
94.这样，由于扰动系数k2的存在，调控后的热盐温度值经扰动系数k2进行调控处理，与初始冷盐泵控制信号同时作用，能够提升扰动速度。
95.可选择地，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的流量分配进行调控包括：
96.利用所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度对所述光热电站中的流量分配进行调控。
97.参考图5所示，所述利用所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度对所述光热电站中的流量分配进行调控以用于解决过热、再热蒸汽的温度不平衡问题，包括：
98.根据所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度，得到温度差信号；
99.利用第三pi控制器将所述温度差信号生成过热器阀控制信号和再热器阀控制信号，其中，所述过热器阀控制信号和所述再热器阀控制信号为两个趋势相反的信号/信号呈现出相反的趋势；
100.利用所述过热器阀控制信号和所述再热器阀控制信号实现对所述光热电站中的流量分配调控。
101.本发明还提供一种基于上述的光热电站协调运行方法的光热电站协调运行系统，所述光热电站协调运行系统至少包括：
102.主控需求信号获取装置，所述主控需求信号获取装置用于获取蒸汽发生器主控需求信号；
103.协调控制装置，所述协调控制装置用于利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。
104.实施例2：
105.本实施案例是在多云条件下开展的，为了进一步说明本发明提出控制方案的具体运行原理。此处给出图2-图5中的关键模块典型设定参数，并给出了典型参数设定下的控制效果。具体信息如表1和表2所示，参考图6所示，本实施例将测得的有功功率作为负荷需求输入信号，并选取协调模式为主控方式。最终得到的有功和压力控制效果如图7所示，可以看出整体功率和压力误差均在
±
1％以内，控制效果较好。如图8所示，熔盐温度在400s出现阶跃扰动，并从545℃上升至555℃。对于没有过热汽温控制的情况，过热蒸汽温度在几秒钟内迅速升高，这会威胁到过热器和其他组件的安全运行。相较之下，传统的喷水减温法和提出的冷盐调节方法均可在一段时间内将温度有效地控制在规定范围内，但前者即便采用级联控制也需要更多的时间(约800s)，而本发明提出的冷盐调节方法仅需200s左右。此外，为了消除传统喷水减温对热效率的影响，此处通过重新分配熔盐流量来调节再热蒸汽温度。在这种情况下，传统的喷水减温法可能导致如图8所呈现出的再热蒸汽的温度波动(从1800s到4400s)。至于汽包水位，它在温度阶跃初期有所增加，但随后迅速恢复到正常值。这样的结果表明温度前馈信号可以有效降低温度扰动对蒸汽发生器关键参数的影响。
106.综上所述，本发明提出的一种光热电站协调运行控制方法，其不仅能够在维持主汽压力稳定的同时，充分发掘光热电站的快速负荷响应特性，更能够很好的克服熔盐温度、负荷需求及给水量等内部与外界扰动所带来的影响，实现熔盐流量、蒸汽温度和汽包水位的高效调控。
107.表1主控系统关键模块典型参数
[0108][0109][0110]
表2子控系统关键模块典型参数
[0111][0112]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述光热电站协调运行控制方法包括：获取蒸汽发生器主控需求信号；利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。2.根据权利要求1所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述蒸汽发生器主控需求信号通过以下方式得到：获取外部负荷需求指令；根据所述外部负荷需求指令，得到机组负荷需求信号和频率修正信号；根据所述机组负荷需求信号，得到蒸汽发生器压力设定值；根据所述机组负荷需求信号和所述频率修正信号，得到汽轮机误差信号；根据所述蒸汽发生器压力设定值和所述汽轮机误差信号，生成蒸汽发生器初始主控需求信号；利用前馈信号对所述蒸汽发生器初始主控需求信号进行调控，得到蒸汽发生器主控需求信号。3.根据权利要求1所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述光热电站相关测量信息包括：实测热盐温度和实测热盐质流量。4.根据权利要求3所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的热盐流量进行调控包括：根据所述实测热盐温度和额定温度，得到热值修正信号；利用所述热值修正信号对所述实测热盐质流量进行修正，得到修正后的质流量信号；利用信号处理函数对所述蒸汽发生器需求主控信号进行处理，得到处理结果；比较所述修正后的质流量信号和所述处理结果，得到质流量误差信号；根据所述质流量误差信号，利用第一pi控制器，生成质流量控制信号；根据所述质流量控制信号对热盐流量进行调控。5.根据权利要求3所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述光热电站相关测量信息还包括：过热蒸汽温度和再热蒸汽温度。6.根据权利要求5所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量进行调控包括：利用偏置信号对所述实测热盐温度进行调控，得到调控后的热盐温度；判断所述调控后的热盐温度是否在温度预设范围内，若是，利用所述调控后的热盐温度分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控；否则，将所述温度预设范围的端点温度值分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温
度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控。7.根据权利要求5所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量进行调控还包括：利用偏置信号对所述实测热盐温度进行调控，得到调控后的热盐温度；判断所述调控后的热盐温度是否在温度预设范围内，若是，利用所述调控后的热盐温度分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成冷盐泵控制信号，根据所述冷盐泵控制信号对冷盐流量进行调控；否则，利用扰动系数对所述调控后的热盐温度进行处理，得到处理后的热盐温度信号，将所述温度预设范围的端点温度值分别与所述过热蒸汽温度和所述过热蒸汽温度形成第一温度误差和第二温度误差，并利用第二pi控制器将所述第一温度误差和所述第二温度误差生成初始冷盐泵控制信号，根据所述初始冷盐泵控制信号和所述处理后的热盐温度信号对冷盐流量进行调控。8.根据权利要求5-7中任意一项所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的流量分配进行调控包括：利用所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度对所述光热电站中的流量分配进行调控。9.根据权利要求8所述的光热电站协调运行控制方法，其特征在于，所述利用所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度对所述光热电站中的流量分配进行调控包括：根据所述过热蒸汽温度和所述再热蒸汽温度，得到温度差信号；利用第三pi控制器将所述温度差信号生成过热器阀控制信号和再热器阀控制信号，其中，所述过热器阀控制信号和所述再热器阀控制信号为两个趋势相反的信号；利用所述过热器阀控制信号和所述再热器阀控制信号实现对所述光热电站中的流量分配调控。10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的光热电站协调运行方法的光热电站协调运行系统，其特征在于，所述光热电站协调运行系统至少包括：主控需求信号获取装置，所述主控需求信号获取装置用于获取蒸汽发生器主控需求信号；协调控制装置，所述协调控制装置用于利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。

技术总结

本发明公开了一种光热电站协调运行控制方法及其系统，所述光热电站协调运行控制方法包括：获取蒸汽发生器主控需求信号；利用所述蒸汽发生器需求主控信号和光热电站相关测量信息对所述光热电站中的冷盐流量、热盐流量和流量分配进行调控，以实现光热电站协调运行控制。本发明能够解决现有光热电站汽压汽温波动大和熔盐流量配给不平衡的问题。大和熔盐流量配给不平衡的问题。大和熔盐流量配给不平衡的问题。