一種用于dcs實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于大型火電機(jī)組主蒸汽溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體涉及一種用于 DCS實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 主蒸汽溫度控制系統(tǒng)是保證大型火電機(jī)組安全運(yùn)行、提高機(jī)組熱效率的重要調(diào)節(jié) 系統(tǒng)，而實(shí)現(xiàn)主蒸汽溫度具有良好品質(zhì)的自動(dòng)調(diào)節(jié)一直是機(jī)組自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)難以解 決的問題，其主要是因?yàn)榛痣姍C(jī)組中的主汽溫度被控對(duì)象具有大遲延、大慣性和時(shí)變性的 特點(diǎn)。目前，國(guó)、內(nèi)外大部分火電機(jī)組的主蒸汽溫度控制仍然采用傳統(tǒng)的PID串級(jí)調(diào)節(jié)和具 有導(dǎo)前微分的控制結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上為克服主汽溫度的大遲延性，采用了 Smith預(yù)估控 制技術(shù)，以提高控制效果。但是由于Smith預(yù)估控制對(duì)模型的精度要求高，特別是對(duì)模型的 純遲延參數(shù)的精度要求更高，對(duì)于具有時(shí)變性的大遲延對(duì)象（主汽溫度控制對(duì)象）難以獲 得全局上的穩(wěn)定性，難以達(dá)到理想效果。同時(shí)，利用現(xiàn)有的各DCS系統(tǒng)的控制模塊，難以線 性地實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象純遲延特性的構(gòu)造，更難以對(duì)其具有動(dòng)態(tài)時(shí)變性的構(gòu)造。因此，對(duì)于主 蒸汽溫度的大遲延、大慣性、時(shí)變性的被控對(duì)象，能夠利用DCS系統(tǒng)的模塊建立一個(gè)與被控 對(duì)象相同結(jié)構(gòu)的大遲延、大慣性、時(shí)變性的模型，是能夠有效實(shí)現(xiàn)Smith預(yù)估控制的關(guān)鍵環(huán) -K- To
[0003] 機(jī)組主蒸汽溫度控制的熱力系統(tǒng)的整個(gè)控制對(duì)象可劃分為兩個(gè)部分：對(duì)象導(dǎo)前區(qū) G1(S)和對(duì)象惰性區(qū)G2(s)。這兩部分串聯(lián)組成對(duì)象控制通道G(s)。對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)和惰性 區(qū)都是具有大慣性且具有自平衡能力的對(duì)象，對(duì)象的惰性區(qū)同時(shí)還具有大遲延性，其建模 的復(fù)雜性要比慣性區(qū)大得多。
[0004] 由于對(duì)象的惰性區(qū)是具有慣性和大遲延的有自平衡對(duì)象，因此現(xiàn)有技術(shù)中其傳遞 函數(shù)為：
---------⑴ KjPT 2分別是惰性區(qū)模型的放大系數(shù)和慣性時(shí)間，τ為其純遲延時(shí)間。
[0005] 式（1)中的純延遲時(shí)間難以在DCS上實(shí)現(xiàn)，并無法實(shí)現(xiàn)其可變性和自動(dòng)調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種針對(duì)大延遲、大慣性和時(shí)變性的復(fù)雜被 控對(duì)象的用于DCS實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法。
[0007] 本發(fā)明針對(duì)其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為： 一種用于DCS實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法，其特征在于，對(duì)象惰性區(qū)的模型 結(jié)構(gòu)為： CN 105138041 A ~P 2/4 頁(yè)
其中，τ為純遲延時(shí)間，n為階數(shù)。
