CN108303888A - 一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统 - Google Patents

一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统 Download PDF

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CN108303888A CN201810123838.8A CN201810123838A CN108303888A CN 108303888 A CN108303888 A CN 108303888A CN 201810123838 A CN201810123838 A CN 201810123838A CN 108303888 A CN108303888 A CN 108303888A
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Abstract

本发明提供了一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统，通过对主蒸汽温度偏差进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差，以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出，将导前温度减去主控制输出的值得到导前温度控制偏差，副调PI控制器根据导前温度控制偏差输出副控制输出送到减温喷水调节阀进行控制，并且监测导前温度控制偏差，若导前温度控制偏差超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出设置为导前温度的值。本发明提高了系统调节的响应速度，能显著提高主蒸汽温度减温喷水控制系统的调节品质。

Description

一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术及火力发电机组技术领域，尤其涉及一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统。
背景技术
随着现在科技的发展，火电厂的自动化控制技术越来越完善，火电厂的自动化程度越来越高。但是，在自动化控制的同时，火电厂的控制技术也在不断进步，过去存在的控制不稳定不准确的技术问题慢慢得以解决，比如火电厂中的锅炉控制技术。
锅炉的主蒸汽温度是通过喷水减温器在蒸汽中喷入冷水来进行控制的，它是火电厂最关键的控制系统之一。几乎所有的锅炉主汽温控制均采用串级控制方案，但采用串级控制方案时，副调由于需要设计跟踪功能的原因，未能采用纯比例的控制方式，仍然是采用PI控制器，由于副调并不是纯比例调节的那种随动系统，当副调偏差较大一时未能及时消除时，出现主调需要减温喷水调节阀立即向与副调相反方向的喷水动作时，但在副调PI控制器的积分作用下，有时会造成减温喷水调节阀仍会往一个非主调期待的方向动作，造成主蒸汽温度响应的延时，从而影响了系统调节的响应速度，降低了系统的调节品质。另外，当减温喷水调节阀完全关闭后，主汽温仍然未能达到设定值时，副调还会存在积分饱和现象，可能会引致主汽温的严重超温，不利于机组安全运行，若采用了积分饱和的技术措施后，虽然能解决积分饱和现象，但当在主蒸汽温度很低时出现回升，此时会立即造成减温喷水调节阀打开，而此时主蒸汽温度仍然很低，喷水控制系统过早打开。再有减温喷水调节阀不利于汽温的回升，也不利于机组经济运行。
为了提高机组的运行效率，主蒸汽温度通常在接近管道金属材料的上限运行，如采用现有的技术进行减温喷水，则很容易发生主蒸汽温度超温的情况，导致超温的各种问题。因此，如何有效防止发生主蒸汽温度超温是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统，用于解决如何有效防止发生主蒸汽温度超温的技术问题。
本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，包括：
S1：对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差将预处理后的主蒸汽温度偏差发送至主调PID控制器；
S2：主调PID控制器以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid；
S3将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta，将导前温度控制偏差Eta输出至副调PI控制器；
S4：副调PI控制器根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制；
S5：监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。
优选地，步骤S5之后还包括：
S6：判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算。
