CN104100509A - 电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，包括对各参数的实时测量信号、给水泵及给水泵出口门状态信号进行逻辑判断和逻辑运算；对逻辑运算的结果和电动给水泵的入口流量进行PID调节运算；将PID调节运算的结果对电动给水泵的控制指令进行自动偏置；对给水泵再循环调节阀使用回滞函数进行控制，以减少给水泵再循环调节阀对入口流量的扰动。在两种给水泵并列运行时，通过实时控制电动给水泵的指令偏置，将各给水泵入口流量控制在设计比例，防止各泵之间抢水现象发生，使两种给水泵并列运行时更好的适应机组负荷变化。减轻运行操作人员的操作强度，减少误操作几率，增加火电机组的自动化控制水平，保障机组在上述工况下安全稳定运行。

Description

电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，尤其涉及一套在火力发电厂锅炉给水系统中能够使转速-流量特性曲线不同的电动给水泵和汽动给水泵并列运行时的自动控制方法，能有效解决电动给水泵与汽动给水泵之间在机组变负荷的情况下相互抢水的问题。 

背景技术

目前火力发电厂锅炉给水系统一般由一台30%～40%MCR出力电动给水泵和两台50%MCR出力的汽动给水泵共同组成，总给水控制指令同步控制3台给水泵的转速，正常工况下2台汽动给水泵运行，一台电动给水泵备用；当特殊工况时可能会需要3台给水泵一起运行；一台汽动给水泵检修且机组负荷大于50%MCR时，需要一台电动给水泵和一台汽动给水泵并列运行。正常运行时由于两台汽动给水泵转速-流量特性曲线相同，所以维持两台汽动给水泵转速相近就可以保证两台泵的出力、出口压力、流量基本相同，不会出现两台给水泵之间相互抢水的问题。但是当一台电动给水泵和两台汽动给水泵并列运行或一台电动给水泵与一台汽动给水泵并列运行时，由于电动给水泵和汽动给水泵转速-流量特性不同，以及给水泵再循环调节阀调节波动等因素的影响，在机组变动负荷时，易造成这电动给水泵与汽动给水泵的出力、入口流量比例失调，泵出口压力出现偏差，后果是出口压力较高的泵会将出口压力较低的泵的出口逆止门在压差的作用下关闭，出口压力较低的泵的就会失去供水作用，出现给水泵之间相互抢水，引发给水流量大幅波动，危及机组安全稳定运行。即使有些控制逻辑中考虑了不同给水泵间的转速指令偏置问题，也需要通过运行人员手动时刻根据各给水泵入口流量实时手动调整泵的转速偏置，这就增大了运行人员的操作强度、效率低下，降低了机组自动化程度，同时增大了误操作的几率，影响火电机组安全稳定运行。 

发明内容

为了克服转速-流量特性曲线不同的电动给水泵与汽动给水泵并列运行时给水泵之间相互抢水的问题，本发明提供一种电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，目的是能够实时自动控制电动给水泵与汽动给水泵的转速偏置，自动纠正电动给水泵与汽动给水泵之间的流量偏差，使运行中各给水泵的入口流量始终控制在设计出力比例，防止某一台给水泵在机组变负荷过程中出现因出口压力低于其余泵而造成流量大幅降低，失去供水运行作用；保障了火力发电机组安全稳定运行,还可以进一步提高电厂的自动化程度。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，包括对各参数的实时测量信号、给水泵及给水泵出口门状态信号进行逻辑判断和逻辑运算；对逻辑运算的结果和电动给水泵的入口流量进行PID调节运算；将PID调节运算的结果对电动给水泵的控制指令进行自动偏置；对给水泵再循环调节阀使用回滞函数进行控制，以减少给水泵再循环调节阀对入口流量的扰动；

DCS控制系统对给水泵入口流量、给水泵出口压力、给水泵的状态和给水泵出口门的状态进行逻辑判断和运算：如果某给水泵在运行状态，且给水泵出口门在全开状态，就逻辑判断为本台给水泵正在正常工作状态；如果本台泵在正常工作状态就将本台给水泵的入口流量计为有效流量；各泵有效流量相加就是给水泵总入口流量（F）；