[0008] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的控制方法過程如下： ① 溫度設(shè)定值傳遞至PID控制器； ② 根據(jù)PID控制器的信號(hào)進(jìn)行燃料量前饋； ③ 經(jīng)步驟②操作后的主蒸汽，經(jīng)減溫水執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)門的傳遞函數(shù)Kll計(jì)算后，傳遞至 對(duì)象導(dǎo)前區(qū)G1 (s)，得到溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)θ2; ④ 步驟③Θ 2經(jīng)放大系數(shù)K 2計(jì)算后，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào)節(jié)； ⑤ 步驟③Θ 2經(jīng)放大系數(shù)K 2計(jì)算后，進(jìn)入所述G 2 (S)的模型計(jì)算，結(jié)合主蒸汽流量f (X) 調(diào)節(jié)，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào)節(jié)； ⑥ 步驟③θ2進(jìn)入對(duì)象惰性EG2(S)，得到主蒸汽溫度G1，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪 控制調(diào)節(jié)； 步驟④和⑤所述放大系數(shù)K2通過對(duì)惰性區(qū)進(jìn)行特性試驗(yàn)確定； 步驟⑤主蒸汽流量f (X)為機(jī)組在不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的的函數(shù)，具體為'1 Ρ，其中P為 機(jī)組功率； 更進(jìn)一步的，對(duì)于DCS系統(tǒng)中的一階慣性環(huán)節(jié)，若其慣性時(shí)間T不可動(dòng)態(tài)調(diào)整，則對(duì)DCS 組態(tài)時(shí)以常規(guī)的積分環(huán)節(jié)進(jìn)行變換，方法為：在原有慣性環(huán)節(jié)錢加一個(gè)積分環(huán)節(jié)，改變積分 時(shí)間比原有邏輯。
[0009] 本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思為： 對(duì)于傳統(tǒng)的惰性區(qū)傳遞函數(shù)：
-Cl:) 考慮多個(gè)一階慣性
環(huán)節(jié)串聯(lián)時(shí)動(dòng)態(tài)特性，一階慣性時(shí)表征對(duì)象不夠精準(zhǔn)，隨著 階數(shù)的增多，才能越來越表征對(duì)象的精確性，具體見圖2。 ?廣·
[0010] 仿真和計(jì)算表明，η從1逐漸增加時(shí)，η個(gè)時(shí)間常數(shù)為一的一階慣性環(huán)節(jié)對(duì)輸入X。 為單位階躍變化時(shí)的響應(yīng)Xn逐漸向一個(gè)純遲延為τ加上一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)的過程響應(yīng)曲 線轉(zhuǎn)變，即：
式（2)表明，可用多階相同時(shí)間常數(shù)的一階對(duì)象的串聯(lián)線性地表征汽溫控制中惰性區(qū) CN 105138041 A ~P 3/4 頁(yè) 的大慣性、大遲延性的特性，由于其基本實(shí)現(xiàn)單元為一階慣性環(huán)$
,而大多數(shù)DCS系 統(tǒng)組態(tài)中的一階慣性模塊的時(shí)間常數(shù)都是動(dòng)態(tài)可調(diào)的。由式（2)還表明，通過一階慣性環(huán) 節(jié)的一個(gè)參數(shù)的改變（即時(shí)間常數(shù)I )，就會(huì)使惰性區(qū)模型的慣性時(shí)間T2和純遲延時(shí)間τ 都相應(yīng)地發(fā)生改變，因此，式（2)為實(shí)現(xiàn)模型的自適應(yīng)控制奠定了基礎(chǔ)。
[0011] 本發(fā)明的積極效果在于： 1) 本發(fā)明采用了 DCS系統(tǒng)常規(guī)的組態(tài)模塊巧妙而方便地構(gòu)造了惰性區(qū)的模型結(jié)構(gòu)，通 過試驗(yàn)參數(shù)的確定，可使模型正確地反映出主蒸汽溫度的被控對(duì)象的大遲延、大慣性和時(shí) 變性的特性；經(jīng)過模型計(jì)算便于史密斯預(yù)估控制更加精準(zhǔn)的進(jìn)行控制； 2) 模型結(jié)構(gòu)具有對(duì)其慣性時(shí)間和純遲延時(shí)間動(dòng)態(tài)可調(diào)的特點(diǎn)，使模型具有時(shí)變性，以 此形成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有模型變化的自適應(yīng)性，使調(diào)節(jié)的魯棒性得到增強(qiáng)； 3) 燃料量作為前饋信號(hào)，以提高燃料擾動(dòng)時(shí)主汽溫度調(diào)節(jié)的及時(shí)性； 4) 導(dǎo)前溫度信號(hào)采用實(shí)際的溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)，并與模型的校正作用相結(jié)合形成了主汽溫 調(diào)節(jié)的預(yù)估控制，同時(shí)也避免了對(duì)慣性區(qū)對(duì)象在模型使用中出現(xiàn)的時(shí)變性和不確定性。
