CN107387173A - 基于deh系统的汽轮机阀门控制优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DEH系统的汽轮机阀门控制优化方法,汽轮机组退出一次调频、AGC，汽轮机组切换到阀控模式运行检；汽轮机组主蒸汽压力在预定范围前提下，分别获取汽轮机组的阀门单阀方式运行的流量计算相关数据和汽轮机组的阀门顺阀方式运行的流量计算相关数据；根据获取的流量计算相关数据计算阀门处于不同开度下实际的流量数据，结合实际流量对应的阀位开度，分别利用最小二乘法和神经网络算法对试验数据进行拟合，并在拟合后利用试验数据对拟合效果进行验证，验证成功后得到实际的阀门开度‑流量曲线；DEH系统获取该阀门开度‑流量曲线，并基于该阀门开度‑流量曲线对各个阀门开度进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于DEH系统的汽轮机阀门控制优化方法。
背景技术
数字式电液控制系统(DEH)采用计算机控制控制技术，通过数字运算和软件编程的方式对汽轮机的工作过程进行控制。DEH系统具有数字系统的灵活性、模拟系统的快速性和液压系统的可靠性。因灵活多样的控制功能、精确的调节品质而取得了较高经济性和稳定性，在汽轮机控制系统中得到广泛的应用。DEH 控制系统与传统的机械液压调节系统结构不同的是，汽轮机每个高压进汽调节阀分别由各自单独的伺服放大器、电液转换器和油动机控制，调节汽门可进行单独定位。无论是汽轮机启动过程的转速控制，还是正常运行中的负荷调节，最终都是通过对汽轮机高、中压调节阀和高压主汽门的阀位控制来实现的，因此阀门管理与控制在汽轮机电液控制系统中有非常重要作用。
传统的凸轮配汽机构在凸轮型线设计完成后调节阀的开启顺序就随之固定，只能实现喷嘴调节和节流调节方式中的一种，不能实现在任一负荷下单阀控制/顺序阀控制方式的转换。汽轮机在单阀控制方式下，调节级全周进汽且负荷变化时调节级级后蒸汽温度变化较小，热应力小，机组的灵活性好，但部分负荷下机组的节流损失较大。顺序阀控制方式下，调节级部分进汽，减小了机组部分负荷下的节流损失，机组经济性好，但汽缸和转子受热不均，使机组负荷变化受到限制。
为了解决机组运行快速性和经济性的矛盾，这就需要DEH系统应保证汽轮机在任一负荷下均具有单阀控制和顺序阀控制的能力。阀门管理是DEH系统重要的控制功能之一。DEH系统根据机组负荷要求，计算出与当时主蒸汽参数相对应的流量请求值，输出到阀门管理程序，通过阀门管理程序换算成与之相对应的阀门开度。并能在运行人员的干预下，根据机组安全、经济运行和变负荷要求实现单阀和顺序阀控制方式之间的相互切换。
喷嘴调节式汽轮机一般有4个或更多个高压调节阀分别控制各自的喷嘴组。调节阀按一定的顺序和一定的相邻阀门重叠度开启，称之为顺序阀运行方式。重叠度是指两个相邻阀门开度的重叠程度，以相对开度表示。重叠度最小曲线的各阀重叠度为零，它的调节级效率最高，但流量特性最差，会引起机组在某些负荷不稳定。重叠度最大曲线的流量特性的线性度最好，但调节级效率最低。重叠度适中的曲线的流量特性线性度较好，调节级效率也较高。
对于阀门流量特性的相关函数，在单阀与顺阀方式下，控制回路共用一个阀门流量特性函数，如果调整阀门流量特性函数则会对两种控制方式的阀门流量特性都会产生影响；顺阀、单阀流量背压修正函数，是机组流量需求与流量指令的修正函数，随着机组负荷的增加，汽轮机排汽压力随之升高，同样的阀门开度其实际流量将减少，因此流量背压修正函数用于对不同负荷段下的总流量指令进行修正，以确保流量指令与实际流量成线性对应关系。该函数一般由汽轮机自身特性所决定，一般无需修正；顺阀方式下的流量控制环节存在多个函数，主要用于对顺阀方式下的综合阀位指令进行分配和修正。流量分配函数负责对综合阀位指令进行分配，控制各调门的开启顺序。阀门重叠度函数负责控制各调门之间的重叠度，当调门的开启次序及单个调门的升程流量特性一定时阀门的流量特性就只取决于阀门开启的重叠度。阀门流量特性函数是调门流量指令与阀位指令的对应关系函数，负责将流量指令与其实际流量修正为线性关系。实际与理论的综合阀位指令-阀门流量存在一定差别，需对汽机调门流量特性曲线进行试验优化，即要根据试验数据优化相关的配汽函数，最终使综合阀位指令与蒸汽流量呈线性关系。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种优化了汽轮机阀门控制的基于DEH系统的汽轮机阀门控制优化方法。
本发明基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，包括：
DEH系统退出一次调频，退出自动发电控制AGC，汽轮机组切换到阀控运行方式；
