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火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法與流程

文檔序號:12860651閱讀:856來源:國知局

本發(fā)明涉及一種火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法,屬于火力發(fā)電廠最終控制元件在熱工自動(dòng)化定位控制技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

目前,我國的自動(dòng)控制儀表在火力發(fā)電廠中應(yīng)用的有電動(dòng)單元組合儀表、組裝組件儀表、單回路調(diào)節(jié)器以及絕大部分使用的分散控制系統(tǒng)(dcs),這些儀表或是模擬的、或是數(shù)字的,它們的pid調(diào)節(jié)單元都是連續(xù)量調(diào)節(jié)器,都以4-20ma為輸出信號,執(zhí)行回路通過一級伺服放大來實(shí)現(xiàn)閥門的定位控制。特殊地,上世紀(jì)80年代末到90年代中期我國從前蘇聯(lián)整套引進(jìn)共10臺火力發(fā)電機(jī)組,其使用的是東歐國家普遍采用的由脈沖調(diào)節(jié)器組態(tài)而成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比如,1994年投產(chǎn)的華能南京電廠兩臺300mw機(jī)組和1999年投產(chǎn)的國華綏中發(fā)電廠兩臺800mw超臨界機(jī)組,它們的熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都由蘇產(chǎn)ak3cp-m系列電動(dòng)單元組合儀表組態(tài)而成。該儀表以線性運(yùn)算放大器作為主要元件,功能上可分為:pid脈沖調(diào)節(jié)單元,電流電壓轉(zhuǎn)換單元,用于積分、微分、阻尼的動(dòng)態(tài)單元,完成加減乘除的運(yùn)算單元、偏差報(bào)警單元、非線性函數(shù)發(fā)生單元等,其中的脈沖調(diào)節(jié)單元接受連續(xù)量偏差信號,輸出一串開關(guān)脈沖序列,是該套儀表的核心部件,它采用以經(jīng)典線性控制理論為基礎(chǔ)的脈沖寬度調(diào)制技術(shù),根據(jù)輸入信號大小來調(diào)節(jié)脈沖寬度而頻率是固定的,該技術(shù)在瞬態(tài)特性、魯棒性等方面的缺陷顯得尤為突出,并且輸出電壓紋波較大。脈沖調(diào)節(jié)器在國產(chǎn)機(jī)組和國產(chǎn)dcs中均無應(yīng)用,國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和dcs廠家也未對脈沖調(diào)節(jié)器進(jìn)行深入研究。

隨著dcs應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展和前蘇聯(lián)產(chǎn)品備品備件的消逝,電廠原整套引進(jìn)的蘇產(chǎn)脈沖調(diào)節(jié)閥伺服系統(tǒng)都幾乎更換升級為模擬量連續(xù)調(diào)節(jié)器,但也有個(gè)別電廠的極少數(shù)控制閥還保留脈沖調(diào)節(jié)模式。然而,采用脈沖寬度調(diào)節(jié)控制技術(shù)的脈沖調(diào)節(jié)閥已經(jīng)不能適應(yīng)于當(dāng)前dcs控制精度和發(fā)電工藝要求。

由脈沖調(diào)節(jié)器組態(tài)而成的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥如何更好地在熱工分散控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)是一個(gè)重要研究方向。

中國專利201110111259.x公開了一種脈沖產(chǎn)生方法及裝置,該脈沖產(chǎn)生裝置可以同時(shí)獲得波形控制指令和波形指令進(jìn)行解碼處理,多個(gè)解碼器同時(shí)解碼呈現(xiàn)出流水作業(yè),流水線方式的解碼是將一條指令的解碼過程分成多步來進(jìn)行,每一級電路只處理其中的一步,這樣多級電路同時(shí)處理流水線上的多個(gè)指令,實(shí)現(xiàn)在解析指令的同時(shí),輸出波形,使得以前在多個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)才能解析的一條指令縮短到平均一個(gè)時(shí)鐘周期以內(nèi),降低了解碼所用時(shí)間,提高了解碼效率,進(jìn)而提高了脈沖波形產(chǎn)生的速度和頻率。該專利未公開多級脈沖的控制方法。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足,而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,通過伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)把輸入的偏差信號轉(zhuǎn)換成對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反轉(zhuǎn)控制方法,使其具有更好的瞬態(tài)特性和魯棒性的火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法,依次包括如下步驟:

1)由手操器和pid形成單回路控制邏輯,手操器的輸出指令引入脈沖調(diào)節(jié)閥的偏差值控制回路;

其特征在于:還包括如下步驟:

2)步驟1)結(jié)束后,手操器的輸出指令與脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號形成偏差值,由該偏差值計(jì)算出多級控制開關(guān)脈沖;

3)步驟2)結(jié)束后,控制系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行,根據(jù)控制系統(tǒng)的被調(diào)量的實(shí)時(shí)值以及脈沖調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作特性曲線,在線整定控制參數(shù)。

