CN101963344A

CN101963344A - 基于过程特性补偿的再热汽温控制方法

Info

Publication number: CN101963344A
Application number: CN 201010279522
Authority: CN
Inventors: 陈雨亭; 吕剑虹; 赵璐; 董宸; 郭颖; 赵亮; 崔晓波; 吴锦; 于冲; 王致新
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: CN101963344B

Abstract

基于过程特性补偿的再热汽温控制方法是一种火电机组再热汽温控制方法，针对再热汽温系统滞后大、非线性强、响应过程缓慢、在大幅度变负荷易超温等特性，通过将再热器进口联箱出口温度、再热器出口温度和再热器出口联箱出口温度进行有机整合，构成过程特性补偿回路，和比例积分控制回路共同组成新型再热汽温控制回路。提升了再热汽温系统的动态性能，加快了再热汽温的响应速度，有效减小再热汽温与设定值之间的偏差，在大幅度变负荷、启停磨煤机及吹灰等扰动工况下，能大大减少再热汽温超温情况的发生。同时，提高再热汽温控制系统的稳定性，防止再热汽温及再热喷水量的反复振荡，提高机组的运行效率。

Description

基于过程特性补偿的再热汽温控制方法

技术领域

本发明是一种基于过程特性补偿控制和比例积分控制相结合的控制策略，对火电机组再热汽温系统进行调节，使再热汽温快速、稳定、无偏差的跟踪设定值的一种控制方法。

背景技术

火电机组再热汽温系统通过再热器减温喷水阀门，完成再热汽温的调节，保证再热汽温对设定值的跟踪。再热器减温喷水阀门接收来自再热汽温控制系统的设定值指令，该指令决定阀门开度。阀门开度决定了减温喷水流量。在给水量和燃料量不变的条件下，减温喷水流量决定了再热器出口蒸汽流量和温度。

由于再热器的结构复杂、热容量大，再热汽温系统的蒸汽流程长，导致再热汽温系统有滞后时间大、非线性强、响应速度缓慢、在大幅度变负荷易超温等技术特性。

过程特性补偿控制方法对于大滞后、慢响应的控制是十分有效的，同时对于强非线性系统，也有一定的实用价值。传统单回路比例积分微分控制方法，仅用到再热器出口联箱出口温度，对再热汽温变化的响应缓慢，控制过程容易发散。传统串级回路控制方法，对再热器出口联箱出口温度和再热器入口温度分别进行比例积分微分控制，控制参数选取过程复杂，不利于现场调节。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于过程特性补偿的再热汽温控制方法，该方法是一种火电机组再热汽温系统的控制策略，用于解决火电机组再热汽温系统的滞后时间大、非线性强、响应速度缓慢、在大幅度变负荷易超温等问题。

技术方案：本发明为克服再热汽温系统的上述问题，弥补传统控制方案的不足，通过采用过程特性补偿控制回路和比例积分控制回路相结合的策略，减少再热汽温系统时滞，增加再热汽温系统响应速度和稳定性。

本发明的实现步骤如下：

1)从历史数据库获取如下数据序列：再热器减温喷水阀开度UA、再热器出口联箱出口温度T_r、再热器进口联箱出口温度T₂、输出为再热器出口温度T₃。

2)通过最小二乘系统辨识法获取如下传递函数：再热汽温传递函数G₀，该传递函数以UA为输入、T_r为输出，再热器进口联箱传递函数G₁，该传递函数以UA为输入、T₂为输出，再热器传递函数G₂，该传递函数以T₂为输入、T₃为输出，再热器出口联箱传递函数G₃，该传递函数以T₃为输入、T_r为输出；

3)构造过程特性补偿回路传递函数G_f，该传递函数以UA、T₂、T₃和T_r的加权和为输入、T_r为输出，其中UA、T₂、T₃和T_r的权值分别为1、f₁、f₂、f₃；