根据各给水泵的工作状态和各给水泵的额定容量，计算出电动给水泵入口流量的设定值：如果某给水泵在正常工作状态，就将本泵的额定容量计为有效额定容量，否者有效容量计为0，各有效容量相加就是总的有效额定容量，电动给水泵的额定容量除以总的有效额定容量就是电动给水泵应该占有的给水泵总入口流量的比例（R），再乘以给水泵总入口流量（F）就是电动给水泵入口流量的设定值(SP)。 

所述的电动给水泵与汽动给水泵为特性曲线不同的电动给水泵和汽动给水泵。

所述的根据各给水泵的工作状态和各给水泵的额定容量，计算出电动给水泵入口流量的设定值，其计算方法表达公式是： 

SP=R×F=(A5/(A3+A4+A5))×(AI3/(AI1+AI2+AI3))

上式中：

A3：A汽泵的额定容量；

A4：B汽泵的额定容量；

A5：电泵的额定容量；

AI1：A汽泵的入口流量；

AI2：B汽泵的入口流量；

AI3：电泵的入口流量；

所述的其中各给水泵的额定容量A3、A4、A5可以根据工程实际和工程设计书进行重新整定；电动给水泵入口流量的设定值(SP)和电动给水泵的入口流量(AI3)同时送到PID进行调节计算，PID的输出值作为对电动给水泵控制指令的偏置；PID中设置一定的调节死区，以消除流量测量的误差和波动对PID的干扰；增加一个M/A手操站实现电动给水泵指令偏置的手/自动切换，M/A手操站的输入值为PID的输出值，M/A手操站的输出值送入到电动给水泵的控制指令中，作为电动给水泵控制指令的偏置；M/A手操站在手动状态时可以由运行人员手动操作，PID输出值跟踪运行操作人员的手动输入值；投入自动后PID将进入工作状态，PID将实时的自动调节电动给水泵控制指令的偏置。 

所述的给水泵再循环调节阀的控制采用回滞函数的控制方法；回滞函数由两条有间隙的流量-调阀开度函数曲线、高值选择器、低值选择器组成，两条流量-调门开度函数曲线的间隙就是调阀开度的回滞区间，在此区间内再循环调节阀不进行调节，能有效的防止再循环调节阀的频繁调节和波动。

所述的电动给水泵与汽动给水泵在并列运行时的自动控制，可以在各个DCS控制系统或具有模拟量控制功能的PLC中实现，按照SAMA图进行逻辑组态，然后根据工程实际进行PID整定后就可以实现给水泵并列运行的自动控制。

本发明的有益效果是： 

在特性曲线不同的电动给水泵和汽动给水泵并列运行时，通过实时控制电动给水泵的指令偏置，将各给水泵入口流量控制在设计比例，防止各泵之间抢水现象发生，使电动给水泵、汽动给水泵并列运行时更好的适应机组负荷变化。

（1）减轻了运行操作人员的操作强度。

（2）减少了运行操作人员误操作的几率。

（3）增加了火电机组的自动化控制水平，保障了机组在上述工况下安全稳定运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。 

图1是本发明的控制总SAMA图；

图2是给水泵状态判断逻辑关系图；

图3是电动给水泵入口流量应占比例计算SAMA图；

图4是给水泵总入口流量计算SAMA图；

图5是偏置PID及给水泵控制指令SAMA图；

图6是给水泵再循环调节门回滞函数控制方式SAMA图；

图7是再循环调节门关闭方向曲线；

图8是再循环调节门打开方向曲线。

具体实施方式

本发明是一种特性曲线不同的电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，是通过 PID运算，自动控制电动给水泵指令的偏置值实现特性不同的电动给水泵与汽动给水泵并列运行时的自动控制；给水泵再循环调节阀的控制采用回滞函数控制方法进行配合控制； 

