CN104566352B - 带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取锅炉给煤量F _C和床温T _B的实时信号，并进行量化处理；形成包括多种工况下的处理规则的知识库；采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则将输出相应的信号修正一次风机转速的参考指令；然后，由PID控制器产生控制信号调节一次风机输电频率，以调节风机的转速和送风量。同时，在本方法中，设计了抗饱和模块，能够使调节及时离开积分饱和区。本发明能够使一次风机依据循环流化床的负荷状况提供相应的流化风量，在此基础之上，还能够根据床温状况以及给煤量的变化情况，适当调整流化风量。

Description

带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法及系统

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉一次风量的控制或调节技术领域，更具体地，涉及一种带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法及系统。

背景技术

风机变频改造是降低火电机组的能耗的重要手段，随之而来的问题是原有的一、二次风量控制系统大多无法正常使用或弃用。因此，对这些控制系统进行重新设计或改造是发电企业面临的主要挑战之一。

在中国发明专利公开号CN102679331A的摘要中提出了一种循环流化床锅炉一次风机的变频器+出口挡板联动控制方法，根据循环流化床锅炉床压降和一次风量的运行特性,设置一次风机出口挡板开度和转速在线计算模块,实时给出不同锅炉负荷下的一次风机出口挡板开度和风机转速给定值,采用PI控制器分别去调节出口挡板和变频器,实现一次风机变频器+出口挡板联动控制。在该发明中，涉及到的循环流化床锅炉一次风机的控制方法是变频器+出口挡板联动控制，依据锅炉床压降和一次风量的运行特性，通过在线计算不同锅炉负荷下的一次风机出口挡板开度和风机转速给定值。在其算法中没有考虑锅炉给煤量和床温的实时变化状况对风机转速控制的影响。

在中国发明专利公开号CN102607007A的摘要中提出燃煤机组一次风机系统的控制方法,包括步骤：将一次风机母管压力从当前压力值逐次降低；同时增大各个磨煤机进风口挡板的开度；每次降低一次风机母管压力值,则获取各个磨煤机入口风量；以及获取一次风机系统的密封风机的出口压力；判断各个磨煤机入口风量是否比报警值高第一预定值,并且判断一次风机系统的密封风机的出口压力是否比联锁启动阀值高第二预定值；若这2个判断结果都为是,则获取此时一次风机母管的压力值；按照此时一次风机母管的压力值提供风给一次风机系统。该发明涉及的是煤粉炉一次风的控制方法，与循环流化床锅炉的一次风控制系统存在很大的区别。

发明内容

本发明针对循环流化床锅炉的一次风机经过变频改造后，原有一次风控制系统大多无法正常使用或弃用的缺陷，本发明提出一款带有新颖的指令调节器的一次风机控制系统设计方法以解决循环流化床锅炉一次风机经过变频改造后无法投入自动控制运行或者运行效果不佳的技术问题，从而降低手工操作的劳动强度，提高一次风机的运行效率和稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法，包括以下步骤：

获取锅炉给煤量F_C和床温T_B的实时信号，并进行量化处理；

以“IF THEN”规则的形式将各种床温和给煤量条件下对一次风量的需求存放于矩阵中，形成包括多种工况下的处理规则的知识库；

采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则输出相应的信号修正一次风机转速的参考指令；

由PID控制器产生控制信号调节一次风机输电频率，以调节风机的转速和送风量。

本发明所述的方法中，还包括步骤：

对一次风量的每次调节量的上、下限进行限制，当一次风沿某一方向调整而接近上或下限时，即进入相应的饱和区，通过抗饱和模块不断地判断一次风PID控制器的调节方向，若仍为原方向，则将PID控制器的输入设置为零，同时将PID控制器输出限制在饱和区内而使一次风量保持不变；若为相反方向，则调节PID控制器输出使其离开饱和区内，从而使一次风量沿着新的方向调整；

依据抗饱和模块的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择。

本发明所述的方法中，所述量化处理具体包括以下步骤：

将给煤量F_C的调节量ΔF_C量化成带符号的13个整数-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示给煤量增加，负号表示给煤量减少；将床温以预设值为分界线量化成13个级别：-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示床温高于预设值，负号表示低于预设值。

本发明所述的方法中，床温的调节范围为790～910℃之间，预设值为850℃。

本发明所述的方法中，步骤“依据抗饱和模块的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择”具体过程为：在时间Δt内，抗饱和模块依据一次风量变化量ΔF_Air对PID控制器的输入偏差e_F进行如下处理：

