一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法及装置与流程

1.本发明涉及一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法及装置，属于电力系统技术领域。


背景技术：

2.在构建以新能源为主体的新型电力系统中，火电机组将承担稳定电网负荷，保障电力供应的责任，这对火电机组的稳定、安全、深度运行提出了更大的挑战。协调优化控制可以提高机组运行的安全性、稳定性，提高机组的深度调峰能力，对于实现新能源消纳意义重大。但现有的协调优化控制现场调试难度大，时间久，不利于机组的快速应用，亟需实现协调优化重要参数自动辨识，减少协调优化控制现场调试难度，调试时间，增强协调优化控制的自适应能力。
3.锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间是两个非常重要的参数，其中锅炉惯性时间代表锅炉燃料量开始变化直至产生新蒸汽的时间；当燃料量不变时，汽机高压调门开大时，主蒸汽压力将按照一阶惯性进行变化，此一阶惯性时间即为锅炉蓄热时间。只有确定好这两个参数才能实现火电厂协调控制的平稳高效运行。目前主要是有丰富经验的工程师，在火电厂做负荷变化试验，通过调试的方式对这两个参数进行调试确认，这种调试方式主要存在的不足如下：
4.1.调试成本不可控：新能源发展迅速，火电厂存在负荷变化申请困难，不具备现场调试条件的情况时有发生；
5.2.调试时间较长：火电厂机组外在和内在的扰动因素较多，即使富有经验的工程师也需要较长的时间才能最终确认这两个主要参数；
6.3.适应性差：火电厂机组运行一段时间后，机组的特性会发生改变，引起锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间发生变化，当这种变化超过一定范围时，调试时确认的参数将不再适用，需要重新进行调试确认。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法及装置，能够根据火电机组的实际情况对两大参数进行适应性修改，维持两大参数的正确性。
8.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
9.第一方面，本发明提供了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法，包括：
10.确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；
11.获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；
12.将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；
13.获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量；
14.获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同样趋势下的变化时间；
15.判断主蒸汽压力的实时量和实时模拟量的变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；
16.若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值作为初始数值带入上述步骤进行迭代。
17.可选的，所述主蒸汽压力模块的构建包括：
18.确定火电机组的运行参数，所述运行参数包括给煤量、给煤热值、功率、给水量以及减温水量；
19.根据给煤量和给煤热值进行标煤转换：
[0020][0021]
式中，a、c为给煤热值和给煤量，b、d为标准煤热值和标准煤量；
[0022]
根据标准煤量和锅炉惯性时间计算主蒸汽第一影响因子y1(s)：
[0023][0024]
式中，ti为锅炉惯性时间，u1(s)＝d为标准煤量，n为阶数；
[0025]
根据功率和锅炉蓄热时间计算主蒸汽第二影响因子y2(s)：
[0026][0027]
式中，t
d1
为锅炉蓄热时间，u2(s)为功率；
[0028]
根据给水量计算主蒸汽第三影响因子y3(s)：
[0029][0030]
式中，t
d2
为时间常数，u3(s)为给水量；
[0031]
根据减温水量计算主蒸汽第四影响因子y4(s)：
[0032][0033]
式中，t
d3
为时间常数，u4(s)为减温水量；
[0034]
根据主蒸汽第一影响因子y1(s)、主蒸汽第二影响因子y2(s)、主蒸汽第三影响因子y3(s)、主蒸汽第四影响因子y4(s)以及主蒸汽压力y(s)构建主蒸汽压力模拟模型：
[0035]y′
(s)＝y1(s)+y2(s)+y3(s)+y4(s)+y(s)。
[0036]
可选的，所述调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值包括：
[0037]
当同一时段内主蒸汽压力的实时模拟量的变化量大于主蒸汽压力的实时量的变化量，按照预设梯度减小锅炉惯性时间；
[0038]
当同一时段内主蒸汽压力的实时模拟量的变化量小于主蒸汽压力的实时量的变化量，按照预设梯度增大锅炉惯性时间；
[0039]
当同样趋势下的主蒸汽压力的实时模拟量的变化时间大于主蒸汽压力的实时量的变化时间，按照预设梯度增大炉蓄热时间；
[0040]
当同样趋势下的主蒸汽压力的实时模拟量的变化时间小于主蒸汽压力的实时量的变化时间，按照预设梯度减小炉蓄热时间。
[0041]
第二方面，本发明提供了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识装置，所述装置包括：
[0042]
初始化模块，用于确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；
[0043]
数据获取模块，用于获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；
[0044]
模型计算模块，用于将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；
[0045]
变化量获取模块，用于获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量；
[0046]
变化时间获取模块，用于获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同样趋势下的变化时间；
[0047]
判断决策模块，用于判断主蒸汽压力的实时量和实时模拟量的变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值作为初始数值带入上述步骤进行迭代。
[0048]
第三方面，本发明提供了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识装置，包括处理器及存储介质；
[0049]
所述存储介质用于存储指令；