通过给水泵及出口门状态逻辑判断并计算电动给水泵入口流量应占的流量比例；

通过电动给水泵入口流量应占的流量比例计算出的电动给水泵入口流量设定值和电动给水泵入口实际流量进行PID运算，PID的输出为电动给水泵控制指令的偏置值；

通过两条泵入口流量与再循环开度的曲线组成回滞函数进行给水泵再循环调节阀控制，通过两条函数曲线间的间隙作为调节阀控制死区，在死区内阀门不进行调节，以减少再循环调节阀对入口流量的扰动。

本发明具体包括：对各参数的实时测量信号、给水泵及给水泵出口门状态信号进行逻辑判断和逻辑运算；对逻辑运算的结果和电动给水泵的入口流量进行PID调节运算；将PID调节运算的结果对电动给水泵的控制指令进行自动偏置；对给水泵再循环调节阀使用回滞函数进行控制，以减少给水泵再循环调节阀对入口流量的扰动。

DCS控制系统对给水泵入口流量、给水泵出口压力、给水泵的状态和给水泵出口门的状态进行逻辑判断和运算：如果某给水泵在运行状态，且给水泵出口门在全开状态，就逻辑判断为本台给水泵正在正常工作状态；如果本台泵在正常工作状态就将本台给水泵的入口流量计为有效流量；各泵有效流量相加就是给水泵总入口流量（F）。 

根据各给水泵的工作状态和各给水泵的额定容量，计算出电动给水泵入口流量的设定值：如果某给水泵在正常工作状态，就将本泵的额定容量计为有效额定容量，否者有效容量计为0，各有效容量相加就是总的有效额定容量，电动给水泵的额定容量除以总的有效额定容量就是电动给水泵应该占有的给水泵总入口流量的比例（R），再乘以给水泵总入口流量（F）就是电动给水泵入口流量的设定值(SP)。

上述计算方法可以用下列公式简单表达： 

SP=R×F=(A5/(A3+A4+A5))×(AI3/(AI1+AI2+AI3))

上式中：

SP：电动给水泵入口流量的设定值

R：电动给水泵入口流量应占给水泵总入口流量的比例

F：给水泵总入口流量

A3：A汽泵的额定容量

A4：B汽泵的额定容量

A5：电泵的额定容量

AI1：A汽泵的入口流量

AI2：B汽泵的入口流量

AI3：电泵的入口流量

其中各给水泵的额定容量A3、A4、A5可以根据工程实际和工程设计书进行重新整定。 

电动给水泵入口流量的设定值(SP)和电动给水泵实际入口流量(AI3)同时送到PID进行调节计算，PID的输出值作为对电动给水泵控制指令的偏置；PID中设置一定的调节死区，以消除流量测量的误差和波动对PID的干扰。

增加一个M/A手操站实现电动给水泵指令偏置的手/自动切换，M/A手操站的输入值为PID的输出值，M/A手操站的输出值送入到电动给水泵的控制指令中，作为电动给水泵控制指令的偏置；M/A手操站在手动状态时可以由运行人员手动操作，PID输出值跟踪运行操作人员的手动输入值。投入自动后PID将进入工作状态，PID将实时的自动调节电动给水泵控制指令的偏置。

给水泵再循环调节阀的控制采用回滞函数的控制方法。回滞函数由两条有间隙的流量-调阀开度函数曲线、高值选择器、低值选择器组成，两条流量-调门开度函数曲线的间隙就是调阀开度的回滞区间，在此区间内再循环调节阀不进行调节，能有效的防止再循环调节阀的频繁调节和波动。

特性曲线不同的电动给水泵与汽动给水泵在并列运行时的自动控制，可以在各个DCS控制系统或具有模拟量控制功能的PLC中实现，按照SAMA图进行逻辑组态，然后根据工程实际进行PID整定后就可以实现给水泵并列运行的自动控制。 

如图1所示，图1是本发明的控制总体SAMA图。根据这个SAMA图可以在任何DCS控制系统或具有模拟量控制功能的PLC中使用系统自带的功能块进行逻辑组态，以完成对汽动给水泵和电动给水泵的并列运行自动控制，具体方法如下所示：