在線整定控制參數(shù)結(jié)束后最終達(dá)到預(yù)期的控制效果。經(jīng)pid運(yùn)算后的輸出閥位指令信號和閥位反饋信號綜合后的偏差值經(jīng)過取樣控制器獲得單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)與偏差值大小成比例地進(jìn)行脈沖調(diào)節(jié),根據(jù)誤差區(qū)間判斷器的輸出信號使多級脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比最小的控制輸出脈沖,從而達(dá)到脈沖調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)具有最佳的瞬態(tài)特性和魯棒性,使得被調(diào)量的控制更加快速和精準(zhǔn)。

步驟1)中,組態(tài)脈沖調(diào)節(jié)閥的操作回路以及單回路控制邏輯。

步驟2)中,將手操器的輸出指令引入脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號形成的偏差控制程序中,并組態(tài)各級控制開關(guān)脈沖,并調(diào)節(jié)參數(shù)。

步驟3)中,所述控制參數(shù)包括pid控制參數(shù)、脈沖寬度、脈沖頻率以及調(diào)節(jié)死區(qū)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:

(1)跟蹤問題的簡化:對于單級調(diào)節(jié)系統(tǒng),跟蹤問題可以不考慮,因?yàn)閱渭壵{(diào)節(jié)系統(tǒng)沒有伺服放大器形成的執(zhí)行小回路,脈沖調(diào)節(jié)器即為末級調(diào)節(jié),當(dāng)輸入各信號平衡時(shí),調(diào)節(jié)器無輸出指令,當(dāng)輸入信號不平衡時(shí),由于測量值偏離給定值而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)指令屬于正常調(diào)節(jié),而不屬于切換擾動(dòng);對于串級調(diào)節(jié)系統(tǒng),簡單易行的自平衡回路解決了副環(huán)調(diào)節(jié)器入口信號的平衡問題,實(shí)現(xiàn)了無擾切換。

(2)具有強(qiáng)弱不同的多級脈沖可供選擇,根據(jù)偏差信號可以設(shè)定大小不同的開關(guān)脈沖時(shí)間、脈沖頻率以及巧妙地設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū),可靈活調(diào)整脈沖的組合方式以應(yīng)對調(diào)節(jié)器不同的工作狀態(tài)。因此在擁有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的同時(shí),多級脈沖控制可以有效降低輸出電壓紋波。

(3)該控制方法現(xiàn)場參數(shù)調(diào)試過程簡單、易于工程實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng),并且能夠應(yīng)用于各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的脈沖調(diào)節(jié)閥。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例多級開關(guān)脈沖形成的邏輯圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,以下實(shí)施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例。

參見圖1。

本實(shí)施例為一種火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法,在每個(gè)開關(guān)周期起始時(shí)刻,調(diào)節(jié)器自動(dòng)檢測脈沖調(diào)節(jié)閥的位置狀態(tài),并根據(jù)當(dāng)前pid控制輸出指令與位置反饋信號誤差大小選取多級脈沖中的某一個(gè)脈沖作為該周期的有效控制信號。在該控制方法中,根據(jù)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置占空比大小不同的各級開關(guān)脈沖,這些強(qiáng)弱等級不同的控制脈沖組成脈沖序列實(shí)現(xiàn)對脈沖調(diào)節(jié)器的開關(guān)控制,

火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法的基本原理是:在每個(gè)開關(guān)周期起始時(shí)刻,調(diào)節(jié)器自動(dòng)檢測脈沖調(diào)節(jié)閥的位置狀態(tài),并根據(jù)當(dāng)前pid控制輸出指令與位置反饋信號誤差大小選取多級脈沖中的某一個(gè)脈沖作為該周期的有效控制信號。在該控制方法中,根據(jù)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置占空比大小不同的各級開關(guān)脈沖,這些強(qiáng)弱等級不同的控制脈沖組成脈沖序列實(shí)現(xiàn)對脈沖調(diào)節(jié)器的開關(guān)控制。

具體的,本實(shí)施中火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法,依次包括如下步驟:

1)由手操器和pid形成單回路控制邏輯,組態(tài)脈沖調(diào)節(jié)閥的操作回路以及單回路控制邏輯,手操器的輸出指令引入脈沖調(diào)節(jié)閥的偏差值控制回路;

2)步驟1)結(jié)束后,脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號形成偏差控制程序,手操器的輸出指令與脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號形成偏差值,將手操器的輸出指令引入到偏差控制程序中,并組態(tài)各級控制開關(guān)脈沖,并調(diào)節(jié)參數(shù),由該偏差值計(jì)算出多級控制開關(guān)脈沖;

3)步驟2)結(jié)束后,控制系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行,根據(jù)控制系統(tǒng)的被調(diào)量的實(shí)時(shí)值以及脈沖調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作特性曲線,在線整定控制參數(shù),最終達(dá)到預(yù)期的控制效果。被調(diào)量的實(shí)時(shí)值采用被調(diào)量的實(shí)際運(yùn)行曲線。

