CN107178778A - 锅炉汽温控制装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热工控制领域，公开了一种锅炉汽温控制装置、系统和方法。其中锅炉汽温控制装置包括：串级连接的主PID调节器和副PID调节器，以及与副PID调节器连接的参数转换单元，其中，主PID调节器，被配置成根据接收的主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值输出减温器后温度设定值；参数转换单元，被配置成根据接收的减温水母管压力输出比例带和第一积分时间到副PID调节器；以及副PID调节器，被配置成根据接收的减温器后温度值、减温器后温度设定值、比例带和第一积分时间，输出减温水调节控制信号到减温水调节执行机构以控制减温水调节阀的开度。通过上述技术方案，在对减温水调节阀的控制中实现了变参数调节，改善了蒸汽温度控制品质。

Description

锅炉汽温控制装置、系统和方法

技术领域

本发明涉及热工控制领域，具体地，涉及一种锅炉汽温控制装置、系统和方法。

背景技术

火力发电机组锅炉汽温控制系统的主要功能是通过调整减温水的流量维持锅炉主蒸汽温度在允许的范围之内。燃煤锅炉的汽温控制系统包括：控制器、操作站、用于测量物理参数的热工仪表、减温水流量调节阀执行机构等。控制器使用由主调节器和副调节器组成的串级PID控制方式，串级控制包括控制导前信号(减温器后温度)的副回路和控制主信号(主蒸汽温度)的主回路两个回路。当主蒸汽温度偏离给定值时，则由主调节器发出信号校正副调节器的给定值，通过副调节器控制执行机构去操纵减温水调节阀门，使主蒸汽温度最终恢复到给定值。

滑压运行是指火力发电机组汽轮机在不同工况运行时，不仅主汽门是全开的，而且调速汽门也是全开的，这时机组功率的变动是靠汽轮机前主蒸汽压力和温度的改变来实现。滑压运行时，对负荷反映速度慢，低负荷时损失小，高负荷时效率低，所以在机组低负荷采用滑压运行。锅炉汽温控制装置投运前需要对PID调节器的参数进行整定、试验，以达到最佳的调节效果。但滑压运行机组的负荷改变时，减温水母管压力也随之改变，减温水调门的流量特性也会发生变化，固定PID参数的控制系统不能匹配所有工况，导致某些工况下蒸汽温度控制品质不佳。

发明人在实施本发明的过程中发现，如果控制系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致执行机构达到极限位置，此后若PID控制器输出继续增大或减小，执行机构也不会再动作，即调节器输出到无效控制区。当调节器输出到无效控制区，一旦出现反向偏差，执行机构仍停留在极限位置而不能立即随着偏差反向做出相应的改变，这时系统就会失去控制，造成控制性能恶化。

针对上述技术问题，现有技术中尚无良好解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备及方法，该设备或方法能够在火电机组滑压运行状态下保持良好的主汽温度调节速度和调节品质。

为了实现上述目的，本发明实施例的一个方面提供一种锅炉汽温控制装置，该控制装置包括：

串级连接的主PID调节器和副PID调节器，以及与所述副PID调节器连接的参数转换单元，其中，

所述主PID调节器，被配置成根据接收的主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值输出减温器后温度设定值；

所述参数转换单元，被配置成根据接收的减温水母管压力输出比例带和第一积分时间到所述副PID调节器；以及

所述副PID调节器，被配置成根据接收的减温器后温度值、所述减温器后温度设定值、所述比例带和所述第一积分时间，输出减温水调节控制信号到减温水调节执行机构以控制减温水调节阀的开度。

可选地，该控制装置还包括：无效调节判断单元，被配置成在减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内且所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于第一预设值时，向所述主PID调节器输出第二积分时间来替换所述主PID调节器的整定积分时间，其中所述第二积分时间大于所述整定积分时间。

可选地，所述无效调节判断单元，被配置成在减温水调节阀的开度离开距所述极限开度预设开度范围或者所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值小于第二预设值时，向所述主PID调节器输出所述整定积分时间来替换所述主PID调节器的当前积分时间。

可选地，所述第一预设值等于所述第二预设值。

可选地，所述参数转换单元根据第一变参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述比例带，以及根据第二参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述第一积分时间。

本发明实施例的另一个方面提供了一种锅炉汽温控制系统，该控制系统包括上述的控制装置以及与控制装置耦合的操作站、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器以及所述减温水调节执行机构，其中：