4)构造再热汽温期望传递函数G_s，该传递函数与G₀同阶，增益为G₀的增益的0.5至0.6倍之间，时间常数为G₀的时间常数的0.8至0.95倍之间；

5)调节T₂、T₃和T_r的权值f₁、f₂、f₃，使得G_f与G_s分母中2次以下(包括2次)项系数相同；

6)对G_f做单位阶跃激励，获得其单位阶跃响应的稳态值为ρ^-1、迟延为τ、达到稳态的时间为T_c；

7)配置比例积分控制器的比例带为，积分时间常数为3.3τ，初始输出为G_f与G_s中常数项之差；

8)将T_r与再热器温度设定值T₀的偏差ΔT传送到比例积分控制器，经比例积分控制器计算后，输出比例积分控制回路控制量U_PI；

9)将U_PI与T₂、T₃和T_r作加权和(权系数分别为1、-f₁、-f₂、-f₃)，得到过程特性补偿控制回路控制量U_SP；

10)将U_SP作为再热器减温喷水阀开度的目标值，传送到再热器减温喷水阀执行机构中，通过改变再热器减温喷水阀开度：

a)开度增大，再热器减温喷水流量增大，再热器进口联箱入口蒸汽温度下降、蒸汽流量增大，单位蒸汽吸热量减小，再热器出口联箱出口汽温下降；

b)开度减小，再热器减温喷水流量减小，再热器进口联箱入口蒸汽温度上升、蒸汽流量减小，单位蒸汽吸热量增大，再热器出口联箱出口汽温上升；

从而控制再热器出口联箱出口汽温变化。

有益效果：通过采用过程特性补偿控制回路和比例积分控制回路相结合的策略，减少再热汽温系统时滞，增加再热汽温系统响应速度和稳定性。

附图说明

图1为再热汽温系统总体结构图，

图2为再热汽温系统详细结构图，

图3为过程特性补偿回路总体结构图，

图4为过程特性补偿回路详细结构图，

图5为本发明的控制结构图，

图6为本发明的控制逻辑图。

具体实施方式

本发明的具体实现过程如下：

1、通过对火电机组进行现场试验或调取历史数据，获取如下数据：再热器减温喷水阀门开度UA，再热器进口联箱出口温度T₂，再热器出口温度T₃，再热器出口联箱出口温度T_r。

2、基于图2中的再热汽温系统结构，根据获取的数据辨识数学模型，采用传递函数模型，辨识图2中对应的传递函数：UA对T₂的传递函数

T₂对T₃的传递函数

T₃对T_r的传递函数

以及图2中的常值c₁、c₂和c₃。

3、根据图2中的再热汽温系统结构，图1中UA对T_r的传递函数

常值c₀＝c₁k₂k₃+c₂k₃+c₃。

4、根据图3，构造输入为UA、T₂、T₃和T_r的加权和U_PI、输出为T_r的传递函数

其中UA、T₂、T₃和T_r的权值分别为1、f₁、f₂、f₃，常值为c_f。根据图4结构将G_f(s)展开得，

G_{f} (s) = \frac{k_{f}}{A_{f} (s)} = \frac{\frac{k_{1} k_{2} k_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}}{s^{5} + a_{4} s^{4} + a_{3} s^{3} + a_{2} s^{2} + a_{1} s + a_{0}},

其中

a_{4} = \frac{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} + 2 T_{1} {T_{2}}^{2} T_{3} + 2 {T_{1}}^{2} T_{2} T_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}

a_{3} = \frac{2 T_{1} {T_{2}}^{2} + 2 {T_{1}}^{2} T_{2} + {T_{1}}^{2} T_{3} + {T_{2}}^{2} T_{3} + 4 T_{1} T_{2} T_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} + \frac{1}{{T_{1}}^{2}} f_{1}

a_{2} = \frac{4 T_{1} T_{2} + 2 T_{1} T_{3} + 2 T_{2} T_{3} + {T_{1}}^{2} + {T_{2}}^{2}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} + \frac{T_{2} + 2 T_{3}}{{T_{1}}^{2} T_{2} T} f_{2}

a_{1} = \frac{2 T_{1} + 2 T_{2} + T_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} + \frac{2 T_{2} + T_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} f_{1} + \frac{1}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2}} f_{2}

a_{0} = \frac{1}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} (1 + f_{1} + f_{2} + f_{3})

常值

c_{f} = \frac{c_{3} f_{2} k_{1} k_{2} + c_{3} f_{1} k_{1} + c_{2} f_{1} k_{1} k_{3} + c_{1} k_{2} k_{3} + c_{2} k_{3} + c_{3}}{1 + c_{3} k_{1} k_{2} k_{3} + c_{2} k_{1} k_{2} + c_{1} k_{1}} .

5、构造期望的再热汽温系统模型G_s，使

G_{s} = \frac{γ^{5} k_{1} k_{2} k_{3}}{{(γ T_{1} s + 1)}^{2} {(γ T_{2} s + 1)}^{2} (γ T_{3} s + 1)} = \frac{\frac{k_{1} k_{2} k_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}}{s^{5} + b_{4} s^{4} + b_{3} s^{3} + b_{2} s^{2} + b_{1} s + b_{0}}

其中

b_{4} = \frac{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} + 2 T_{1} {T_{2}}^{2} T_{3} + 2 {T_{1}}^{2} T_{2} T_{3}}{γ {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}

b_{3} = \frac{2 T_{1} {T_{2}}^{2} + 2 {T_{1}}^{2} T_{2} + {T_{1}}^{2} T_{3} + {T_{2}}^{2} T_{3} + 4 T_{1} T_{2} T_{3}}{γ^{2} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}

b_{2} = \frac{4 T_{1} T_{2} + 2 T_{1} T_{3} + 2 T_{2} T_{3} + {T_{1}}^{2} + {T_{2}}^{2}}{γ^{3} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}

b_{1} = \frac{2 T_{1} + 2 T_{2} + T_{3}}{γ^{4} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}