式中F_Air为一次风流量，单位NM³/H，f_F为一次风机相对频率信号，单位％，ΔF_A0为设定的一次风量变化量阈值，r_F为一次风机频率参考指令，r₀为系统负荷指令，Δr为指令修正值。

本发明还提供一种循环流化床锅炉一次风机控制系统，包括指令调节器、调节限幅装置和PID控制器；

所述指令调节器包括：

数据获取与处理模块，用于获取锅炉给煤量F_C和床温T_B的实时信号，并进行量化处理；

知识库，用于以“IF THEN”规则的形式将各种床温和给煤量条件下对一次风量的需求存放于矩阵中，形成包括多种工况下的处理规则的知识库；

推理机构，采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则输出相应的信号修正一次风机转速的参考指令；

所述PID控制器，用于产生控制信号，调节一次风机的输电频率，以调节风机的转速和送风量。

本发明所述的系统中，该系统还包括所述调节限幅装置，其包括：

抗饱和模块，用于对一次风量的每次调节量的上、下限进行限制，当一次风沿某一方向调整而接近上或下限时，即进入相应的饱和区，通过抗饱和模块不断地判断一次风PID控制器的调节方向，若仍为原方向，则将PID控制器的输入设置为零，同时将PID控制器输出限制在饱和区内而使一次风量保持不变；若为相反方向，则调节PID控制器输出使其离开饱和区内，从而使一次风量沿着新的方向调整；

切换器，依据抗饱和模块的输出信号控制切换器中多路开关的信道选择。

本发明所述的系统中，所述数据获取与处理模块具体用于将给煤量F_C的调节量ΔF_C量化成带符号的13个整数-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示给煤量增加，负号表示给煤量减少；将床温以预设值为分界线量化成13个级别：-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示床温高于预设值，负号表示低于预设值。

本发明所述的系统中，床温的调节范围为790～910℃之间，预设值为850℃。

本发明所述的系统中，所述抗饱和模块具体用于在时间Δt内，依据一次风量变化量ΔF_Air对PID控制器的输入偏差e_F进行如下处理：

式中F_Air为一次风流量，单位NM³/H，f_F为一次风机相对频率信号，单位％，ΔF_A0为设定的一次风量变化量阈值，r_F为一次风机频率参考指令，r₀为系统负荷指令，Δr为指令修正值。

本发明产生的有益效果是：本发明利用智能算法依据床温信号和给煤量信号计算出各种工况下对一次流化风量需求的调节量，结合负荷指令形成一次风机控制系统的新的参考指令或指令轨迹。该参考指令或指令轨迹作为一次风机控制的设定目标频率(或转速)信号，通过PID控制器调节一次风机的转速以使其接近目标值。本发明能够使一次风机依据循环流化床的负荷状况提供相应的流化风量，在此基础之上，还能够根据床温状况以及给煤量的变化情况，适当调整流化风量。

进一步地，在此控制方法中，还设置有抗饱和模块用于限制控制系统沿同一方向过分调节一次风量；而当出现反方向调节命令时，能够使其迅速地得以执行，避免了通常PID控制器的积分饱和现象。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例循环流化床锅炉一次风机控制的结构示意图；

图2是本发明实施例带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出的循环流化床锅炉一次风机控制系统，如图1所示，包括指令调节器1和PID控制器2。指令调节器1是为变频改造后的一次风机控制系统提供适当的频率指令或频率指令参考轨迹，它的输入变量是锅炉5的床温信号和给煤量信号。

1).指令调节器1主要包括数据获取与处理模块、知识库以及推理机构成。

数据获取与处理模块：获取锅炉5的给煤量F_C和床温T_B的实时信号，并进行量化处理。由机组运行经验知道，给煤量每次的调节量一般不超过ΔF_C；床温的调节范围为790～910℃之间；量化过程如下：将给煤量的调节量量化成带符号的13个整数-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示给煤量增加，负号表示给煤量减少；将床温以850℃为分界线量化成13个级别：-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示床温,高于850℃，负号表示低于850℃。

知识库：以“IF THEN”规则的形式将各种床温和给煤量条件下对一次风量的需求存放于矩阵中。由于床温和给煤量均被量化为13个等级，因此，对应的工况为13×13＝169个。

推理机构：采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则输出相应的信号Δμ用于修正控制指令，具体可修正一次风机转速的参考指令。