步骤S1之前还包括：
S0：由主蒸汽温度设定值MTS减去主蒸汽温度MT得到主蒸汽温度偏差Emt。
优选地，步骤S1中对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差具体包括：
预设一个主蒸汽温度低限偏差Et1、一个主蒸汽温度高限偏差Et2和一个加强调节强度的系数Kt；Et1的值为正数值，Et2的值为负数值，Kt的值大于1.0；
根据第一公式计算得到预处理后的主蒸汽温度偏差
所述第一公式为：
其中，f1(Emt)为对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理运算的函数。
优选地，步骤S2中以主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid具体包括：
根据第二公式组计算积分运算分量Ui、比例运算分量Ukp和微分运算分量Ud；
根据第三公式计算主控制输出OUTmpid；
所述第二公式组为：
Ukp＝KpE；
Ud＝f2(E)；
TR＝Ta；
TS＝TSON；
当BI＝1且TS＝0时，若Ui+Ukp+Ud＞OUTBI，则摈弃上式计算得到的Ui的值，以下式重新计算Ui：
Ui＝OUTBI-Ukp-Ud；
所述第三公式为：OUTmpid＝Ui+Ukp+Ud；
其中，OUTBI的获得方式为：计算获得计算主控制输出OUTmpid后，若监测到闭锁增使能输入BI信号发生上升沿跳变，则将本控制周期运算得到的OUTmpid的值保存到变量OUTBI中，以被下一控制周期计算Ui变量时采用，计算公式为：OUTBI＝OUTmpid；
其中，为预处理后的主蒸汽温度偏差；E为主调PID控制器的偏差输入；Kp为主调PID控制器的比例增益参数；f2(E)为主调PID控制器的具有快速返回特性的微分算法函数；Ta为导前温度；TSON为跟踪使能信号；Ti为主调PID控制器的积分时间参数；TR为主调PID控制器的跟踪输入；TS为主调PID控制器的跟踪使能输入。
优选地，所述Ud＝f2(E)具体包括：
通过第四公式组计算获得微分运算分量Ud；
所述第四公式组为：
Ud＝f2(E)＝Kd[E-LAG(E，Tg)]；
Ud(K-1)＝Ud；
其中，Tg为惯性时间常数；Tg1、Tg2为两个惯性时间常数的时间参数，且Tg1＜Tg2；Ud(K-1)为上一控制周期运算得到的微分运算分量Ud的值；L为微分运算输出的高低限参数，即微分运算的输出被限制在[-L，L]之间；Kd为微分增益参数；LAG(E，Tg)为惯性环节，其传递函数为S为拉普拉斯变换算子。
优选地，步骤S4中根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid具体包括：
通过第五公式组计算获得Usi为积分运算分量和Uskp为比例运算分量；
通过第六公式计算获得副控制输出OUTspid；
所述第五公式组为：
Es＝Eta；
Uskp＝KspEs；
TRs＝OUTspid(K-1)；
TSs＝TSON；
当BDs＝1且TSs＝0时，若Usi+Uskp＜OUTBDS，则摒弃上式计算获得的Usi的值，通过下式重新计算Usi：
Usi＝0UTBDs-Uskp；
所述第六公式为：OUTspid＝Usi+Uskp；
其中，OUTspid(K-1)的获得方式为：计算获得计算副控制输出OUTspid后，将本控制周期运算得到的OUTspid的值保存到变量OUTspid(K-1)中，被下一控制周期计算TRs等变量时采用，计算公式为：OUTspid(K-1)＝OUTspid；
其中，OUTBDS的获得方式为：计算获得计算副控制输出OUTspid后，如果监测到闭锁降使能输入BDs信号发生上升沿跳变，则保存本控制周期运算得到的OUTspid的值到变量OUTBDS中，被下一控制周期计算Usi变量时采用，计算公式为：OUTBDS＝OUTspid；
其中，Eta为导前温度控制偏差；Es为副调PI控制器的偏差输入；Ksp为副调PI控制器的比例增益参数；Tsi为积分时间参数；TRs为副调PI控制器的跟踪输入；OUTspid(K-1)为上一控制周期运算得到的副调PID控制器的控制输出OUTspid的值；TSs为副调PI控制器的跟踪使能输入；TSON为跟踪使能信号。
优选地，所述跟踪使能信号TSON的通过以下公式计算获得：
TSON=f3(Eta)=TON[fH(|Eta|，H)，T]；
其中，函数f3(Eta)为前导温度偏差判断函数；函数TON( )为延时触发运算块，其中T为延时间常数参数，单位为秒，当输入信号为1并且持续时间达到或超过T秒时，输出为1，否则输出为0；函数fH(|Eta|，H)为高值比较运算块，其中H为预设的高限值参数，当输入信号的数值大于H时，输出为1，否则输出为0；(|Eta|)为对导前温度控制偏差Eta求绝对值。
优选地，步骤S5中触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值具体包括：
跟踪使能信号TSON为1时，在本次控制周期内运算，同时设置副调PI控制器的跟踪使能输入TSs和主调PID控制器的跟踪使能输入TS均为1，使得等到下一控制周期时，主调PID控制器的输出改变为与导前温度相等的数值，副调PI控制器的输出保持不变。