所述操作站，被配置成可操作地向所述主PID调节器输出所述主蒸汽温度设定值；

所述第一温度传感器，被配置成检测所述减温器后温度值，以及将所检测的减温器后温度值传送至所述副PID调节器；

所述第二温度传感器，被配置成检测所述主蒸汽温度值，以及将所检测的主蒸汽温度值传送至所述主PID调节器；

所述压力传感器，被配置成检测所述减温水母管压力，以及将所检测的减温水母管压力传送至所述参数转换单元；以及

所述减温水调节执行机构，被配置成根据来自所述副PID调节器的所述减温水调节控制信号控制减温水调节阀的开度。

本发明实施例的再一个方面提供了一种适于由上述的控制装置实施的锅炉汽温控制方法，该方法包括：

根据主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值计算减温器后温度设定值；

根据减温水母管压力计算比例带和第一积分时间；以及

根据减温器后温度值、所述减温器后温度设定值、所述比例带和所述第一积分时间，生成减温水调节控制信号并发送到减温水调节执行机构以控制减温水调节阀的开度。

可选地，该方法还包括：在减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内且所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于第一预设值时，以第二积分时间来替换主PID调节器的整定积分时间，其中所述第二积分时间大于所述整定积分时间。

可选地，该方法还包括：在减温水调节阀的开度离开距所述极限开度预设开度范围或者所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值小于第二预设值时，以所述整定积分时间来替换所述主PID调节器的当前积分时间。

可选地，所述第一预设值等于所述第二预设值。

可选地，所述根据减温水母管压力计算比例带和第一积分时间的步骤包括：根据第一变参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述比例带；以及根据第二参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述第一积分时间。

通过上述技术方案，根据减温水母管压力形成副PID调节器的比例带和积分时间，在对减温水调节阀的控制中实现了变参数调节，提高了锅炉汽温控制对于不同工况的适应能力，改善了蒸汽温度控制品质。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供锅炉汽温控制装置组成示意图；

图2是本发明优选实施例提供锅炉汽温控制装置组成示意图；

图3是本发明实施例提供锅炉汽温控制系统组成示意图；

图4是本发明实施例提供锅炉汽温控制系统控制原理示意图；以及

图5是本发明实施例提供锅炉汽温控制方法流程图。

附图标记说明

101 主PID调节器 102 副PID调节器

103 参数转换单元 104 无效调节判断单元

301 操作站 302、303 温度传感器

304 压力传感器 305 减温水调节执行机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明实施例提供锅炉汽温控制装置组成示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种锅炉汽温控制装置，该控制装置可以包括：串级连接的主PID调节器101和副PID调节器102，以及与副PID调节器102连接的参数转换单元103，其中，主PID调节器101，可以被配置成根据接收的主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值输出减温器后温度设定值；参数转换单元103，可以被配置成根据接收的减温水母管压力输出比例带和第一积分时间到副PID调节器102；以及副PID调节器102，可以被配置成根据接收的减温器后温度值、所述减温器后温度设定值、所述比例带和所述第一积分时间，输出减温水调节控制信号到减温水调节执行机构(未示出)以控制减温水调节阀(未示出)的开度。

在实施方式中，参数转换单元103可以包括两个参数函数转换模块，例如，变参数折线函数模块。在实施方式中，两个函数转换模块中的一个可以用于根据第一变参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述比例带，以及两个函数转换模块中的另一个可以用于根据第二参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述第一积分时间。

通过上述技术方案，根据减温水母管压力形成副PID调节器102的比例带和积分时间，在对减温水调节阀的控制中实现了变参数调节，提高了锅炉汽温控制对于不同工况的适应能力，改善了蒸汽温度控制品质。

图2是本发明优选实施例提供锅炉汽温控制装置组成示意图。如图2所示，在实施方式中，本发明实施例提供的控制装置还可以包括：无效调节判断单元104。该无效调节判断单元104可以被配置成在减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内且所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于第一预设值时，向所述主PID调节器101输出第二积分时间来替换所述主PID调节器101的整定积分时间，其中所述第二积分时间大于所述整定积分时间。

通过上述技术方案，当减温水调阀开度接近全开或全关并且主PID调节器101的输入仍然存在一定的偏差时，将主PID调节器101的积分时间设置为大于整定积分时间的一个较大值，能够减弱积分作用，避免调节器输出进入无效控制范围。

