一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法
【專利摘要】一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法，所述方法實時測量汽輪機一級壓力A和汽輪機前蒸汽壓力A，并利用下式計算汽輪機_0_Pi局壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度Or.'J'fPi—^vPl，其中，A；為汽輪機流量-差壓系數(shù)，通過標定獲得。本發(fā)明對除高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥之外的包括主汽閥、蒸汽管道、汽輪機調(diào)節(jié)級等節(jié)流件或阻力件引起的壓力損失進行補償，使得進汽調(diào)節(jié)閥開度更接近于其真實開度，大大提高了進汽調(diào)節(jié)閥開度的控制精度，從而有效改善了應(yīng)用高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在高負荷下的控制效果。此外，本方法還具有計算簡單，實施方便等優(yōu)點。
【專利說明】
一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號的測量，屬于發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]對于大型火電機組，高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥是調(diào)節(jié)汽輪機進汽流量，進而調(diào)節(jié)機組發(fā)電負荷的關(guān)鍵設(shè)備。300MW級以上汽輪機安裝4只高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥，可以按照4只閥門同步開啟(單閥)或4只閥門依次開啟(順閥)方式工作。由于4只調(diào)節(jié)閥機械開度與進入汽輪機蒸汽流量之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系，所以在汽輪機DEH (數(shù)字電液)系統(tǒng)中，通常采用汽輪機廠家給出的4只調(diào)節(jié)閥機械開度與閥門流通面積來綜合計算高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥的等效開度，簡稱汽輪機高壓缸進汽閥開度，用于指示設(shè)備的工作狀態(tài)。但其計算過程非常復(fù)雜，在控制中只用于代表執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋。
[0003]在火電機組鍋爐汽輪機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，由于被控對象具有多變量強耦合、大慣性、大遲延、非線性等特性，現(xiàn)場協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試都比較困難，許多機組發(fā)電負荷、蒸汽壓力的控制指標都不能達到國家及行業(yè)規(guī)范要求。而被控對象存在的主要非線性來自于汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥的乘積非線性，即進入汽輪機的蒸汽流量近似正比于汽輪機高調(diào)門開度與汽輪機前蒸汽壓力的乘積。這一特性導(dǎo)致在不同負荷下被控對象的增益和慣性出現(xiàn)變化。這使得協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負荷指令前饋環(huán)節(jié)以及PID (比例積分微分)控制器參數(shù)非常難以整定，經(jīng)常需要犧牲其控制品質(zhì)來保證50%-100%負荷范圍內(nèi)的全局穩(wěn)定性。
[0004]在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，對此非線性進行補償需要采用不同技術(shù)原理且簡潔有效的方式計算汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度。在火電機組自動控制系統(tǒng)中，廣泛采用汽輪機一級壓力除以汽輪機前蒸汽壓力來代表汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度。以DEB (直接能量平衡)協(xié)調(diào)控制方案為例，其鍋爐側(cè)PID控制器采用能量信號的偏差作為輸入，如式I。
A wpi,?
[0005]Afi = ~~ Pm — (P] + Ch —J(O
P1 pdt
其中:NE為鍋爐側(cè)控制器偏差輸入，MPa 'P1為汽輪機一級壓力，MPa.Jh為汽輪機前蒸汽壓力實際值，MPa -,Psp為汽輪機前蒸汽壓力設(shè)定值，MPa ；^b為計算鍋爐蓄熱系數(shù)，s φΑ為鍋爐汽包蒸汽壓力實際值，MPa。
[0006]DEB方案中，A/Κ代表汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度，其與壓力設(shè)定值Psp的乘積代表汽輪機的能量需求；而/71+6；啦(1/也為鍋爐實際提供能量，鍋爐側(cè)控制器的主要作用即維持鍋爐提供的能量與汽輪機需求能量之間的平衡，當兩者平衡后，汽輪機前蒸汽壓力實際值恰好等于設(shè)定值。
[0007]但在實際應(yīng)用中，這一處理方法存在較大誤差。其原因是，實際機組中，測量/7t的位置在蒸汽進入汽輪機前的主蒸汽管道上，而測量A的位置在汽輪機第一作功級，中間相隔汽輪機主汽閥、汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥、汽輪機調(diào)速級以及蒸汽管道等眾多節(jié)流件或阻力件。這意味著除汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥外，其它阻力件也會造成壓力損失。這樣，即使汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度達到100%時，A也不是等于/7t，而是小于Α —個數(shù)值。這樣，采用/v>t計算得到的汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度總是小于汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥的實際開度，并且實際開度越大時誤差越大。進而導(dǎo)致DEB控制系統(tǒng)高負荷下控制品質(zhì)變差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種構(gòu)造簡單、誤差小、易于實施的一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法，它能夠改善DEB控制系統(tǒng)在高負荷下的控制品質(zhì)。
