一种火力发电机组的AGC功能远程优化系统及方法与流程

本发明属于发电机组领域，尤其涉及一种火力发电机组的AGC功能远程优化系统及方法。

背景技术：

电力调度中心要求大型火力发电机组必须具备自动发电控制(AGC)功能，并对其AGC性能指标进行相应的考核。实际生产过程中，火力发电机组的AGC控制逻辑是设计在发电厂的分散控制系统(DCS)上，通过RTU装置与电力调度中心通讯。电力调度中心通过RTU装置向火力发电机组发送AGC指令，并通过RTU收到该火力发电机组返回的实际功率。当火力发电机组的AGC功能因故障被迫退出或投入时不能满足电网要求时，需要在发电厂的DCS上检查控制逻辑，并调整和优化AGC控制方案和控制器参数设置。发电厂通常处在郊区，由于自身技术力量薄弱，一旦厂内技术人员解决不了该问题，往往需要等待较长时间再由其他科研单位的技术人员奔赴现场进行相应的技术调整和指导，既不能保证火力发电机组的AGC控制品质，也不利于提高技术服务的及时性和满意度。

技术实现要素：

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种火力发电机组的AGC功能远程优化系统。

本发明的一种火力发电机组的AGC功能远程优化系统，包括：

PID控制器，用于根据机组负荷误差值及预设的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值；所述机组负荷误差值为AGC负荷设定值与机组实际负荷值的差值；

数据采集装置，其用于实时采集火力发电机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，并传送至远程数据中心服务器；

所述远程数据中心服务器，其用于选取一定时间段内的机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，进一步建立火力发电机组的一阶模型；再基于火力发电机组的一阶模型，利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定；最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器；

所述PID控制器，还用于根据整定后的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值，最终实现火力发电机组的AGC功能远程优化。

本发明的该火力发电机组的AGC功能远程优化系统，利用数据采集装置将火力发电机组的运行数据接入一个远程数据中心服务器内，基于传输得到的火力发电机组的运行数据，对火力发电机组进行数学建模，并且利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定，最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器参数对发电机组负荷进行控制，最终实现对火力发电机组AGC功能的远程优化，大大节省了技术人员跑现场的时间，同时提高了技术服务的及时性和满意度。

优选地，远程数据中心服务器被配置为：利用最小二乘法对火力发电机组建立一阶模型。其中，一阶数学模型能很好地反映绝大多数工业过程对象的响应特征。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。基于建立的一阶数学模型，利用内模控制算法对PID控制器参数进行优化，

进一步地，数据采集装置与火力发电机组一一对应。本发明的远程数据中心服务器可以接入区域内多台发电机组，便于区域内多台发电机组进一步的数据挖掘，开展多台机组协同控制技术等更进一层次的技术研究。

进一步地，远程数据中心服务器还与预警装置相连，用于预警火力发电机组的异常运行状态。

本发明的第二目的是提供一种火力发电机组的AGC功能远程优化方法。

本发明的一种火力发电机组的AGC功能远程优化方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：PID控制器根据机组负荷误差值及预设的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值；

步骤(2)：数据采集装置实时采集机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，并传送至远程数据中心服务器；

步骤(3)：远程数据中心服务器选取一定时间段内的机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，进一步建立火力发电机组的一阶模型；再根据火力发电机组的一阶模型以及内模控制算法，对预设的PID控制器参数进行整定；最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器；

步骤(4)：PID控制器根据整定后的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值，最终实现火力发电机组AGC功能的远程优化控制。

本发明的该火力发电机组的AGC功能远程优化方法，将火力发电机组的运行数据接入一个远程数据中心服务器内，基于传输得到的火力发电机组的运行数据，对火力发电机组进行数学建模，并利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定，最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器参数对发电机组负荷进行控制，最终实现对火力发电机组AGC功能的远程优化和维护，通过远方计算和调整，节省大量的人力、物力成本，提高技术服务的及时性；通过远方数据接入，可实现对机组运行数据的在线监测，在异常时可以及时发现，进行预警。

优选地，在步骤(3)中，远程数据中心服务器利用最小二乘法对火力发电机组建立一阶模型。其中，一阶数学模型能很好地反映绝大多数工业过程对象的响应特征。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。