优选地，步骤S6中判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算具体为：
副调PI控制器的闭锁降使能输入BDs和主调PID控制器的闭锁增使能输入BI按以下公式计算得到：
BDs＝BI＝fL(OUTspid，L)；
式中，函数fL(OUTspid，L)为小值比较运算块，其中L为预设的低限值参数，当输入信号的数值小于L时，输出为1，否则输出为0，OUTspid为副调PI控制器的输出，通过BDs和BI的使能可实现主调PID控制器和副调PI控制器的闭锁。
本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制系统，包括：主蒸汽温度偏差预处理模块、主调PID控制器、导前温度控制偏差计算模块、副调PI控制器、偏差大小判断运算块；
所述主蒸汽温度偏差预处理模块连接所述主调PID控制器，用于对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差将预处理后的主蒸汽温度偏差发送至所述主调PID控制器；
所述主调PID控制器的输入输出端包括偏差输入E，跟踪输入TR，跟踪使能输入TS、闭锁增使能输入BI和主控制输出OUTmpid，所述主调PID控制器的主控制输出端连接所述导前温度控制偏差计算模块，用于以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid并将主控制输出OUTmpid输出至所述导前温度控制偏差计算模块；
所述导前温度控制偏差计算模块连接所述副调PI控制器，用于将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta并将导前温度控制偏差Eta输出至所述副调PI控制器；
所述副调PI控制器的输入输出端包括偏差输入Es，跟踪输入TRs，跟踪使能输入TSs、闭锁降使能输入BDs和控制输出OUTspid,用于根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制；
所述偏差大小判断运算块连接所述主调PID控制器的跟踪使能输入端、所述副调PI控制器的跟踪使能输入端和所述导前温度控制偏差计算模块的输出端，用于监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统，通过对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid，将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta，副调PI控制器根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制，并且监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。本发明对主蒸汽温度偏差进行了预处理运算，在主调PID控制器的微分运算采用了具有快速返回特性的微分算法，并判断导前温度控制偏差超过一定值并且持续超过一段时间后，触发主、副调控制器一个控制周期的跟踪，提高了系统调节的响应速度，能显著提高主蒸汽温度减温喷水控制系统的调节品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为电站锅炉主蒸汽温度减温喷水原理图；
图2为本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法的一个实施例的示意图；
图3为本发明的电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法的实施方案图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法及系统，用于解决如何有效防止发生主蒸汽温度超温的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2和图3，本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法的一个实施例，包括：
101：对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差将预处理后的主蒸汽温度偏差发送至主调PID控制器；
102：主调PID控制器以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid；
103：将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta，将导前温度控制偏差Eta输出至副调PI控制器；
104：副调PI控制器根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制；
