CN102587992A - 螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，通过调节螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度来调节螺杆膨胀动力机的输出功率，其中，预先调节螺杆膨胀动力机进汽阀门开度，使螺杆膨胀动力机的输出功率加速到预设功率PID投入点功率值；之后，以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上。本发明还公开一种螺杆膨胀动力机输出功率的控制装置，包括功率加速控制模块、PID控制器及切换开关，在螺杆膨胀动力机的输出功率达到功率PID投入点功率值时，可从功率加速状态切换到PID控制状态，从而稳定螺杆膨胀动力机的输出功率，保证发电并网的品质。

Description

螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法及控制装置
本发明要求于2011年01月07日提交的申请号为“201110002768.9”、名称为“螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法及控制装置”中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于本发明之中。
技术领域
本发明涉及螺杆膨胀动力机技术领域，尤其涉及一种螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法及控制装置，为螺杆膨胀动力机发电机组并网后的功率控制方案。
背景技术
螺杆膨胀动力机为近几年在市场上得到良好应用的新型动力机，可以带动旋转设备(如风机、泵、发电机等)做功。特别是可以利用低品质的能量源旋转拖动发电机做功，将低品质的能量转化为高品质的电能。发出的电能并入电网运行，可达到节能的目的。
螺杆膨胀动力机的具体结构请参考中国发明专利申请公开说明书(CN1540139A)，其设有两根相互啮合的阴、阳螺旋转子，它们通过两端的轴承安装在壳体内；在壳体的两端设有前后端盖，在壳体的上部设有进汽道和进汽道口，并通过阴、阳螺旋转子；在螺旋转子的下方设有排汽道；在壳体与阴、阳螺旋转子的轴面之间各装有两对机械密封装置，为一种浮动式双向机械密封装置。
该螺杆膨胀动力机的工作过程为：具有一定温度和压力的热水、蒸汽和水汽两相流体经汽道进入前壳体的进汽道口；在进入阳转子的齿槽内，蒸汽或热液的容腔逐渐增大，蒸汽或热液降压降温膨胀做功，推动阴、阳转子转动；做完功的蒸汽或热液由排汽道排出；功率由阳转子的输出端输出，可带动水泵、风机或发电机等设备。
针对这种新型的动力机，有必要设计一种螺杆膨胀动力机发电机组并网后的功率控制方法及控制设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种螺杆膨胀动力机输出功率控制方法及控制装置，以保证发电并网品质。
为解决以上技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，通过调节螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度来调节螺杆膨胀动力机的输出功率，其中，预先调节螺杆膨胀动力机进汽阀门开度，使螺杆膨胀动力机的输出功率加速到预设功率PID投入点功率值；之后，以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上。
较优地，PID控制投入前，逐步增大螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度。
较优地，包括多个功率加速阶段，步进式增大膨胀动力机进汽阀门的开度。
较优地，相邻功率加速阶段之间间隔一定时间。
较优地，每个功率加速阶段，等幅调节膨胀动力机进汽阀门的开度。
较优地，PID控制投入后，对PID控制的输出进行限幅。
本发明提供的螺杆膨胀动力机输出功率的控制装置，包括：
功率加速控制模块，接入螺杆膨胀动力机的进汽阀门与螺杆膨胀动力机的功率输出转子之间，使螺杆膨胀动力机的输出功率加速到预设功率PID投入点功率值；
PID控制器，输入端接螺杆膨胀动力机的进汽阀门，输出端接螺杆膨胀动力机的功率输出转子，用于以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上；
切换开关，连接功率加速控制模块与PID控制器，用于在螺杆膨胀动力机的输出功率达到功率PID投入点功率值时，将螺杆膨胀动力机从功率加速状态切换到PID控制状态。
可选地，所述切换开关为手动切换开关。
可选地，所述切换开关为自动切换开关。
较优地，包括限幅器，连接PID控制器的输出端，用于对PID控制器的输出进行限幅。
与现有技术相比，本发明可使螺杆膨胀动力发电机组输出功率稳定在额定功率上，从而保证了发电并网品质。，除此以外，本发明还取得了以下有益的技术效果；(1)慢速逐渐打开阀门，逐渐增加发电机输出功率，功率变化幅度不大；(2)有利于热力管网的稳定；(3)有利于电网的稳定；(4)有利于同步发电机励磁调节的稳定。
附图说明
图1为本发明螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法的流程图；
图2为本发明螺杆膨胀动力机功率控制特性曲线；
图3为本发明螺杆膨胀动力机输出功率的控制装置的组成框图。
具体实施方式
本发明的核心为，将螺杆膨胀动力机启动到额定功率运行过程前，离散步进式调节进汽阀门开度使螺杆膨胀动力机达到功率PID投入点功率值。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，为本发明螺杆膨胀动力机输出功率控制方法一较优实施例的流程图，包括以下步骤：
S101、调节螺杆膨胀动力机进汽阀门开度，使螺杆膨胀动力机的输出功率加速。
在PID投入前，逐步增大螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度。优选地，包括多个功率加速阶段，步进式增大膨胀动力机进汽阀门的开度；并且，在相邻功率加速阶段之间间隔一定时间；以及，每个功率加速阶段，等幅调节膨胀动力机进汽阀门的开度。
S102、判断螺杆膨胀动力机的输出功率是否达到预设功率PID投入点功率值，
若是，进入S103步骤的PID控制；