[0012] 5)該方法非常適用于主汽溫控制系統(tǒng)中存在大干擾、大延遲、時(shí)變性、不確定性和 非線性的復(fù)雜熱工對(duì)象，通過PID參數(shù)的整定，方便地實(shí)現(xiàn)了主蒸汽溫度的先進(jìn)的自動(dòng)控 制。
[0013] 6)該方法易于在工業(yè)分散控制系統(tǒng)DCS中實(shí)現(xiàn)，可有效地提高機(jī)組主蒸汽溫度的 調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的控制方法的實(shí)現(xiàn)方框圖； 圖2 -階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)式動(dòng)態(tài)特性示意圖； 圖3為以常規(guī)的積分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)一階慣性環(huán)節(jié)的方法示意圖； 附圖中，WJs)為PID控制器，Kll為減溫水執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)門的傳遞函數(shù)，Θ 2為溫度測(cè) 點(diǎn)信號(hào)，K2為放大系數(shù)，f(x)為機(jī)組在不同負(fù)荷下所對(duì)應(yīng)的的函數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施 例中的附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然， 所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施 例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于 本發(fā)明保護(hù)的范圍。 實(shí)施例
[0016] 如圖1-3所示，一種用于DCS實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法，過程如下： ①溫度設(shè)定值傳遞至PID控制器；所述PID控制器為DCS可實(shí)現(xiàn)的常規(guī)PID控制器，如 上海新華控制技術(shù)有限公司的XDPS400+型號(hào)； ② 根據(jù)PID控制器的信號(hào)進(jìn)行燃料量前饋；燃料量作為前饋信號(hào)，以提高燃料擾動(dòng)時(shí) 主汽溫度調(diào)節(jié)的及時(shí)性； ③ 經(jīng)步驟②操作后的主蒸汽，經(jīng)減溫水執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)門的傳遞函數(shù)Kll計(jì)算后，傳遞至 對(duì)象導(dǎo)前區(qū)G1 (s)，得到慣性區(qū)減溫器后的實(shí)際溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)θ2;信號(hào)Θ 2在動(dòng)態(tài)模型環(huán)節(jié) 的修正下作為預(yù)估信號(hào)進(jìn)行反饋，具體如步驟④、⑤和⑥； ④ Θ 2經(jīng)惰性區(qū)被控對(duì)象的放大系數(shù)K 2計(jì)算后，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào)節(jié)； ⑤ θ2經(jīng)放大系數(shù)K2計(jì)算后，進(jìn)入所述G2(S)的模型計(jì)算，對(duì)象惰性區(qū)的模型結(jié)構(gòu)為：
其中，τ為純遲延時(shí)間，η為階數(shù)； 結(jié)合主蒸汽流量f (X)調(diào)節(jié)，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào)節(jié)； ⑥ θ2進(jìn)入對(duì)象惰性EG2(S)，得到主蒸汽溫度G1，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào) 節(jié)；步驟④和⑤所述放大系數(shù)K 2通過對(duì)惰性區(qū)進(jìn)行特性試驗(yàn)確定； 步驟⑤主蒸汽流量f(x)為機(jī)組在不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的1的函數(shù)，具體為Ρ，其中P為 機(jī)組功率； 對(duì)于DCS系統(tǒng)中的一階慣性環(huán)節(jié)，若其慣性時(shí)間T不可動(dòng)態(tài)調(diào)整，則對(duì)DCS組態(tài)時(shí)以常 規(guī)的積分環(huán)節(jié)進(jìn)行變換，方法為：在原有慣性環(huán)節(jié)錢加一個(gè)積分環(huán)節(jié)，改變積分時(shí)間比原有 邏輯，見圖3，I"為現(xiàn)有的慣性時(shí)間。