在实施方式中，对于极限开度可以理解为减温水调阀的开度为全开或全关的位置时。例如，以全开开度为100％全关开度为0％为例，当减温水调阀的开度大于95％或者小于5％时，可以认为减温水调阀位于预设开度范围。在本例中，预设开度范围为5％。在不同的实施方式中，预设开度范围可以为7％、8％、10％、15％等，可以根据实际需要进行具体设定。相似地，第一预设值也可以根据实际需要进行具体设定。

在实施方式中，无效调节判断单元104还可以被配置成在减温水调节阀的开度离开距所述极限开度预设开度范围或者所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值小于第二预设值时，向所述主PID调节器101输出所述整定积分时间来替换所述主PID调节器101的当前积分时间(例如，第二积分时间)。

通过上述技术方案，当主PID调节器101的输入偏差基本消除或减温水调阀开度恢复调整能力时，可以恢复正常积分时间。在实施方式中，第一预设值和第二预设值可以设定为相同或者不同。

图3是本发明实施例提供锅炉汽温控制系统组成示意图。如图3所示，本发明实施例提供了一种锅炉汽温控制系统，该控制系统包括上述实施方式提供的控制装置以及与控制装置耦合的操作站301、温度传感器302、温度传感器303、压力传感器304以及所述减温水调节执行机构305，其中：操作站301，被配置成可操作地向控制装置中的主PID调节器101输出主蒸汽温度设定值；温度传感器302，可以被配置成检测减温器后温度值，以及将所检测的减温器后温度值传送至控制装置中的副PID调节器102；温度传感器303，可以被配置成检测主蒸汽温度值，以及将所检测的主蒸汽温度值传送至主PID调节器101；压力传感器304，可以被配置成检测减温水母管压力，以及将所检测的减温水母管压力传送至参数转换单元103；以及减温水调节执行机构305，可以被配置成根据来自副PID调节器102的减温水调节控制信号控制减温水调节阀的开度。

图4是本发明实施例提供锅炉汽温控制系统控制原理示意图。如图3和图4所示，在实施方式中，操作站301可以与控制装置通过网络线缆相连。温度传感器302、303及压力传感器304可以通过设置在控制装置上的接口模块与控制装置相连。控制装置可以通过预设接口模块与减温水调节执行机构305相连。其中，控制装置中的主PID调节器101和副PID调节器102可以采用变参数串级PID控制策略，可以通过软件组态实现。其中，主PID调节器101的被调量为主蒸汽温度，设定值可以根据系统工艺要求由操作站301人工给定。副PID调节器102的被调量为减温器后温度，设定值为主PID调节器101的输出信号。

如图4所示，由诸如压力变送器的压力传感器304获得的减温水母管压力可以分别送入两个变参数折线函数F(x)，两个函数可以分别输出随减温水母管压力变化而变化的可变比例带PB和可变积分时间Ti到副PID调节器102。对于无效控制区的判断，可以通过分别设置的判断条件A1和A2对调节器输出到无效控制区进行判断。例如，条件A1可以是减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内，条件A2和意识主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于预设值。当A1和A2同时满足时，可以判断当前主PID调节器的输出属于无效控制区，继而可以将主PID调节器的当前积分时间替换为一个较大的积分时间以减弱积分作用。

图5是本发明实施例提供锅炉汽温控制方法流程图。如图5所示，本发明实施例提供了一种适于由上述实施方式所述的控制装置实施的锅炉汽温控制方法，该方法可以包括：

S501，根据主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值计算减温器后温度设定值。例如，该步骤可以由本发明实施例提供锅炉汽温控制中的主PID调节器101执行。

S502，根据减温水母管压力计算比例带和第一积分时间。例如，该步骤可以由本发明实施例提供锅炉汽温控制中的主PID调节器102执行

S503，根据减温器后温度值、所述减温器后温度设定值、所述比例带和所述第一积分时间，生成减温水调节控制信号并发送到减温水调节执行机构以控制减温水调节阀的开度。例如，该步骤可以由本发明实施例提供锅炉汽温控制中的参数转换单元103执行。

在实施方式中，根据减温水母管压力计算比例带和第一积分时间的步骤可以包括：根据第一变参数折线函数将减温水母管压力转换为比例带；以及根据第二参数折线函数将减温水母管压力转换为第一积分时间。由于减温水母管压力可能会变化，因此转换之后的比例带和第一积分时间是会随减温水母管压力的变化而变化的。

在优选的实施方式中，上述方法还可以包括：在减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内且主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于第一预设值时，以第二积分时间来替换主PID调节器的整定积分时间，其中所述第二积分时间大于所述整定积分时间。