2).PID控制器3：控制特点是不用微分作用，控制律为(K_P为比例系数KI为积分系数)：

u＝k_P·e_F(t)+k_I·∫e_F(t)·dt

为了避免了通常PID控制器的积分饱和现象，本发明的循环流化床锅炉一次风机控制系统还包括第三个部分：3)一次风量调节限幅装置。

该一次风量调节限幅装置的结构有两部分组成：抗饱和模块6和切换器2。

抗饱和模块6：对一次风量的每次调节量的上、下限进行限制。当一次风沿某一方向调整而接近上或下限时，即进入了相应的饱和区。这时，抗饱和模块6就不断地判断一次风PID控制器3的调节方向。若仍为原方向，则将PID控制器3的输入设置为零，同时将PID控制器3输出限制在饱和区内而使一次风机4的一次风量保持不变；若为相反方向，则立即调节PID控制器3输出使其离开饱和区内，从而使一次风机4的一次风量沿着新的方向调整。

抗饱和模块6可限制控制系统沿同一方向过分调节一次风量；而当出现反方向调节命令时，能够使其迅速地得以执行，避免了通常PID控制器的积分饱和现象。

切换器2：依据抗饱和模块6的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择，具体过程为：在时间Δt内，抗饱和模块6依据一次风量变化量ΔF_Air对PID控制器3的输入偏差e_F进行如下处理：

式中F_Air为一次风流量，单位NM³/H，f_F为一次风机相对频率信号，单位％，ΔF_A0为设定的一次风量变化量阈值，r_F为一次风机频率参考指令，单位％，r₀为系统负荷指令，单位％，Δr为指令修正值，单位％。

本发明还提供了一种基于上述系统的带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1、获取锅炉给煤量F_C和床温T_B的实时信号，并进行量化处理；

S2、以“IF THEN”规则的形式将各种床温和给煤量条件下对一次风量的需求存放于矩阵中，形成包括多种工况下的处理规则的知识库；

S3、采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则输出相应的信号修正一次风机转速的参考指令；

S4、由PID控制器产生控制信号调节一次风机输电频率，以调节风机的转速和送风量。

为了避免了通常PID控制器的积分饱和现象，进一步地，本发明还包括步骤：

S5、对一次风量的每次调节量的上、下限进行限制，当一次风沿某一方向调整而接近上或下限时，即进入相应的饱和区，通过抗饱和模块不断地判断一次风PID控制器的调节方向，若仍为原方向，则将PID控制器的输入设置为零，同时将PID控制器输出限制在饱和区内而使一次风量保持不变；若为相反方向，则调节PID控制器输出使其离开饱和区内，从而使一次风量沿着新的方向调整；

S6、依据抗饱和模块的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择。

步骤S1中量化处理具体包括以下步骤：

将给煤量FC的调节量ΔFC量化成带符号的13个整数-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示给煤量增加，负号表示给煤量减少；将床温以预设值为分界线量化成13个级别：-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示床温高于预设值，负号表示低于预设值。

床温的调节范围为790～910℃之间，预设值为850℃。

本发明的一个实施例中，步骤S5中“依据抗饱和模块的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择”具体过程为：在时间Δt内，抗饱和模块依据一次风量变化量ΔF_Air对PID控制器的输入偏差e_F进行如下处理：

式中F_Air为一次风流量，单位NM³/H，f_F为一次风机相对频率信号，单位％，ΔF_A0为设定的一次风量变化量阈值，r_F为一次风机频率参考指令，r₀为系统负荷指令，Δr为指令修正值。

本发明利用智能算法依据床温信号和给煤量信号计算出各种工况下对一次流化风量需求的调节量，结合负荷指令形成一次风机控制系统的新的参考指令或指令轨迹。该参考指令或指令轨迹作为一次风机控制的设定目标频率(或转速)信号，通过PID控制器调节一次风机的转速以使其接近目标值。在此控制方法中，还设置有抗饱和模块用于限制控制系统沿同一方向过分调节一次风量；而当出现反方向调节命令时，能够使其迅速地得以执行，避免了通常PID控制器的积分饱和现象。本发明能够使一次风机依据循环流化床的负荷状况提供相应的流化风量，在此基础之上，还能够根据床温状况以及给煤量的变化情况，适当调整流化风量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种带指令调节器的循环流化床锅炉一次风机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取锅炉给煤量F_C和床温T_B的实时信号，并进行量化处理；