将汽轮机组主蒸汽压力控制在预定范围内，汽轮机组的阀门以单阀方式运行，在阀门以单阀方式运行时获取各个阀门对应的用于计算主蒸汽流量的第一相关数据；汽轮机组的阀门以顺阀方式运行，在阀门以顺阀方式运行时获取汽轮机组阀门以顺阀方式运行对应的用于计算主蒸汽流量的第二组相关数据；其中，所述的第一相关数据、第二组相关数据均包括：阀门开度、汽轮机组发电负荷、综合阀位指令FDEM、主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后压力、调节级后温度；
分别根据各个阀门以单阀方式运行获取的第一相关数据，分别得到各个阀门处于不同开度的汽轮机组主蒸汽流量数据，利用最小二乘法或神经网络算法对各个阀门开度和各个阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量流量数据进行拟合，得到各个阀门的阀门开度-主蒸汽流量函数；选择其中一个阀门的阀门开度-主蒸汽流量函数为汽轮机组阀门单阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数；
根据获取的第二相关数据计算汽轮机组阀门顺阀方式运行时阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量数据，利用最小二乘法或神经网络算法对阀门开度和阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量流量数据进行拟合，得到汽轮机组阀门顺阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数；
所述的DEH系统根据所述的汽轮机组阀门单阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数度、汽轮机组阀门顺阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数对各个阀门开度进行控制。
进一步地，所述的汽轮机组的阀门以单阀方式运行，获取各个阀门对应的用于计算主蒸汽流量的第一相关数据的方法具体包括：汽轮机组的各个阀门依次分别进行由全开状态经过多次减少阀门开度直至该阀门处于全闭状态操作以及该阀门由全闭状态经多次增加阀门开度直至该阀门处于全开状态的操作，在其中一个阀门进行全开至全闭，再由全闭至全开操作时，其他阀门处于全开状态，并且在各阀门每经过一次阀门开度减小或增大调整后，采集一次用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；
当对其中一个阀门进行第一相关数据采集时，其他阀门均处于全开状态，该阀门由全开状态以多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，在该阀门处于各次减少开度后的开度时，采集用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；该阀门由全闭状态以多次增加开度操作至该阀门处于全开状态，在该阀门处于各次增加开度后的开度时，采集用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；其中，该阀门以相同的开度值减少阀门开度，该阀门以相同的开度值增加阀门开度；
所述的汽轮机组的阀门以顺阀方式运行，获取汽轮机组阀门处于不同开度时用于计算主蒸汽流量的第二相关数据的方法具体包括：以与汽轮机组的阀门实际顺阀运行时阀门操作顺序为正序，以与汽轮机组的阀门实际顺阀运行时阀门操作顺序相反的顺序为反序，汽轮机组的全部阀门处于全开状态，以反序依次分别对各个阀门进行减小阀门开度操作，反序排在第一位的阀门由全开经多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，然后反序排在第二位的阀门由全开经多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，依次类推，对反序排在第三位、第四位……直至反序排在最后一位的阀门进行多次减少阀门开度操作，且正序排在第一位的一个或两个阀门经多次减小阀门开度后，阀门的开度达到全开状态开度的45％；在各阀门每经过一次阀门开度减小或增大调整后，采集一次用于计算主蒸汽流量的第二相关的数据。
进一步地，所述的主蒸汽的预定范围为汽轮机组的锅炉处于不超压、稳燃状态下的主蒸汽压力。
进一步地，当阀门前后压力比为0.95～0.98时，阀门就算全开。
进一步地，重叠度的选取以前一阀门开至阀门前、后蒸汽压力比为0.85～ 0.90时，后一阀门便开始开启为合适。