105：监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。
本发明对主蒸汽温度偏差进行了预处理运算，在主调PID控制器的微分运算采用了具有快速返回特性的微分算法，并判断导前温度控制偏差超过一定值并且持续超过一段时间后，触发主、副调控制器一个控制周期的跟踪，提高了系统调节的响应速度，能显著提高主蒸汽温度减温喷水控制系统的调节品质。
进一步地，步骤105之后还包括：
106：判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算。
进一步地，步骤S1之前还包括：
100：由主蒸汽温度设定值MTS减去主蒸汽温度MT得到主蒸汽温度偏差Emt。
进一步地，步骤101中对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差具体包括：
预设一个主蒸汽温度低限偏差Et1、一个主蒸汽温度高限偏差Et2和一个加强调节强度的系数Kt；Et1的值为正数值，Et2的值为负数值，Kt的值大于1.0；
根据第一公式计算得到预处理后的主蒸汽温度偏差
所述第一公式为：
其中，f1(Emt)为对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理运算的函数。
进一步地，步骤102中以主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid具体包括：
根据第二公式组计算积分运算分量Ui、比例运算分量Ukp和微分运算分量Ud；
根据第三公式计算主控制输出OUTmpid；
所述第二公式组为：
Ukp＝KpE；
Ud＝f2(E)；
TR＝Ta；
TS＝TSON；
当BI＝1且TS＝0时，若Ui+Ukp+Ud＞OUTBI，则摈弃上式计算得到的Ui的值，以下式重新计算Ui：
Ui＝OUTBI-Ukp-Ud；
所述第三公式为：OUTmpid＝Ui+Ukp+Ud；
其中，OUTBI的获得方式为：计算获得计算主控制输出OUTmpid后，若监测到闭锁增使能输入BI信号发生上升沿跳变，则将本控制周期运算得到的OUTmpid的值保存到变量OUTBI中，以被下一控制周期计算Ui变量时采用，计算公式为：OUTBI＝OUTmpid；
其中，为预处理后的主蒸汽温度偏差；E为主调PID控制器的偏差输入；Kp为主调PID控制器的比例增益参数；f2(E)为主调PID控制器的具有快速返回特性的微分算法函数；Ta为导前温度；TSON为跟踪使能信号；Ti为主调PID控制器的积分时间参数；TR为主调PID控制器的跟踪输入；TS为主调PID控制器的跟踪使能输入。
进一步地，所述Ud＝f2(E)具体包括：
通过第四公式组计算获得微分运算分量Ud；
所述第四公式组为：
Ud＝f2(E)＝Kd[E-LAG(E，Tg)]；
Ud(K-1)＝Ud；
其中，Tg为惯性时间常数；Tg1、Tg2为两个惯性时间常数的时间参数，且Tg1＜Tg2；Ud(K-1)为上一控制周期运算得到的微分运算分量Ud的值；L为微分运算输出的高低限参数，即微分运算的输出被限制在[-L,L]之间；Kd为微分增益参数；LAG(E,Tg)为惯性环节，其传递函数为S为拉普拉斯变换算子。
进一步地，步骤104中根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid具体包括：
通过第五公式组计算获得Usi为积分运算分量和Uskp为比例运算分量；
通过第六公式计算获得副控制输出OUTspid；
所述第五公式组为：
Es＝Eta；
Uskp＝KspEs；
TRs＝OUTspid(K-1)；
TSs＝TSON；
当BDs＝1且TSs＝0时，若Usi+Uskp＜OUTBDS，则摒弃上式计算获得的Usi的值，通过下式重新计算Usi：
Usi＝0UTBDs-Uskp；
所述第六公式为：OUTspid＝Usi+Uskp；
其中，OUTspid(K-1)的获得方式为：计算获得计算副控制输出OUTspid后，将本控制周期运算得到的OUTspid的值保存到变量OUTspid(K-1)中，被下一控制周期计算TRs等变量时采用，计算公式为：OUTspid(K-1)＝OUTspid；
其中，OUTBDS的获得方式为：计算获得计算副控制输出OUTspid后，如果监测到闭锁降使能输入BDs信号发生上升沿跳变，则保存本控制周期运算得到的OUTspid的值到变量OUTBDS中，被下一控制周期计算Usi变量时采用，计算公式为：OUTBDs＝OUTspid；
其中，Eta为导前温度控制偏差；Es为副调PI控制器的偏差输入；Ksp为副调PI控制器的比例增益参数；Tsi为积分时间参数；TRs为副调PI控制器的跟踪输入；OUTspid(K-1)为上一控制周期运算得到的副调PID控制器的控制输出OUTspid的值；TSs为副调PI控制器的跟踪使能输入；TSON为跟踪使能信号。
进一步地，所述跟踪使能信号TSON的通过以下公式计算获得：
TSON=f3(Eta)=TON[fH(|Eta|,H),T];