若否，继续S101步骤的功率加速。
S103、以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上。
所谓PID控制，是指调节器控制规律为比例、积分、微分控制，又称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。其中，PID控制器的参数整定为核心内容，它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。本发明中，即按现有技术的教导整定螺杆膨胀动力机的有关参数，在此不再赘述。
这样，在螺杆膨胀动力机的输出功率达到预设功率PID投入点功率值之后，以螺杆膨胀动力机的进汽阀门开度为输入、螺杆膨胀动力机的输出功率为输出、螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数进行PID控制，就可使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率，从而保证螺杆膨胀动力机整机运行平稳，保证并网发电的品质。
参见图2，为螺杆膨胀动力机的功率控制特性曲线，其中：Pn为额定功率；Ppid为功率PID投入点功率值；t1为步进式调节螺杆膨胀动力机进汽阀门开度的间隔时间，即每隔t1秒钟的时间，增加一定的阀门开度(如1％或n％)。
根据图2所设定的功率控制特性曲线，整个螺杆膨胀动力机输出功率控制方法为：
(1)在PID控制投入之前(P＜Ppid)，采用离散步进式控制方案；
(2)在螺杆膨胀动力机的输出功率接近额定功率Pn时，功率达到Ppid，机组损入PID运行控制，以达到稳定功率的目的。
特别地，在PID控制中增加PID输出限制器，以便对PID控制的输出进行限幅，从而避免输出控制幅度过大，增强PID控制的稳定性。
参见图3，示出本发明螺杆膨胀动力机功率控制系统原理框图，其包括：功率加速控制模块500、PID控制器300、限幅器400、切换开关200等部件，其中：
功率加速控制模块500，通过切换开关200接入螺杆膨胀动力机的进汽阀门100与螺杆膨胀动力机的功率输出转子600之间，用于使螺杆膨胀动力机的输出功率加速到预设功率PID投入点功率值；
PID控制器300，输入端通过切换开关200接螺杆膨胀动力机的进汽阀门100，输出端通过限幅器400接螺杆膨胀动力机的功率输出转子600，用于以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上；
切换开关200，为手动切换开关或自动切换开关，其连接功率加速控制模块500与PID控制器300，用于在螺杆膨胀动力机的输出功率达到预设功率PID投入点功率时，将螺杆膨胀动力从功率加速状态切换到PID控制状态。
限幅器400，连接PID控制器300的输出端，用于对PID控制的输出进行限幅，从而避免输出控制幅度过大，增强PID控制的稳定性。
本发明采用并联PID调节模式，控制电动执行机构调节进汽阀门的开度，从而保证螺杆膨胀动力机按设定功率运行：蒸汽不足时，打开阀门尽量多发电；反之，蒸汽富余时，控制在额定功率。
本发明包括但不限于以下优点：(1)慢速逐渐打开阀门，逐渐增加发电机输出功率，功率变化幅度不大；(2)有利于热力管网的稳定；(3)有利于电网的稳定；(4)有利于同步发电机励磁调节的稳定。
以上对本发明进行了详细介绍，文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，其中以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，其特征在于，通过调节螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度来调节螺杆膨胀动力机的输出功率，其中，预先调节螺杆膨胀动力机进汽阀门开度，使螺杆膨胀动力机的输出功率加速到预设功率PID投入点功率值；之后，以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上。
2.如权利要求1所述的螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，其特征在于，PID控制投入前，逐步增大螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度。
3.如权利要求2所述的螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，其特征在于，包括多个功率加速阶段，步进式增大膨胀动力机进汽阀门的开度。
4.如权利要求3所述的螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，其特征在于，相邻功率加速阶段之间间隔一定时间。
5.如权利要求3所述的螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，其特征在于，每个功率加速阶段，等幅调节膨胀动力机进汽阀门的开度。
6.如权利要求1-5任一项所述的螺杆膨胀动力机输出功率的控制方法，其特征在于，PID控制投入后，对PID控制的输出进行限幅。
7.一种螺杆膨胀动力机输出功率的控制装置，其特征在于，包括：
功率加速控制模块，接入螺杆膨胀动力机的进汽阀门与螺杆膨胀动力机的功率输出转子之间，使螺杆膨胀动力机的输出功率加速到预设功率PID投入点功率值；
PID控制器，输入端接螺杆膨胀动力机的进汽阀门，输出端接螺杆膨胀动力机的功率输出转子，用于以螺杆膨胀动力机的输出功率为反馈参数，对螺杆膨胀动力机进汽阀门的开度进行PID控制，使螺杆膨胀动力机的输出功率稳定在额定功率值上；
切换开关，连接功率加速控制模块与PID控制器，用于在螺杆膨胀动力机的输出功率达到功率PID投入点功率值时，将螺杆膨胀动力机从功率加速状态切换到PID控制状态。
8.如权利要求7所述的螺杆膨胀动力机功率的控制装置，其特征在于，所述切换开关为手动切换开关。
9.如权利要求7所述的螺杆膨胀动力机功率的控制装置，其特征在于，所述切换开关为自动切换开关。
10.如权利要求7～9任一项所述的螺杆膨胀动力机的功率控制装置，其特征在于，包括限幅器，连接PID控制器的输出端，用于对PID控制器的输出进行限幅。
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