进一步地，采用弗留格尔公式法利用所述的第一相关数据、第二相关数据计算得到主蒸汽流量数据。
借由上述方案，本发明基于DEH系统的汽轮机阀门控制优化方法至少具有以下优点：
通过获取阀门管理曲线，使矫正后的负荷指令-流量曲线回归理想情况下的线性关系。在单阀情况下确保调整后负荷变化过程中压力、流量变化平稳，不出现明显的扰动，在顺阀情况下确保调整后阀门切换过程中负荷、压力变化平稳，不出现明显的扰动。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是单阀运行方式获取的单个阀门原有阀门开度-流量曲线和本发明的阀门开度-流量曲线对比图；
图2是配汽函数图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，包括：
DEH系统退出一次调频，退出自动发电控制AGC，汽轮机组切换到阀控运行方式；
将汽轮机组主蒸汽压力控制在预定范围内，也即所述的主蒸汽的预定范围为汽轮机组的锅炉处于不超压、稳燃状态下的主蒸汽压力。汽轮机组的阀门以单阀方式运行，在阀门以单阀方式运行时获取各个阀门对应的用于计算主蒸汽流量的第一相关数据；汽轮机组的阀门以顺阀方式运行，在阀门以顺阀方式运行时获取汽轮机组阀门以顺阀方式运行对应的用于计算主蒸汽流量的第二组相关数据；其中，所述的第一相关数据、第二组相关数据均包括：阀门开度、汽轮机组发电负荷、综合阀位指令FDEM、主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后压力、调节级后温度；
分别根据各个阀门以单阀方式运行获取的第一相关数据，分别得到各个阀门处于不同开度的汽轮机组主蒸汽流量数据，利用最小二乘法或神经网络算法对各个阀门开度和各个阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量流量数据进行拟合，得到各个阀门的阀门开度-主蒸汽流量函数；选择其中一个阀门的阀门开度-主蒸汽流量函数为汽轮机组阀门单阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数；
根据获取的第二相关数据计算汽轮机组阀门顺阀方式运行时阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量数据，利用最小二乘法或神经网络算法对阀门开度和阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量流量数据进行拟合，得到汽轮机组阀门顺阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数，以及阀门开度-主蒸汽流量曲线，如图1所示。
所述的DEH系统根据所述的汽轮机组阀门单阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数度、汽轮机组阀门顺阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数对各个阀门开度进行控制。
本实施例中，所述的汽轮机组的阀门以单阀方式运行，获取各个阀门对应的用于计算主蒸汽流量的第一相关数据的方法具体包括：汽轮机组的各个阀门依次分别进行由全开状态经过多次减少阀门开度直至该阀门处于全闭状态操作以及该阀门由全闭状态经多次增加阀门开度直至该阀门处于全开状态的操作，在其中一个阀门进行全开至全闭，再由全闭至全开操作时，其他阀门处于全开状态，并且在各阀门每经过一次阀门开度减小或增大调整后，采集一次用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；
当对其中一个阀门进行第一相关数据采集时，其他阀门均处于全开状态，该阀门由全开状态以多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，在该阀门处于各次减少开度后的开度时，采集用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；该阀门由全闭状态以多次增加开度操作至该阀门处于全开状态，在该阀门处于各次增加开度后的开度时，采集用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；其中，该阀门以相同的开度值减少阀门开度，该阀门以相同的开度值增加阀门开度；