控制參數(shù)包括pid控制參數(shù)、脈沖寬度、脈沖頻率以及調(diào)節(jié)死區(qū)。

經(jīng)pid運(yùn)算后的輸出閥位指令信號和閥位反饋信號綜合后的偏差值經(jīng)過取樣控制器獲得單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)與偏差值大小成比例地進(jìn)行脈沖調(diào)節(jié),根據(jù)誤差區(qū)間判斷器的輸出信號使多級脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比最小的控制輸出脈沖,從而達(dá)到脈沖調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)具有最佳的瞬態(tài)特性和魯棒性,使得被調(diào)量的控制更加快速和精準(zhǔn)。

本實(shí)施例火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法的核心思想是根據(jù)脈沖調(diào)節(jié)閥的工作狀況,按照一定規(guī)律將高能量脈沖和低能量脈沖組成脈沖序列對回路進(jìn)行控制。

火電廠調(diào)節(jié)閥的多級脈沖控制方法的工作過程如下:在每個(gè)開關(guān)周期起始時(shí)刻判斷系統(tǒng)的調(diào)節(jié)偏差和閥位工況,若此時(shí)輸出信號低于基準(zhǔn)信號,調(diào)節(jié)器將產(chǎn)生一個(gè)大占空比的高能量脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)繼電器;反之則產(chǎn)生一個(gè)小占空比的低能量脈沖。

圖1為步驟2)中多級開關(guān)脈沖形成的邏輯圖。

其中步驟①為脈沖頻率控制參數(shù)的設(shè)定,可由調(diào)節(jié)器偏差信號多級變參數(shù)或者恒定設(shè)置。

步驟②為脈沖寬度控制參數(shù)的設(shè)定,可由調(diào)節(jié)器偏差信號多級變參數(shù)或者恒定設(shè)置。

步驟③為調(diào)節(jié)閥打開動(dòng)作死區(qū)的設(shè)定。

步驟④為調(diào)節(jié)閥關(guān)閉動(dòng)作死區(qū)的設(shè)定。

下面以某880mw俄羅斯進(jìn)口超臨界定壓燃煤機(jī)組的“#1小汽機(jī)凝汽器水位脈沖調(diào)節(jié)閥控制”為例,控制器運(yùn)算周期為100ms,調(diào)節(jié)器算法參數(shù)整定結(jié)果為pid控制器的比例系數(shù)為1.3、積分時(shí)間為85s,脈沖調(diào)節(jié)閥打開動(dòng)作死區(qū)為1.1%,關(guān)閉動(dòng)作死區(qū)為1.5%,脈沖頻率和脈沖寬度調(diào)節(jié)參數(shù)與位置偏差相關(guān)的多級脈沖動(dòng)作,具體參數(shù)值如表1所示:

表1#1小機(jī)凝汽器水位脈沖調(diào)節(jié)閥控制參數(shù)整定

機(jī)組概況:該880mw超臨界定壓直流機(jī)組從俄羅斯全套引進(jìn),鍋爐為塔干羅格鍋爐廠生產(chǎn)的пп-2650-25-545-кг大型超臨界定壓運(yùn)行直流爐,鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,煙道分為左、右兩側(cè)對稱布置,配備兩臺一次風(fēng)機(jī)、兩臺送風(fēng)機(jī)、三臺引風(fēng)機(jī),8臺中速磨分為左、右各4臺布置在爐膛的兩側(cè),與之相對應(yīng)汽水管線也分為左、右兩個(gè)獨(dú)立的流道,實(shí)質(zhì)上是“一爐兩鍋”的結(jié)構(gòu),其給水與燃燒控制策略均及其復(fù)雜;汽輪機(jī)為俄羅斯列寧格勒金屬工廠生產(chǎn)的к-800-240-5型超臨界、一次中間再熱、五缸六排汽、單軸凝汽式汽輪機(jī);熱控系統(tǒng)dcs采用俄制德國西門子公司的teleprrm-me型分散控制系統(tǒng)。該機(jī)組于2014年進(jìn)行綜合升級改造,鍋爐保持原樣,汽輪機(jī)本體增容改造后替換為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司制造的n880-23.536/540/540型超臨界、一次中間再熱、五缸六排汽凝汽反動(dòng)式汽輪機(jī);dcs采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的hollias_macs系統(tǒng),deh采用abb公司的symphony系統(tǒng)。

經(jīng)本次dcs改造后共保留“小機(jī)凝汽器水位調(diào)節(jié)門”等32個(gè)調(diào)節(jié)閥為脈沖開關(guān)量控制,其余調(diào)節(jié)閥的伺服系統(tǒng)都更換為模擬量連續(xù)調(diào)節(jié)。實(shí)際運(yùn)行也證明該多級脈沖控制方法現(xiàn)場調(diào)試過程簡單,便于工程實(shí)現(xiàn),具有快速響應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

此外,需要說明的是,本說明書中所描述的具體實(shí)施例,其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同,本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。凡依據(jù)本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡單變化,均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代,只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍,均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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