其中，函数f3(Eta)为前导温度偏差判断函数；函数TON()为延时触发运算块，其中T为延时间常数参数，单位为秒，当输入信号为1并且持续时间达到或超过T秒时，输出为1，否则输出为0；函数fH(|Eta|，H)为高值比较运算块，其中H为预设的高限值参数，当输入信号的数值大于H时，输出为1，否则输出为0；(|Eta|)为对导前温度控制偏差Eta求绝对值。
进一步地，步骤105中触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值具体包括：
跟踪使能信号TSON为1时，在本次控制周期内运算，同时设置副调PI控制器的跟踪使能输入TSs和主调PID控制器的跟踪使能输入TS均为1，使得等到下一控制周期时，主调PID控制器的输出改变为与导前温度相等的数值，副调PI控制器的输出保持不变。
进一步地，步骤106中判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算具体为：
副调PI控制器的闭锁降使能输入BDs和主调PID控制器的闭锁增使能输入BI按以下公式计算得到：
BDs＝BI＝fL(OUTspid，L)；
式中，函数fL(OUTspid，L)为小值比较运算块，其中L为预设的低限值参数，当输入信号的数值小于L时，输出为1，否则输出为0，OUTspid为副调PI控制器的输出，通过BDs和BI的使能可实现主调PID控制器和副调PI控制器的闭锁。
本发明的主蒸汽温度偏差预处理方法，当发生主蒸汽温度高于设定值时，能够加强控制强度，迅速降低主蒸汽温度回复到正常值，有效防止超温，可以提高温度设定值，有利于机组经济运行。当在主蒸汽温度很低时出现回升，不会立即打开减温喷水调节阀，利于汽温的回升，利于机组经济运行，而当主蒸汽温度回升到一个合理的值时，在主、调控制的闭锁作用配合下，又能快速打开减温喷水调节阀，防止发生超温。
本发明的主调PID控制器的微分运算采用了具有快速返回特性的微分算法，能够提高主调PID控制器的调节速度，改善调节品质，同时由于其又有动态限幅的作用，能防止出现微分作用引起的系统不稳定问题。
本发明的导前温度控制偏差判断以及触发主、副调控制器跟踪的方法，使副调控制器接近纯比例调节的那种随动系统，副调控制器能时刻快速响应主调控制器的需求，不会出现减温喷水调节阀往非主调期待方向动作的情况，从而提高了主蒸汽温度响应速度，改善了系统的响应特性，有助于提高系统的调节品质。
需要说明的是，本发明提到的控制周期是指一个电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法执行的开始到结束为一个控制周期。该电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法执行完一次算一个控制周期。上一个控制周期即上一次执行电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法所处的周期。
以上是对本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法的另一个实施例进行详细的描述。
请参阅图3，本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法的另一个实施例包括以下步骤：
步骤S101：实时采集主蒸汽温度设定值、主蒸汽温度、导前温度Ta、并分别保存到MTS、MT、Ta变量中，以便在后续的计算中被引用；
步骤S102：对主蒸汽温度设定值MTS和主蒸汽温度MT进行差值运算，得到主蒸汽温度偏差Emt，通过以下公式进行计算得到：
Emt＝MTs-MT
步骤S103：对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理运算，得到预处理后的主蒸汽温度偏差(附图3中的块100)，按以下方法计算得到：
先预设一个主蒸汽温度低限偏差Et1和一个主蒸汽温度高限偏差Et2，还有一个加强调节强度的系数Kt。Et1的值必须为正数值，Et2的值必须为负数值，Kt的值需要大于1.0。
然后按下式计算信号:
式中，f1(Emt)为对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理运算的函数。
在一个实施例中，主蒸汽温度低限偏差Et1取值10℃，其实际作用是，在主蒸汽温度低于设定值10℃时，即使主蒸汽温度出现回升，也保持减温喷水调节阀关闭不变，有利于快速提升主蒸汽温度。但若主蒸汽温度出现回升到离设定值10℃，减温喷水调节阀会根据主蒸汽温度出现回升的速度和回升的幅度而打开，从而防止出现超温；主蒸汽温度高限偏差Et2取值-5℃，加强调节强度的系数Kt取值2.0，其实际作用是，在主蒸汽温度高于设定值0～5℃时，主调PID控制器的调节作用加强到平时的2.0倍，尽快拉回主蒸汽温度，采用本措施后，主蒸汽温度的波动范围在设定值-5℃和设定值+2.5℃之间，从而可以提高温度设定值2.5℃，也不会发生超温。如在某台1000MW超超临界机组上应用本发明后，主蒸汽温度设定值由原来的605℃提升到608℃，明显提高了机组运行的经济性。
步骤S104：将预处理后的主蒸汽温度偏差送到主调PID控制器进行控制运算，主调PID控制器的微分运算采用具有快速返回特性的微分算法。