所述的汽轮机组的阀门以顺阀方式运行，获取汽轮机组阀门处于不同开度时用于计算主蒸汽流量的第二相关数据的方法具体包括：以与汽轮机组的阀门实际顺阀运行时阀门操作顺序为正序，以与汽轮机组的阀门实际顺阀运行时阀门操作顺序相反的顺序为反序，汽轮机组的全部阀门处于全开状态，以反序依次分别对各个阀门进行减小阀门开度操作，反序排在第一位的阀门由全开经多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，然后反序排在第二位的阀门由全开经多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，依次类推，对反序排在第三位、第四位……直至反序排在最后一位的阀门进行多次减少阀门开度操作，且正序排在第一位的一个或两个阀门经多次减小阀门开度后，阀门的开度达到全开状态开度的45％；在各阀门每经过一次阀门开度减小或增大调整后，采集一次用于计算主蒸汽流量的第二相关的数据。
求取阀门开度下的主蒸汽流量，通常有4种计算方法:直接测量、给水流量法、凝结水流量法以及弗留格尔公式法。其中精度最高的就是弗留格尔公式法，依据试验数据以及弗留格尔公式计算得出单阀方式下的主蒸汽流量曲线。
汽轮机阀门配汽优化项目的阀门配汽函数如图2所示。从图中可以看出：
在单阀与顺阀方式下，控制回路共用一个阀门流量特性函数F(x)如果调整阀门流量特性函数则会对两种控制方式的阀门流量特性都会产生影响。针对机组长时间运行和大修后流量特性函数与实际曲线不符合的问题，要对阀门流量特性函数进行修正与优化，阀门流量特性函数准确才能保证单阀的控制效果，以及顺序阀控制过程中流量的正确分配和重叠度的合理选取。
顺阀、单阀流量背压修正函数F(x1)和F(x4)、是机组流量需求与流量指令的修正函数，随着机组负荷的增加，汽轮机排汽压力随之升高，同样的阀门开度其实际流量将减少，因此流量背压修正函数用于对不同负荷段下的总流量指令进行修正，以确保流量指令与实际流量成线性对应关系。该函数一般由汽轮机自身特性所决定，一般无需修正。
顺阀方式下的流量控制环节存在多个函数，阀门重叠度函数F(x3)负责控制各调门之间的重叠度，当调门的开启次序及单个调门的升程流量特性一定时阀门的流量特性就只取决于阀门开启的重叠度。当阀门流量特性函数优化后，既可以进行阀门重叠度的计算与优化。
顺序阀控制方式下，流量分配函数F(x2)负责对综合阀位指令进行分配，根据总阀位指令计算阀门的比例、偏置系数，控制各调门的开启顺序和开度，比例偏置系数通常根据顺序阀门动作顺序及重叠度确定。
实际与理论的综合阀位指令-阀门流量存在一定差别，通过以上对汽机调门流量特性曲线进行试验修正优化，即要根据试验数据优化相关的配汽函数，最终使综合阀位指令与蒸汽流量呈线性关系，以提高机组的控制精度。
本发明得到新的阀门管理曲线，使矫正后的负荷指令-流量曲线回归理想情况下的线性关系。在单阀情况下确保调整后负荷变化过程中压力、流量变化平稳，不出现明显的扰动，在顺阀情况下确保调整后阀门切换过程中负荷、压力变化平稳，不出现明显的扰动。
当单个阀门的流量特性曲线确定后，可以通过作图法初步确定阀门重叠度的范围。再进一步通过试验的方式确定最佳重叠度。确定GV流量修正函数即可确定阀门之间的合理重叠度。试验中随着开启的阀门开度的增加，当流量指令与实际的蒸汽流量已非线时就需增开阀门数量来对其线性补偿，当首先开启的阀门开足时，那么后开启的阀门和首先开启的阀门之间存在一定的重叠度，当修正后的重叠度保证了流量指令与实际的蒸汽流量之间的线性度，此即为两阀门之间的合理重叠度。
可以通过参数寻优结合经验参数范围的方式对重叠度进行修正。为了使配汽机构特性曲线比较平滑，通常认为当阀门前后压力比为0.95～0.98时，阀门就算全开。重叠度的选取一般以前一阀门开至阀门前、后蒸汽压力比为0.85～ 0.90时，后一阀门便开始开启为合适。但涉及的参数的变化与具体情况相关，具体最优设置值需要经过计算求得，并且存在局部最优与全局最优的情况。通过粒子群算法寻找效果最优值，保证蒸汽流量随总阀位信号成比例变化，变化过程连续稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，其特征在于，包括：
DEH系统退出一次调频，退出自动发电控制AGC，汽轮机组切换到阀控运行方式；
将汽轮机组主蒸汽压力控制在预定范围内，汽轮机组的阀门以单阀方式运行，在阀门以单阀方式运行时获取各个阀门对应的用于计算主蒸汽流量的第一相关数据；汽轮机组的阀门以顺阀方式运行，在阀门以顺阀方式运行时获取汽轮机组阀门以顺阀方式运行对应的用于计算主蒸汽流量的第二组相关数据；其中，所述的第一相关数据、第二组相关数据均包括：阀门开度、汽轮机组发电负荷、综合阀位指令FDEM、主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级后压力、调节级后温度；