以“IF THEN”规则的形式将各种床温和给煤量条件下对一次风量的需求存放于矩阵中，形成包括多种工况下的处理规则的知识库；

采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则输出相应的信号修正一次风机转速的参考指令；

由PID控制器产生控制信号调节一次风机输电频率，以调节风机的转速和送风量；

该方法还包括步骤：

对一次风量的每次调节量的上、下限进行限制，当一次风沿某一方向调整而接近上或下限时，即进入相应的饱和区，通过抗饱和模块不断地判断一次风PID控制器的调节方向，若仍为原方向，则将PID控制器的输入设置为零，同时将PID控制器输出限制在饱和区内而使一次风量保持不变；若为相反方向，则调节PID控制器输出使其离开饱和区内，从而使一次风量沿着新的方向调整；

依据抗饱和模块的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述量化处理具体包括以下步骤：

将给煤量F_C的调节量ΔF_C量化成带符号的13个整数-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示给煤量增加，负号表示给煤量减少；将床温以预设值为分界线量化成13个级别：-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示床温高于预设值，负号表示低于预设值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，床温的调节范围为790～910℃之间，预设值为850℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤“依据抗饱和模块的输出信号控制切换器的多路开关的信道选择”具体过程为：在时间Δt内，抗饱和模块依据一次风量变化量ΔF_Air对PID控制器的输入偏差e_F进行如下处理：

$\left\{\begin{array}{cc}\left|\right|{\mathrm{\&Delta;F}}_{Air}\left|\right|\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;F}}_{A0},& e_F=f_F-f_F=0\\ \left|\right|{\mathrm{\&Delta;F}}_{Air}\left|\right|<{\mathrm{\&Delta;F}}_{A0},& e_F=r_F{-}_F=(r_0+\mathrm{\&Sigma;}\mathrm{\&Delta;}r)-f_F\end{array}\right.$

式中F_Air为一次风流量，单位NM³/H，f_F为一次风机相对频率信号，单位％，ΔF_A0为设定的一次风量变化量阈值，r_F为一次风机频率参考指令，r₀为系统负荷指令，Δr为指令修正值。

5.一种循环流化床锅炉一次风机控制系统，其特征在于，包括指令调节器和PID控制器；

所述指令调节器包括：

数据获取与处理模块，用于获取锅炉给煤量F_C和床温T_B的实时信号，并进行量化处理；

知识库，用于以“IF THEN”规则的形式将各种床温和给煤量条件下对一次风量的需求存放于矩阵中，形成包括多种工况下的处理规则的知识库；

推理机构，采用正向推理方式，根据量化后的给煤量和床温从知识库中搜寻一条可用规则，依该规则输出相应的信号修正一次风机转速的参考指令；

所述PID控制器，用于产生控制信号，调节一次风机的输电频率，以调节风机的转速和送风量；

该系统还包括调节限幅装置，其包括：

抗饱和模块，用于对一次风量的每次调节量的上、下限进行限制，当一次风沿某一方向调整而接近上或下限时，即进入相应的饱和区，通过抗饱和模块不断地判断一次风PID控制器的调节方向，若仍为原方向，则将PID控制器的输入设置为零，同时将PID控制器输出限制在饱和区内而使一次风量保持不变；若为相反方向，则调节PID控制器输出使其离开饱和区内，从而使一次风量沿着新的方向调整；

切换器，依据抗饱和模块的输出信号控制切换器中多路开关的信道选择。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据获取与处理模块具体用于将给煤量F_C的调节量ΔF_C量化成带符号的13个整数-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示给煤量增加，负号表示给煤量减少；将床温以预设值为分界线量化成13个级别：-6，-5，-4，…，+4，+5，+6；正号表示床温高于预设值，负号表示低于预设值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，床温的调节范围为790～910℃之间，预设值为850℃。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述抗饱和模块具体用于在时间Δt内，依据一次风量变化量ΔF_Air对PID控制器的输入偏差e_F进行如下处理：

$\left\{\begin{array}{cc}\left|\right|{\mathrm{\&Delta;F}}_{Air}\left|\right|\&GreaterEqual;{\mathrm{\&Delta;F}}_{A0},& e_F=f_F-f_F=0\\ \left|\right|{\mathrm{\&Delta;F}}_{Air}\left|\right|<{\mathrm{\&Delta;F}}_{A0},& e_F=r_F{-}_F=(r_0+\mathrm{\&Sigma;}\mathrm{\&Delta;}r)-f_F\end{array}\right.$

式中F_Air为一次风流量，单位NM³/H，f_F为一次风机相对频率信号，单位％，ΔF_A0为设定的一次风量变化量阈值，r_F为一次风机频率参考指令，r₀为系统负荷指令，Δr为指令修正值。