在进一步的实施方式中，上述方法还可以包括：在减温水调节阀的开度离开距所述极限开度预设开度范围或者所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值小于第二预设值时，以所述整定积分时间来替换所述主PID调节器的当前积分时间。

通过本发明实施例提供的锅炉汽温控制装置、控制系统以及控制方法取减温器后的蒸汽温度信号作为串级PID调节器系统的导前温度，能够快速反映扰动，可立即调整减温水调节阀门的开度，初步稳定主蒸汽温度。通过主回路中主PID调节器能够完成最终校正，使主蒸汽温度等于其给定值。由于滑压运行锅炉的减温水压力随着运行工况的改变而变化，减温水调门的流量特性也随之改变。为了提高锅炉汽温控制系统的控制品质，本发明的实施例中采用变参数调节，副PID调节器的比例带、积分时间随着减温水压力的变化进行非线性的改变，实现自动匹配不同运行工况的减温水流量特性。为了避免主PID调节器输出进入无效控制区，通过对减温水调阀开度及主PID调节器输入偏差的判断来改变主PID调节器的积分时间，实现防止调节器输出到无效控制区效果。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.一种锅炉汽温控制装置，其特征在于，该控制装置包括：

串级连接的主PID调节器和副PID调节器，以及与所述副PID调节器连接的参数转换单元，其中，

所述主PID调节器，被配置成根据接收的主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值输出减温器后温度设定值；

所述参数转换单元，被配置成根据接收的减温水母管压力输出比例带和第一积分时间到所述副PID调节器；以及

所述副PID调节器，被配置成根据接收的减温器后温度值、所述减温器后温度设定值、所述比例带和所述第一积分时间，输出减温水调节控制信号到减温水调节执行机构以控制减温水调节阀的开度。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该控制装置还包括：

无效调节判断单元，被配置成在减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内且所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于第一预设值时，向所述主PID调节器输出第二积分时间来替换所述主PID调节器的整定积分时间，其中所述第二积分时间大于所述整定积分时间。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述无效调节判断单元，被配置成在减温水调节阀的开度离开距所述极限开度预设开度范围或者所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值小于第二预设值时，向所述主PID调节器输出所述整定积分时间来替换所述主PID调节器的当前积分时间。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述第一预设值等于所述第二预设值。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述参数转换单元根据第一变参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述比例带，以及根据第二参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述第一积分时间。

6.一种锅炉汽温控制系统，其特征在于，该控制系统包括根据权利要求1-5中任一项所述的控制装置以及与所述控制装置耦合的操作站、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器以及所述减温水调节执行机构，其中：

所述操作站，被配置成可操作地向所述主PID调节器输出所述主蒸汽温度设定值；

所述第一温度传感器，被配置成检测所述减温器后温度值，以及将所检测的减温器后温度值传送至所述副PID调节器；

所述第二温度传感器，被配置成检测所述主蒸汽温度值，以及将所检测的主蒸汽温度值传送至所述主PID调节器；

所述压力传感器，被配置成检测所述减温水母管压力，以及将所检测的减温水母管压力传送至所述参数转换单元；以及

所述减温水调节执行机构，被配置成根据来自所述副PID调节器的所述减温水调节控制信号控制减温水调节阀的开度。

7.一种适于由根据权利要求1-5中任一项所述的控制装置实施的锅炉汽温控制方法，其特征在于，该方法包括：

根据主蒸汽温度值和主蒸汽温度设定值计算减温器后温度设定值；

根据减温水母管压力计算比例带和第一积分时间；以及

根据减温器后温度值、所述减温器后温度设定值、所述比例带和所述第一积分时间，生成减温水调节控制信号并发送到减温水调节执行机构以控制减温水调节阀的开度。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该方法还包括：

在减温水调节阀的开度为处于距极限开度预设开度范围内且所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值大于或等于第一预设值时，以第二积分时间来替换主PID调节器的整定积分时间，其中所述第二积分时间大于所述整定积分时间。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，该方法还包括：

在减温水调节阀的开度离开距所述极限开度预设开度范围或者所述主蒸汽温度值和所述主蒸汽温度设定值之间差值小于第二预设值时，以所述整定积分时间来替换所述主PID调节器的当前积分时间。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设值等于所述第二预设值。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据减温水母管压力计算比例带和第一积分时间的步骤包括：

根据第一变参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述比例带；以及

根据第二参数折线函数将所述减温水母管压力转换为所述第一积分时间。