[0009]本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案解決的:
一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法，所述方法實時測量汽輪機一級壓力Pl(MPa)和汽輪機前蒸汽壓力|\(MPa)，并利用下式計算汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度
(?(無量綱):
4 = -
Pt — KPi
其中，A為汽輪機流量-差壓系數(shù)，l/MPa，通過標定獲得。
[0010]上述汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法，所述汽輪機流量-差壓系數(shù)
的標定方法為:在機組90%-100%額定發(fā)電負荷下，待機組進入穩(wěn)定工況后，將機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)切為手動方式，然后手動將汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開度設(shè)置為100%，等待汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力均穩(wěn)定后，分別記錄汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力，按照下式計算汽輪機流量-差壓系數(shù)A:
K = In........:......M
FlE
其中=Ae為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機前蒸汽壓力，MPa ；ρ1?為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機一級壓力，MPa。
[0011]本發(fā)明對除高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥之外的包括主汽閥、蒸汽管道、汽輪機調(diào)節(jié)級等節(jié)流件或阻力件引起的壓力損失進行補償，使得進汽調(diào)節(jié)閥開度更接近于其真實開度，從而有效改善了應(yīng)用高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在高負荷下的控制效果。此外，本方法還具有構(gòu)造簡單，實施方便等優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
[0013]圖1是實現(xiàn)汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度軟測量的組態(tài)邏輯。
[0014]圖中和文中各符號清單為:D表示除數(shù)，N表示被除數(shù)為汽輪機流量-差壓系數(shù)，l/MPa ； AB為鍋爐側(cè)控制器偏差輸入，MPa ；Pl為汽輪機一級壓力，MPa ；pt為汽輪機前蒸汽壓力實際值，MPa ；psp為汽輪機前蒸汽壓力設(shè)定值，MPa ；^b為計算鍋爐蓄熱系數(shù)，s ；ρ?為鍋爐汽包蒸汽壓力實際值，MPa，Of為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度，無量綱；ptE為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機前蒸汽壓力，MPa ；/71E為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機一級壓力，MPa。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的汽輪機前蒸汽壓力與汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥前蒸汽壓力存在以下關(guān)系:
Pt = Pm+^Pl⑵
其中:PNi為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥前蒸汽壓力，MPa ； 為汽輪機前蒸汽壓力與汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥前蒸汽壓力的差壓，MPa。
[0016]汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥后蒸汽壓力與汽輪機一級壓力存在以下關(guān)系:
Pm = Pl +⑶
其中隊。為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥后蒸汽壓力，MPa ； Kp2為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥后蒸汽壓力與汽輪機一級壓力的差壓，MPa。
[0017]根據(jù)伯努利方程，流體流動過程中各種節(jié)流件、阻力件導(dǎo)致差壓與流量的關(guān)系可以描述為:
^ P: γ(4)
其中:Np為差壓，MPa ； ξ為阻力系數(shù)，MPa-S2Zm6 為蒸汽體積流量，m3/s。
[0018]根據(jù)汽輪機弗留格爾公式，進入汽輪機蒸汽體積流量與汽輪機一級壓力成近似正比關(guān)系，有:
gY = %(5)
其中4為汽輪機調(diào)節(jié)級流量系數(shù)，mYslPa。
[0019]將式5代入到式4可以得到:
kp = Kpi(6)
其中#為流量-壓力系數(shù)系數(shù)，l/MPa。
[0020]依據(jù)式6，對于汽輪機前蒸汽壓力與汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥前蒸汽壓力的差壓，有:
Δ|?| = [I J?|( 7 )
其中A為汽輪機高調(diào)門前流量-壓力系數(shù)系數(shù)，l/MPa。
[0021]依據(jù)式6，對于汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥后與汽輪機一級壓力的差壓，有:
Ap2 = K2Pi⑶
其中..K2為汽輪機高調(diào)門后流量-壓力系數(shù)系數(shù)，l/MPa。
[0022]對于汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度，有:
/I _ Pm
uV ~ ~(9)
Al 其中Wv為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度，無量綱。
[0023]將式2、3再代入到式9，有:
廣、Pi + Ap2
H=-—^(10)
由于Δ/>2遠遠小于PI Wckv 可以將式10近似為:
c^?_Il..................................^................................................................(H)
再將式2、3再代入到式11，有:
P1
Qv^s _: ΖΓΠ(12)
Pt -(尤I + Pi
令:
Ky = Aj + K:( 13)
其中..Kn為汽輪機流量-差壓系數(shù)，l/MPa。
[0024]得到汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度的工程計算公式:
P _
H* ?"................................:111111111111111J1(14)
Pt —
現(xiàn)場使用式14計算汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度時，需要標定汽輪機流量-差壓系數(shù)I。A標定方法為:在機組額定負荷附近，將汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%，待汽輪機前蒸汽壓力、汽輪機一級壓力均穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)，按照式15計算汽輪機流量-差壓系數(shù)I。
7 _ PtE ~ Pm
[0025]Αγ ~ —f—(15)
Ae
其中:Αε為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機前蒸汽壓力，MPa ；ρ1Ε為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機一級壓力，MPa ；。
[0026]操作步驟
(I)汽輪機流量-差壓系數(shù)標定
通過實驗標定汽輪機流量-差壓系數(shù)。實驗前需要確認汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力測量信號無故障。實驗過程為:在機組90%-100%額定發(fā)電負荷附近，待機組進入穩(wěn)定工況后，將機組機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)切為手動方式。然后手動將汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開度設(shè)置為100%，等待汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力均穩(wěn)定后，分別記錄汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力。按照式15計算汽輪機流量-差壓系數(shù)。
[0027](2)現(xiàn)場組態(tài)
通過組態(tài)或編程方式實現(xiàn)汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度計算。組態(tài)邏輯如圖1所示，圖1中，除法計算塊前D表示除數(shù)，N表示被除數(shù)。
[0028]應(yīng)用實例
對于DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，應(yīng)用本發(fā)明時，鍋爐側(cè)PID控制器能量偏差信號輸入為: ^~2-(Ap " -vFl ) — (Pi + Q(16)
Pt - KPiΛ
在穩(wěn)態(tài)情況下，PID控制器前輸入偏差為零，汽包壓力內(nèi)微分項為也為零，這意味著控制滿足汽輪機前蒸汽壓力A等于汽輪機前蒸汽壓力設(shè)定值A(chǔ)p之無差控制條件。
[0029]發(fā)明優(yōu)點
(I)計算準確度高。本方法能夠準確復(fù)現(xiàn)汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥的實際開度，在汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥全開度變化范圍內(nèi)，同汽輪機廠家計算開度相對誤差小于±1%。這一準確度能夠保證本方法用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和過程參數(shù)控制。
[0030](2)控制效果好。相對于傳統(tǒng)處理方法，本方法能夠有效改善DEB等應(yīng)用高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)高負荷下的控制性能。
[0031](3)計算公式簡單，實施方便。本方法計算公式簡單，可以通過組態(tài)或編程方式實現(xiàn)。同時本方法不需要增加額外測量信號，只有一個系數(shù)需要標定，而且標定過程非常簡單。現(xiàn)場實施方便。
【權(quán)利要求】
1.一種汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法，其特征是，所述方法實時測量汽輪機一級壓力A (MPa)和汽輪機前蒸汽壓力A (MPa)，并利用下式計算汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度Ov:
G 一一IPt — KvPi 其中，A為汽輪機流量-差壓系數(shù)，單位為l/MPa，通過標定獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)閥開度信號軟測量方法，其特征是，所述汽輪機流量-差壓系數(shù)￡^的標定方法為:在機組90%-100%額定發(fā)電負荷下，待機組進入穩(wěn)定工況后，將機組機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)切為手動方式，然后手動將汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開度設(shè)置為100%，等待汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力均穩(wěn)定后，分別記錄汽輪機前蒸汽壓力和汽輪機一級壓力，按照下式計算汽輪機流量-差壓系數(shù)K、: V _ Pu ~ Pm
, 其中:/?為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機前蒸汽壓力，單位為MPa ；ρ1?為汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門開至100%時記錄的汽輪機一級壓力，單位為MPa。
【文檔編號】F16K37/00GK104214415SQ201410435428
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月31日
【發(fā)明者】張銳鋒, 田亮, 李小軍, 劉鑫屏, 潘華, 趙雯文, 安波, 陳宇, 柏毅輝, 李前敏 申請人:貴州電力試驗研究院, 華北電力大學（保定）