将SAMA图的输入点替换为工程实际的参数变量点和设备状态点；

根据工程实际或工程设计书将各泵的额定容量参数进行整定，按照本篇文中的规定即为A3、A4、A5；

根据工程实际将各给水泵的输出控制指令进行输出点替换；

将给水控制系统输出的总给水指令送到本控制方法的总给水指令输入点（AI5）中；

整定偏置控制PID的控制参数和调节死区：PID参数整定时可以将比例增益（Kp）的作用稍弱、积分时间（Ti）稍长以防止动作过快，把微分时间（Td）取消，取消微分作用是防止因流量波动引起电动给水泵频繁抖动。

各部分控制功能的具体实施方法： 

如图2所示，图2是给水泵状态判断逻辑。电动给水泵在运行状态且电动给水泵出口门全开时判定电动给水泵在工作状态；A汽动水泵在运行状态且A汽动给水泵出口门全开时判定A汽动给水泵在工作状态；B汽动电动给水泵在运行状态且B汽动给水泵出口门全开时判定B汽动给水泵在工作状态。

如图3所示，图3是计算电动给水泵入口流量应占所有给水泵总入口流量的百分比。设定A汽动给水泵为50%MCR容量，B汽动给水泵为50%MCR容量，电动给水泵为40%MCR容量；A汽动给水泵在工作状态时就将A汽泵的有效容量计为50%，否则将A汽泵的有效容量计为0%；B汽动给水泵在工作状态时就将B汽泵的有效容量计为50%，否则将A汽泵的有效容量计为0%；电泵在工作状态时就将电泵的有效容量计为40%，否则将电泵的有效容量计为0%；假设2台汽动给水泵和一台电动给水泵同时正常工作则电动给水泵入口流量的占给水泵总入口流量的比例应为40%/(50%+50%+40%)=4/14；如果一台汽动给水泵和一台电动给水泵正常工作则电动给水泵入口流量的占给水泵总入口流量的比例应为40%/(50%+40%)=4/9。

如图4所示，图4是给水泵入口总流量的计算方法。如果给水泵正常工作，就把本泵的流量计入总流量，否则即便是入口有流量，也不计入总流量；各给水泵入口流量相加就为给水泵入口的总流量。 

如图5所示，图5是偏置PID及给水泵控制指令SAMA图。其中电动给水泵入口流量应占给水泵总入口流量的比例(R)，乘以给水泵总入口流量(F)，就是电动给水泵入口流量的设定值（SP）。

计算表达式为：

SP=R×F=(A5/(A3+A4+A5))×(AI3/(AI1+AI2+AI3))

上式中：

SP：电动给水泵入口流量的设定值

R：电动给水泵入口流量应占给水泵总入口流量的比例

F：给水泵总入口流量

A3：A汽泵的额定容量

A4：B汽泵的额定容量

A5：电泵的额定容量

AI1：A汽泵的入口流量

AI2：B汽泵的入口流量

AI3：电泵的入口流量

电动给水泵入口流量的设定值(SP)和电动给水泵入口流量(AI3)分别送到偏置控制PID的SP和PV端，经PID运算后输出送到电动给水泵偏置手操器，其中偏置手操器在SAMA图中是M4；给水泵总指令通过A汽动给水泵指令函数（F1）和A汽动给水泵手操器（M1）形成A汽动给水泵转速指令；给水泵总指令通过B汽动给水泵指令函数（F2）和B汽动给水泵手操器（M2）形成B汽动给水泵转速指令；给水泵总指令通过电动给水泵指令函数（F3）与电动给水泵指令偏置手操器（M4）相加，再通过电动给水泵手操器（M3）形成电动给水泵控制指令；电动给水泵指令偏置手操器（M4）在手动模式时运行操作人员可以手动修改偏置值，自动模式时PID会自动控制偏置手操器（M4）的输出值。 