进一步地，该方法还包括：远程数据中心服务器内还预设有机组负荷预警阈值，远程数据中心服务器将接收的机组实际负荷值与预设的机组负荷预警阈值比较，并输出预警信号至预警装置，来预警火力发电机组的异常运行状态。

本发明中的PID控制器的输出值为控制火力发电机组实际负荷的汽轮机调门开度指令信号。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的该火力发电机组的AGC功能远程优化系统，利用数据采集装置将火力发电机组的运行数据接入一个远程数据中心服务器内，基于传输得到的火力发电机组的运行数据，对火力发电机组进行数学建模，并且利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定，最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器参数对发电机组负荷进行控制，最终实现对火力发电机组AGC功能的远程调整和维护，大大节省了技术人员跑现场的时间，同时提高了技术服务的及时性和满意度。

(2)本发明的远程数据中心服务器可以接入区域内多台发电机组，便于区域内多台发电机组进一步的数据挖掘，开展多台机组协同控制技术等更进一层次的技术研究。

(3)本发明的该火力发电机组的AGC功能远程优化方法，将火力发电机组的运行数据接入一个远程数据中心服务器内，基于传输得到的火力发电机组的运行数据，对火力发电机组进行数学建模，并利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定，最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器参数对发电机组负荷进行控制，最终实现对火力发电机组AGC功能的远程优化和维护，通过远方计算和调整，节省大量的人力、物力成本，提高技术服务的及时性；通过远方数据接入，可实现对机组运行数据的在线监测，在异常时可以及时发现，进行预警。

附图说明

图1是火力发电机组的AGC控制回路原理图；

图2是本发明的火力发电机组的AGC功能远程优化系统结构示意图；

图3(a)是某段时间的AGC负荷设定值和机组实际负荷值曲线；

图3(b)是某段时间的PID控制器的输出值曲线；

图4是本发明的火力发电机组的AGC功能远程优化方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

火力发电机组AGC控制方案如图1所示，其中PV值是机组实际负荷，SP值是AGC负荷指令，OP值是PID控制器的输出。AGC控制的目标是计算PV值和SP值的偏差，将该偏差送入PID控制器进行运算，PID控制器的输出值(OP)改变火力发电机组的汽轮机调门开度，进而改变火力发电机组的实际负荷，来使得机组实际负荷值(PV)能够跟踪电力调度中心通过RTU装置发送到发电厂的AGC负荷指令(SP)。

本发明中的PID控制器的输出值为控制火力发电机组实际负荷的汽轮机调门开度指令信号。

图2是本发明的一种火力发电机组的AGC功能远程优化系统。如图2所示的火力发电机组的AGC功能远程优化系统，包括：

PID控制器，用于根据机组负荷误差值及预设的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值；所述机组负荷误差值为AGC负荷设定值与机组实际负荷值的差值；

数据采集装置，其用于实时采集机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，并传送至远程数据中心服务器；

所述远程数据中心服务器，其用于选取一定时间段内的机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，进一步建立火力发电机组的一阶模型；再基于火力发电机组的一阶模型，利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定；最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器；

所述PID控制器，还用于根据整定后的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值，最终实现火力发电机组的AGC功能远程优化。

其中，远程数据中心服务器基于选定时间段的机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，用最小二乘法对火力发电机组进行建立一阶模型。根据研究和试验表明，一阶数学模型能很好的反映绝大多数工业过程对象的响应特征。一阶模型的火力发电机组模型设为P(s)，P(s)可以写成：

其中，参数K、T₁、θ分别代表传递增益系数、一阶滞后时间常数和纯延迟时间常数。

如图3(a)和图3(b)中的数据所代表的火力发电机组，火力发电机组的一阶模型参数用最小二乘法可以计算得到：

即：K＝1.242,T₁＝12.27,θ＝4。

根据建模得到的一阶模型，根据内模控制算法，对PID控制器参数进行整定。

PID控制器的公式是：

其中，参数K_p、T_i、T_d分别代表PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数。

对于一阶模型，内模控制算法整定PID控制器参数的公式是：

其中，唯一调整的参数是τ_c，表示期望的闭环时间常数(即0.25×闭环稳态时间)，用户可以根据自身需要设置此参数。一旦此参数确定，PID控制器的三个参数K_p，T_i，T_d也随之确定。如图3所示的火力发电机组控制对象，如果确定闭环稳态时间为300秒，则相应计算得到的PID控制器参数为：