[0050]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述方法的步骤。
[0051]
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0052]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0053]
本发明提供的一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法及装置，可以自动采集火电机组在负荷发生变化的有关参数，从而计算获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量以及二者同样趋势下的变化时间，通过不断的修正迭代，最终确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间。不需要火电厂进行负荷变化申请，因为修正迭代可以一直进行，可以在较短的时间内即可确认两大重要参数，并能时刻根据火电机组的实际情况对两大参数进行适应性修改，维持两大参数的正确性。
附图说明
[0054]
图1是本发明实施例一提供的一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法流程图；
[0055]
图2是本发明实施例一提供的一种主蒸汽压力模块的构建原理图；
[0056]
图3是本发明实施例一提供的一种火电机组仿真程序界面一；
[0057]
图4是本发明实施例一提供的一种火电机组仿真程序界面二；
[0058]
图5是本发明实施例一提供的一种火电机组仿真程序界面三。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0060]
实施例一：
[0061]
如图1所示，本发明实施例提供了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法，包括以下步骤：
[0062]
1、确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；
[0063]
2、获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；
[0064]
3、将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；
[0065]
4、获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量；
[0066]
5、获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同样趋势下的变化时间；
[0067]
6、判断主蒸汽压力的实时量和实时模拟量的变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，
[0068]
若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；
[0069]
若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值作为初始数值带入上述步骤进行迭代。
[0070]
调节方式为：
[0071]
当同一时段内主蒸汽压力的实时模拟量的变化量大于主蒸汽压力的实时量的变化量，按照预设梯度减小锅炉惯性时间；
[0072]
当同一时段主蒸汽压力的实时模拟量的变化量小于主蒸汽压力的实时量的变化量，按照预设梯度增大锅炉惯性时间；
[0073]
当同样趋势下主蒸汽压力的实时模拟量的变化时间大于主蒸汽压力的实时量的变化时间，按照预设梯度增大炉蓄热时间；
[0074]
当同样趋势下主蒸汽压力的实时模拟量的变化时间小于主蒸汽压力的实时量的变化时间，按照预设梯度减小炉蓄热时间。
[0075]
如图2所示，主蒸汽压力模块的构建包括：
[0076]
确定火电机组的运行参数，运行参数包括给煤量、给煤热值、功率、给水量以及减温水量；
[0077]
根据给煤量和给煤热值进行标煤转换：
[0078][0079]
式中，a、c为给煤热值和给煤量，b、d为标准煤热值和标准煤量；
[0080]
根据标准煤量和锅炉惯性时间计算主蒸汽第一影响因子y1(s)：
[0081]
[0082]
式中，ti为锅炉惯性时间，u1(s)＝d为标准煤量，n为阶数(一般设置为3)；
[0083]
根据功率和锅炉蓄热时间计算主蒸汽第二影响因子y2(s)：
[0084][0085]
式中，t
d1
为锅炉蓄热时间，u2(s)为功率；
[0086]
根据给水量计算主蒸汽第三影响因子y3(s)：
[0087][0088]
式中，t
d2
为时间常数(一般为60-120s)，u3(s)为给水量；
[0089]
根据减温水量计算主蒸汽第四影响因子y4(s)：
[0090][0091]
式中，t
d3
为时间常数(一般为30-90s)，u4(s)为减温水量；
[0092]
根据主蒸汽第一影响因子y1(s)、主蒸汽第二影响因子y2(s)、主蒸汽第三影响因子y3(s)、主蒸汽第四影响因子y4(s)以及主蒸汽压力y(s)构建主蒸汽压力模拟模型：
[0093]y′
(s)＝y1(s)+y2(s)+y3(s)+y4(s)+y(s)。
[0094]
如图3-5所示，本发明已完成在dcs系统中的组态，并成功应用于火电机组仿真程序，在仿真程序中，模拟实际火电机组的负荷变化情况，自动辨识程序运行后，经过若干次负荷变化，辨识程序会得到正确的锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间。
[0095]
1.机组负荷变化时，实时计算并比较模型输出的主蒸汽压力变化和实际主蒸汽压力变化(变化绝对值与变化时间)，根据计算结果给出锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间修正值。
[0096]
2.不断重复步骤1，直至锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间修正值为0，此时模型输出的主蒸汽压力变化趋势和实际的主蒸汽压力变化趋势基本重叠。
[0097]
3.一段时间后，计算出的锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间无变化，即可得到最终的参数，辨识结束。
[0098]
相关名词解释：
[0099]
tsg：time of steam generation锅炉惯性时间
[0100]
tss：time of steam storage锅炉蓄热时间
[0101]
dcs：distributed control system分散控制系统
[0102]
实施例二：
[0103]
本发明实施例提供了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识装置，装置包括：
[0104]
初始化模块，用于确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；
[0105]