如图6-图8所示，图6是给水泵再循环调节阀采用回滞函数的随动调节方式，图7是再循环调节门关闭方向曲线，图8是再循环调节门打开方向曲线。两条给水泵入口流量阀门开度函数曲线分别为阀门关闭方向开度曲线（F4）和阀门打开方向开度曲线（F5），两条曲线之间的间隙部分可以消除流量波动对调节阀门的影响，避免再循环阀门的频繁调节，减少入口流量因再循环调门引起的波动。曲线整定值根据给水泵制造厂提供的流量保护定值整定。

Claims (6)

1.电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，其特征是：包括对各参数的实时测量信号、给水泵及给水泵出口门状态信号进行逻辑判断和逻辑运算；对逻辑运算的结果和电动给水泵的入口流量进行PID调节运算；将PID调节运算的结果对电动给水泵的控制指令进行自动偏置；对给水泵再循环调节阀使用回滞函数进行控制，以减少给水泵再循环调节阀对入口流量的扰动；

DCS控制系统对给水泵入口流量、给水泵出口压力、给水泵的状态和给水泵出口门的状态进行逻辑判断和运算：如果某给水泵在运行状态，且给水泵出口门在全开状态，就逻辑判断为本台给水泵正在正常工作状态；如果本台泵在正常工作状态就将本台给水泵的入口流量计为有效流量；各泵有效流量相加就是给水泵总入口流量（F）；

根据各给水泵的工作状态和各给水泵的额定容量，计算出电动给水泵入口流量的设定值：如果某给水泵在正常工作状态，就将本泵的额定容量计为有效额定容量，否者有效容量计为0，各有效容量相加就是总的有效额定容量，电动给水泵的额定容量除以总的有效额定容量就是电动给水泵应该占有的给水泵总入口流量的比例（R），再乘以给水泵总入口流量（F）就是电动给水泵入口流量的设定值(SP)。

2.根据权利要求1所述的电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，其特征是：所述的电动给水泵与汽动给水泵为特性曲线不同的电动给水泵和汽动给水泵。

3.根据权利要求1所述的电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，其特征是：所述的根据各给水泵的工作状态和各给水泵的额定容量，计算出电动给水泵入口流量的设定值，其计算方法表达公式是：

SP=R×F=(A5/(A3+A4+A5))×(AI3/(AI1+AI2+AI3))

上式中：

A3：A汽泵的额定容量；

A4：B汽泵的额定容量；

A5：电泵的额定容量；

AI1：A汽泵的入口流量；

AI2：B汽泵的入口流量；

AI3：电泵的入口流量。

4.根据权利要求3所述的电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，其特征是：所述的其中各给水泵的额定容量A3、A4、A5可以根据工程实际和工程设计书进行重新整定；

电动给水泵入口流量的设定值(SP)和电动给水泵的入口流量(AI3)同时送到PID进行调节计算，PID的输出值作为对电动给水泵控制指令的偏置；PID中设置一定的调节死区，以消除流量测量的误差和波动对PID的干扰；

增加一个M/A手操站实现电动给水泵指令偏置的手/自动切换，M/A手操站的输入值为PID的输出值，M/A手操站的输出值送入到电动给水泵的控制指令中，作为电动给水泵控制指令的偏置；M/A手操站在手动状态时可以由运行人员手动操作，PID输出值跟踪运行操作人员的手动输入值；投入自动后PID将进入工作状态，PID将实时的自动调节电动给水泵控制指令的偏置。

5.根据权利要求1所述的电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，其特征是：所述的给水泵再循环调节阀的控制采用回滞函数的控制方法；回滞函数由两条有间隙的流量-调阀开度函数曲线、高值选择器、低值选择器组成，两条流量-调门开度函数曲线的间隙就是调阀开度的回滞区间，在此区间内再循环调节阀不进行调节，能有效的防止再循环调节阀的频繁调节和波动。

6.根据权利要求1所述的电动给水泵与汽动给水泵并列运行自动控制方法，其特征是：所述的电动给水泵与汽动给水泵在并列运行时的自动控制，可以在各个DCS控制系统或具有模拟量控制功能的PLC中实现，按照SAMA图进行逻辑组态，然后根据工程实际进行PID整定后就可以实现给水泵并列运行的自动控制。