[0017] 根據(jù)上述方法對(duì)主汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷升降、主汽溫度設(shè)定的調(diào)節(jié)， 主汽溫度的最終出口調(diào)節(jié)手段通過作用到減溫水調(diào)門上，經(jīng)噴水進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0018] 為了更便于理解，申請(qǐng)人假定導(dǎo)前區(qū)的傳遞函數(shù)為：
惰性區(qū)的傳遞函數(shù)為：
過熱器蒸汽溫度測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)為γΜ= γ 〇. lmA/°C ; 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和減溫水調(diào)節(jié)閥門的傳遞函數(shù)K2Ku = 1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于DCS實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法，其特征在于，對(duì)象惰性區(qū)的模 型結(jié)構(gòu)為：其中，T為純遲延時(shí)間，n為階數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，過程如下： ① 溫度設(shè)定值傳遞至PID控制器； ② 根據(jù)PID控制器的信號(hào)進(jìn)行燃料量前饋； ③ 經(jīng)步驟②操作后的主蒸汽，經(jīng)減溫水執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)門的傳遞函數(shù)Kll計(jì)算后，傳遞至 對(duì)象導(dǎo)前區(qū)G1 (s)，得到溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)02; ④ 步驟③Q 2經(jīng)放大系數(shù)K 2計(jì)算后，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào)節(jié)； ⑤ 步驟③Q 2經(jīng)放大系數(shù)K 2計(jì)算后，進(jìn)入所述G 2 (S)的模型計(jì)算，結(jié)合主蒸汽流量f (X) 調(diào)節(jié)，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪控制調(diào)節(jié)； ⑥ 步驟③9 2進(jìn)入對(duì)象惰性EG2(S),得到主蒸汽溫度G1，反饋至步驟①，進(jìn)入下一輪 控制調(diào)節(jié)； 步驟④和⑤所述放大系數(shù)K2通過對(duì)惰性區(qū)進(jìn)行特性試驗(yàn)確定； 步驟⑤主蒸汽流量f(x)為機(jī)組在不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的的函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，對(duì)于DCS系統(tǒng)中的一階慣性環(huán)節(jié)，若 其慣性時(shí)間T不可動(dòng)態(tài)調(diào)整，則對(duì)DCS組態(tài)時(shí)以常規(guī)的積分環(huán)節(jié)進(jìn)行變換，具體方法為：在 原有慣性環(huán)節(jié)錢加一個(gè)積分環(huán)節(jié)，改變積分時(shí)間比原有邏輯。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于DCS實(shí)現(xiàn)的火電機(jī)組主汽溫度的控制方法，其采用了DCS系統(tǒng)常規(guī)的組態(tài)模塊巧妙而方便地構(gòu)造了惰性區(qū)的模型結(jié)構(gòu)，通過試驗(yàn)參數(shù)的確定，可使模型正確地反映出主蒸汽溫度的被控對(duì)象的大遲延、大慣性和時(shí)變性的特性；經(jīng)過模型計(jì)算便于史密斯預(yù)估控制更加精準(zhǔn)的進(jìn)行控制。
【IPC分類】G05D23/32
【公開號(hào)】CN105138041
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510605560
【發(fā)明人】彭鋼, 殷喆, 高志存, 袁曉磊, 任素龍, 馬瑞
【申請(qǐng)人】河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月22日