b_{0} = \frac{1}{γ^{5} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}}

取γ＝0.9。则G_s的增益为G₀的增益的0.6倍，G_s的时间常数为G₀的时间常数的0.9倍。

6、解如下方程组

\{\begin{matrix} \frac{4 T_{1} T_{2} + 2 T_{1} T_{3} + 2 T_{2} T_{3} + {T_{1}}^{2} + {T_{2}}^{2}}{γ^{3} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} = \frac{4 T_{1} T_{2} + 2 T_{1} T_{3} + 2 T_{2} T_{3} + {T_{1}}^{2} + {T_{2}}^{2}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} + \frac{T_{2} + 2 T_{3}}{{T_{1}}^{2} T_{2} T} f_{2} \\ \frac{2 T_{1} + 2 T_{2} + T_{3}}{γ^{4} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} = \frac{2 T_{1} + 2 T_{2} + T_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} + \frac{2 T_{2} + T_{3}}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} f_{1} + \frac{1}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2}} f_{2} \\ \frac{1}{γ^{5} {T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} = \frac{1}{{T_{1}}^{2} {T_{2}}^{2} T_{3}} (1 + f_{1} + f_{2} + f_{3}) \end{matrix}

得f₁、f₂和f₃。

7、对G_f做单位阶跃激励，获得其单位阶跃响应的稳态值为ρ^-1、迟延为τ、达到稳态的时间为T_c。配置比例积分控制器的比例带为

，积分时间常数为3.3τ，初始输出为c_f-c₀。

8、根据图5分别构造比例积分控制回路和过程特性补偿回路。

9、由图6所示，再热器出口联箱出口处温度测点测得的温度值，通过阻尼运算，消去高频干扰，然后与再热汽温设定值作差，送往调节器偏差入口。偏差值由调节器进行比例积分运算，然后与再热器进口联箱出口温度、再热器出口温度和再热器出口联箱出口温度作加权和(权系数为1、-f₁、-f₂和-f₃)，作为调节器运算输出值。

调节器处在手动状态时，调节器的输出由手动操作，同时自动跟踪再热器减温喷水阀门开度，以实现无扰切换。

调节器处于自动状态时，调节运算输出值经过限幅模块，送往再热器减温喷水阀门的执行机构。

Claims

1.一种基于过程特性补偿的再热汽温控制方法，其特征在于该方法包括比例积分控制回路、过程特性补偿控制回路；其控制步骤为：

a).从历史数据库获取如下数据序列：再热器减温喷水阀开度UA、再热器出口联箱出口温度T_r、再热器进口联箱出口温度T₂、输出为再热器出口温度T₃；

b).通过最小二乘系统辨识法获取如下传递函数：再热汽温传递函数G₀，该传递函数以UA为输入、T_r为输出，再热器进口联箱传递函数G₁，该传递函数以UA为输入、T₂为输出，再热器传递函数G₂，该传递函数以T₂为输入、T₃为输出，再热器出口联箱传递函数G₃，该传递函数以T₃为输入、T_r为输出；

c).构造过程特性补偿回路传递函数G_f，该传递函数以UA、T₂、T₃和T_r的加权和为输入、T_r为输出，其中UA、T₂、T₃和T_r的权值分别为1、f₁、f₂、f₃；

d).构造再热汽温期望传递函数G_s，该传递函数与G₀同阶，增益为G₀的增益的0.5至0.6倍之间，时间常数为G₀的时间常数的0.8至0.95倍之间；

e).调节T₂、T₃和T_r的权值f₁、f₂、f₃，使得G_f与G_s分母中2次以及2次以下项系数相同；

f).对G_f做单位阶跃激励，获得其单位阶跃响应的稳态值为ρ^-1、迟延为τ、达到稳态的时间为T_c；

g).配置比例积分控制器的比例带为

，积分时间常数为3.3τ，初始输出为G_f与G_s中常数项之差；

h).将T_r与再热器温度设定值T₀的偏差ΔT传送到比例积分控制器，经比例积分控制器计算后，输出比例积分控制回路控制量U_PI；

i)将U_PI与T₂、T₃和T_r作加权和，得到过程特性补偿控制回路控制量U_SP；其中U_PI与T₂、T₃和T_r的权系数分别为1、-f₁、-f₂、-f₃；

j).将U_SP作为再热器减温喷水阀开度的目标值，传送到再热器减温喷水阀执行机构中，通过改变再热器减温喷水阀开度：

j1.开度增大，再热器减温喷水流量增大，再热器进口联箱入口蒸汽温度下降、蒸汽流量增大，单位蒸汽吸热量减小，再热器出口联箱出口汽温下降；

j2.开度减小，再热器减温喷水流量减小，再热器进口联箱入口蒸汽温度上升、蒸汽流量减小，单位蒸汽吸热量增大，再热器出口联箱出口汽温上升；

从而控制再热器出口联箱出口汽温变化。