分别根据各个阀门以单阀方式运行获取的第一相关数据，分别得到各个阀门处于不同开度的汽轮机组主蒸汽流量数据，利用最小二乘法或神经网络算法对各个阀门开度和各个阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量流量数据进行拟合，得到各个阀门的阀门开度-主蒸汽流量函数；选择其中一个阀门的阀门开度-主蒸汽流量函数为汽轮机组阀门单阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数；
根据获取的第二相关数据计算汽轮机组阀门顺阀方式运行时阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量数据，利用最小二乘法或神经网络算法对阀门开度和阀门处于不同开度下的汽轮机组主流量流量数据进行拟合，得到汽轮机组阀门顺阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数；
所述的DEH系统根据所述的汽轮机组阀门单阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数度、汽轮机组阀门顺阀方式运行的阀门开度-主蒸汽流量函数对各个阀门开度进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，其特征在于，所述的汽轮机组的阀门以单阀方式运行，获取各个阀门对应的用于计算主蒸汽流量的第一相关数据的方法具体包括：汽轮机组的各个阀门依次分别进行由全开状态经过多次减少阀门开度直至该阀门处于全闭状态操作以及该阀门由全闭状态经多次增加阀门开度直至该阀门处于全开状态的操作，在其中一个阀门进行全开至全闭，再由全闭至全开操作时，其他阀门处于全开状态，并且在各阀门每经过一次阀门开度减小或增大调整后，采集一次用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；
当对其中一个阀门进行第一相关数据采集时，其他阀门均处于全开状态，该阀门由全开状态以多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，在该阀门处于各次减少开度后的开度时，采集用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；该阀门由全闭状态以多次增加开度操作至该阀门处于全开状态，在该阀门处于各次增加开度后的开度时，采集用于计算主蒸汽流量的第一相关的数据；其中，该阀门以相同的开度值减少阀门开度，该阀门以相同的开度值增加阀门开度；
所述的汽轮机组的阀门以顺阀方式运行，获取汽轮机组阀门处于不同开度时用于计算主蒸汽流量的第二相关数据的方法具体包括：以与汽轮机组的阀门实际顺阀运行时阀门操作顺序为正序，以与汽轮机组的阀门实际顺阀运行时阀门操作顺序相反的顺序为反序，汽轮机组的全部阀门处于全开状态，以反序依次分别对各个阀门进行减小阀门开度操作，反序排在第一位的阀门由全开经多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，然后反序排在第二位的阀门由全开经多次减小开度操作至该阀门处于全闭状态，依次类推，对反序排在第三位、第四位……直至反序排在最后一位的阀门进行多次减少阀门开度操作，且正序排在第一位的一个或两个阀门经多次减小阀门开度后，阀门的开度达到全开状态开度的45％；在各阀门每经过一次阀门开度减小或增大调整后，采集一次用于计算主蒸汽流量的第二相关的数据。
3.根据权利要求1所述的基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，其特征在于，所述的主蒸汽的预定范围为汽轮机组的锅炉处于不超压、稳燃状态下的主蒸汽压力。
4.根据权利要求1所述的基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，其特征在于，当阀门前后压力比为0.95～0.98时，阀门就算全开。
5.根据权利要求1所述的基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，其特征在于，重叠度的选取以前一阀门开至阀门前、后蒸汽压力比为0.85～0.90时，后一阀门便开始开启为合适。
6.根据权利要求1所述的基于DEH系统的汽轮机组阀门控制优化方法，其特征在于，采用弗留格尔公式法利用所述的第一相关数据、第二相关数据计算得到主蒸汽流量数据。
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