主调PID控制器具有偏差输入E，跟踪输入TR，跟踪使能输入TS、闭锁增使能输入BI和控制输出OUTmpid，控制输出OUTmpid由以下公式计算得到：
OUTmpid＝Ui+Ukp+Ud
式中，Ui为积分运算分量；Ukp为比例运算分量；Ud为微分运算分量。
然后，如果监测到闭锁增使能输入BI信号发生上升沿跳变，则还要保存本控制周期运算得到的OUTmpid的值到变量OUTBI中，以被下一控制周期计算Ui变量时采用：
OUTBI＝OUTmpid
Ui、Ukp、Ud按下列公式顺序进行计算得到：
Ukp＝KpE
Ud＝f2(E)
TR＝Ta
TS＝TSON
当BI＝1且TS＝0时，若计算结果Ui+Ukp+Ud＞OUTBI，则摈弃刚刚计算得到的Ui的值，重新计算Ui：
Ui＝OUTBI-Ukp-Ud
式中，为预处理后的主蒸汽温度偏差；E为主调PID控制器的偏差输入；Kp为主调PID控制器的比例增益参数；f2(E)为主调PID控制器的具有快速返回特性的微分算法函数；Ta为导温度；TSON为跟踪使能信号；Ti为主调PID控制器的积分时间参数；TR为主调PID控制器的跟踪输入；TS为主调PID控制器的跟踪使能输入。
重新计算Ui的目的是，当出现闭锁增时，先按正常的PID算法计算出Ui+Ukp+Ud的值，然后与之前闭锁增使能输入BI信号发生上升沿时的OUTmpid的值(保存在OUTBI变量中)进行比较，如果Ui+Ukp+Ud的值大于OUTBI，则本控制周期计算得到的OUTmpid的值等于OUTBI，采用重新计算积分分量Ui的方法来实现，其优点是可以实现快速返回，改善调节器的性能。
具有快速返回特性的微分算法函数f2(E)(附图3中的块200)，按照以下方法计算得到：
Ud＝f2(E)＝Kd[E-LAG(E，Tg)]
Ud(K-1)＝Ud
式中，Tg为惯性时间常数；Tg1、Tg2为两个惯性时间常数的时间参数，且Tg1＜Tg2；Ud(K-1)为上一控制周期运算得到的微分运算分量Ud的值；L为微分运算输出的高低限参数，即微分运算的输出被限制在[-L,L]之间；Kd为微分增益参数；LAG(E,Tg)为惯性环节，其传递函数为S为拉普拉斯变换算子。
在某个实施例中，Tg1、Tg2为两个惯性时间常数的时间参数分别取值为1秒和10秒，Kd取值12，L取值10℃。
在另一个在DCS实现的实施例中，采用DCS自带的PID算法块来实现主调PID控制器，在实施过程中，取消了DCS自带的PID算法的微分作用，并在DCS自带的PID算法块的外部构建本发明的具有快速返回特性微分算法回路，并送入到DCS自带的PID算法块的前馈输入FF端，如图3所示。
步骤S105：将主调PID控制器的输出OUTmpid再与导前温度Ta求差值运算得到导前温度控制偏差Eta，按以下公式计算得到：
Eta＝Ta-OUTmpid
式中，Ta为导前温度；OUTmpid为主调PID控制器的控制输出。
步骤S106：将导前温度控制偏差Eta送副调PI控制器进行控制运算。
副调PID控制器具有偏差输入Es，跟踪输入TRs，跟踪使能输入TSs、闭锁降使能输入BDs和控制输出OUTspid，控制输出OUTspid由以下公式计算得到：
OUTspid＝Usi+Uskp
式中，Usi为积分运算分量；Uskp为比例运算分量。
然后，保存本控制周期运算得到的OUTspid的值到变量OUTspid(K-1)中，被下一控制周期计算TRs等变量时采用：
OUTspid(K-1)＝OUTspid
如果监测到闭锁降使能输入BDs信号发生上升沿跳变，则还要保存本控制周期运算得到的OUTspid的值到变量OUTBDS中，被下一控制周期计算Usi变量时采用：
OUTBDs＝OUTspid
Usi、Uskp按下列公式顺序进行计算得到：
Es＝Eta
Uskp＝KspEs
TRs＝OUTspid(K-1)
TSs＝TSON
当BDs＝1且TSs＝0时，若计算结果Usi+Uskp＜OUTBDS，则摈弃刚刚计算得到的Usi的值，重新计算Usi：
Usi＝OUTBDs-Uskp
式中，Eta为导前温度控制偏差；Es为副调PI控制器的偏差输入；Ksp为副调PI控制器的比例增益参数；Tsi为积分时间参数；TRs为副调PI控制器的跟踪输入；OUTspid(K-1)为上一控制周期运算得到的副调PID控制器的控制输出OUTspid的值；TSs为副调PI控制器的跟踪使能输入；TSON为跟踪使能信号。
重新计算Usi的目的是，当出现闭锁降时，先按正常的PI算法计算出Usi+Uskp的值，然后与之前闭锁降使能输入BDs信号发生上升沿时的OUTspid的值(保存在OUTBDS变量中)进行比较，如果Usi+Uskp的值小于OUTBDS，则本控制周期计算得到的OUTspid的值等于OUTBDS，采用重新计算积分分量Usi的方法来实现，其优点是可以实现快速返回，改善调节器的性能。
步骤S107：将前导前温度控制偏差Eta另一路送到偏差大小判断运算块(附图3中的块300)，当导前温度控制偏差超过一定值并且持续超过一段时间后，触发跟踪使能信号TSON，TSON按以下方法产生：
TSON＝f3(Eta)＝TON[fH(|Eta|，H)T]