K_p＝0.125,T_i＝12,T_d＝0

计算得到一阶模型和PID控制器参数，都可以通过远程数据中心服务器发送至火力发电机组，供发电厂的技术人员参考执行。通过远程方式进行指导和调整优化，可有效的解决现场技术力量薄弱、技术服务不及时的问题。

如图2所示的火力发电机组的AGC功能远程优化系统，数据采集装置与火力发电机组一一对应。本发明的远程数据中心服务器可以接入区域内1,2，...，N(N为正整数)台发电机组，便于区域内多台发电机组进一步的数据挖掘，开展多台机组协同控制技术等更进一层次的技术研究。其中，数据采集装置为现有技术。

进一步地，远程数据中心服务器还与预警装置相连，用于预警火力发电机组的异常运行状态。

获取机组负荷误差值的方式可以多种方式或结构得到，下列举出两种具体实施方式：

一种利用减法器来计算得到机组负荷误差值：

减法器用于接收数据采集装置传送来的AGC负荷设定值与机组实际负荷值，并将两者作差，得到机组负荷误差值后传送至PID控制器。

另一种是采用微处理器计算得到机组负荷误差值：

微处理器用于接收数据采集装置传送来的AGC负荷设定值与机组实际负荷值，并将两者作差得到机组负荷误差值后传送至PID控制器。

微处理器可以采用单片机或PLC来实现，也可以采用现有的其他控制器芯片来实现。

本实施例的该火力发电机组的AGC远程优化系统，利用数据采集装置将火力发电机组的运行数据接入一个远程数据中心服务器内，基于传输得到的火力发电机组的运行数据，对火力发电机组进行数学建模，并且利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定，最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器参数对发电机组负荷进行控制，最终实现对火力发电机组AGC功能的远程优化和维护，大大节省了技术人员跑现场的时间，同时提高了技术服务的及时性和满意度。

图4是本发明的火力发电机组的AGC功能远程优化方法流程图，如图4所示的火力发电机组的AGC功能远程优化方法，包括：

步骤(1)：PID控制器根据机组负荷误差值及预设的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值；

步骤(2)：数据采集装置实时采集机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，并传送至远程数据中心服务器；

步骤(3)：远程数据中心服务器选取一定时间段内的机组实际负荷值、AGC负荷设定值以及PID控制器的输出值，进一步建立火力发电机组的一阶模型；再根据火力发电机组的一阶模型以及内模控制算法，对预设的PID控制器参数进行整定；最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器；

步骤(4)：PID控制器根据整定后的PID控制器参数来控制火力发电机组的实际负荷值，最终实现火力发电机组的AGC功能远程优化。

优选地，在步骤(2)中，远程数据中心服务器利用最小二乘法对火力发电机组建立一阶模型。其中，一阶数学模型能很好地反映绝大多数工业过程对象的响应特征。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。

进一步地，该方法还包括：远程数据中心服务器内还预设有机组负荷预警阈值，远程数据中心服务器将接收的机组实际负荷值与预设的机组负荷预警阈值比较，并输出预警信号至预警装置，来预警火力发电机组的异常运行状态。

本实施例的该火力发电机组的AGC功能远程优化方法，将火力发电机组的运行数据接入一个远程数据中心服务器内，基于传输得到的火力发电机组的运行数据，对火力发电机组进行数学建模，并利用内模控制算法对预设的PID控制器参数进行整定，最后将整定后的PID控制器参数反馈至PID控制器中，使得PID控制器利用整定后的PID控制器参数对发电机组负荷进行控制，最终实现对火力发电机组AGC功能的远程优化和维护，通过远方计算和调整，节省大量的人力、物力成本，提高技术服务的及时性；通过远方数据接入，可实现对机组运行数据的在线监测，在异常时可以及时发现，进行预警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。