数据获取模块，用于获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；
[0106]
模型计算模块，用于将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；
[0107]
变化量获取模块，用于获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量；
[0108]
变化时间获取模块，用于获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同样趋势下的变化时间；
[0109]
判断决策模块，用于判断主蒸汽压力的实时量和实时模拟量的变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值作为初始数值带入上述步骤进行迭代。
[0110]
实施例三：
[0111]
基于实施例一，本发明实施例提供了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识装置，包括处理器及存储介质；
[0112]
存储介质用于存储指令；
[0113]
处理器用于根据指令进行操作以执行上述方法的步骤。
[0114]
实施例四：
[0115]
基于实施例一，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0116]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0117]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0118]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0119]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0120]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法，其特征在于，包括：确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量；获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同样趋势下的变化时间；判断主蒸汽压力的实时量和实时模拟量的变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值作为初始数值带入上述步骤进行迭代。2.根据权利要求1所述的一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法，其特征在于，所述主蒸汽压力模块的构建包括：确定火电机组的运行参数，所述运行参数包括给煤量、给煤热值、功率、给水量以及减温水量；根据给煤量和给煤热值进行标煤转换：式中，a、c为给煤热值和给煤量，b、d为标准煤热值和标准煤量；根据标准煤量和锅炉惯性时间计算主蒸汽第一影响因子y1(s)：式中，t
i
为锅炉惯性时间，u1(s)＝d为标准煤量，n为阶数；根据功率和锅炉蓄热时间计算主蒸汽第二影响因子y2(s)：式中，t
d1
为锅炉蓄热时间，u2(s)为功率；根据给水量计算主蒸汽第三影响因子y3(s)：式中，t
d2
为时间常数，u3(s)为给水量；根据减温水量计算主蒸汽第四影响因子y4(s)：式中，t
d3
为时间常数，u4(s)为减温水量；根据主蒸汽第一影响因子y1(s)、主蒸汽第二影响因子y2(s)、主蒸汽第三影响因子y3(s)、主蒸汽第四影响因子y4(s)以及主蒸汽压力y(s)构建主蒸汽压力模拟模型：
y
′
(s)＝y1(s)+y2(s)+y3(s)+y4(s)+y(s)。3.根据权利要求1所述的一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法，其特征在于，所述调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值包括：当同一时段内主蒸汽压力的实时模拟量的变化量大于主蒸汽压力的实时量的变化量，按照预设梯度减小锅炉惯性时间；当同一时段内主蒸汽压力的实时模拟量的变化量小于主蒸汽压力的实时量的变化量，按照预设梯度增大锅炉惯性时间；当同样趋势下的主蒸汽压力的实时模拟量的变化时间大于主蒸汽压力的实时量的变化时间，按照预设梯度增大炉蓄热时间；当同样趋势下的主蒸汽压力的实时模拟量的变化时间小于主蒸汽压力的实时量的变化时间，按照预设梯度减小炉蓄热时间。4.一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识装置，其特征在于，所述装置包括：初始化模块，用于确定锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；数据获取模块，用于获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；模型计算模块，用于将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；变化量获取模块，用于获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量；变化时间获取模块，用于获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同样趋势下的变化时间；判断决策模块，用于判断主蒸汽压力的实时量和实时模拟量的变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值作为初始数值带入上述步骤进行迭代。5.一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-3任一项所述方法的步骤。6.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种锅炉惯性时间和锅炉蓄热时间的自动辨识方法及装置，其方法包括：获取火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量；将锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值、火电机组的运行参数和主蒸汽压力的实时量带入预构建的主蒸汽压力模块，得到主蒸汽压力的实时模拟量；获取主蒸汽压力的实时量和实时模拟量在同一时段内的变化量以及在同样趋势下的变化时间；判断变化量和变化时间差值是否处于阈值范围内，若是，则输出锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值；若否，则调节锅炉惯性时间、锅炉蓄热时间的初始数值，将调节后的初始数值带入上述步骤进行迭代；本发明能够根据实际情况对两大参数进行适应性修改，维持其正确性。维持其正确性。维持其正确性。


技术研发人员：郁强 夏静 刘潇 葛举生 徐力刚
受保护的技术使用者：南京国电南自维美德自动化有限公司
技术研发日：2023.01.03
技术公布日：2023/7/12