式中，函数f3(Eta)为前导温度偏差判；函数TON( )为延时触发运算块，其中T为延时间常数参数，单位为秒，当输入信号为1并且持续时间达到或超过T秒时，输出为1，否则输出为0；函数fH(|Eta|，H)为高值比较运算块，其中H为预设的高限值参数，当输入信号的数值大于H时，输出为1，否则输出为0；(|Eta|)为对导前温度控制偏差Eta求绝对值。
在一个实施例中，延时间常数参数T实际取值为30秒，预设的高限值参数H实际取值为5℃。
步骤S108：跟踪使能信号TSON连接到副调PI控制器和主调PID控制器的跟踪使能输入端。
跟踪使能信号TSON为1时，在本次控制周期内运算，同时设置副调PI控制器的跟踪使能输入TSs和主调PID控制器的跟踪使能输入TS均为1；等到下一控制周期时，主调PID控制器的输出改变为与导前温度相等的数值，副调PI控制器的输出保持不变，最后才运算前导温度偏差判函数f3(Eta)，其结果是使跟踪使能信号TSON为0；再等到下一控制周期时，主调PID控制器和副调PI控制器均恢复正常的控制运算。
步骤S108：判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算。副调PI控制器的闭锁降使能输入BDs和主调PID控制器的闭锁增使能输入BI按以下公式计算得到：
BDs＝BI＝fL(OUTspid，L)
式中，函数fL(OUTspid，L)为小值比较运算块，其中L为预设的低限值参数，当输入信号的数值小于L时，输出为1，否则输出为0。
在本实施例中，预设的低限值参数L实际取值为0.001％，其实际作用是，当减温喷水调节阀的调节开度小于0.001％时(此时调节阀实际上已经关闭)，则闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算，能有效防止出现控制器饱和的状态。当主汽温度有回升时，能够立即开启减温喷水调节阀，防止发生超温。当然，在主蒸汽温度偏差Emt进行预处理的作用下，若主汽温度已经很低，或回升速率较慢，根本就不会发生超温，则即使出现主汽温度回升，也不会立即开启减温喷水调节阀，有利于主汽温度的回升，提高机组运行的经济性。
以下将对本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制系统的一个实施例进行详细的描述。
本发明可以在DCS(Distributed Control System,DCS)、PLC(ProgrammableLogic Controller,PLC)、单片机、嵌入式系统或计算机上编程实现。
请参阅图3，本发明提供的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制系统的一个实施例，包括：主蒸汽温度偏差预处理模块、主调PID控制器、导前温度控制偏差计算模块、副调PI控制器、偏差大小判断运算块；
所述主蒸汽温度偏差预处理模块(附图3中的100)连接所述主调PID控制器，用于对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差将预处理后的主蒸汽温度偏差发送至所述主调PID控制器；
所述主调PID控制器的输入输出端包括偏差输入E，跟踪输入TR，跟踪使能输入TS、闭锁增使能输入BI和主控制输出OUTmpid，所述主调PID控制器的主控制输出端连接所述导前温度控制偏差计算模块，用于以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid并将主控制输出OUTmpid输出至所述导前温度控制偏差计算模块；
所述导前温度控制偏差计算模块连接所述副调PI控制器，用于将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta并将导前温度控制偏差Eta输出至所述副调PI控制器；
所述副调PI控制器的输入输出端包括偏差输入Es，跟踪输入TRs，跟踪使能输入TSs、闭锁降使能输入BDs和控制输出OUTspid,用于根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制；
所述偏差大小判断运算块(附图3中的300)连接所述主调PID控制器的跟踪使能输入端、所述副调PI控制器的跟踪使能输入端和所述导前温度控制偏差计算模块的输出端，用于监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。需要注意的是，先执行完副调PI控制器，才执行偏差大小判断运算块。
该系统还包括主蒸汽温度偏差计算模块(附图3中100上方的电路模块)，用于由主蒸汽温度设定值MTS减去主蒸汽温度MT得到主蒸汽温度偏差Emt。
该系统还包括闭锁模块(附图3中副调PI控制器左下方的/L电路模块)，用于判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算。
该系统还包括快速返回特性微分计算模块(如附图3中的200)，用于执行具有快速返回特性的微分算法，辅助主调PID控制器运算。
需要说明的是，上述方法对应的计算都可以通过电路方式实现该计算过程或计算公式，因而可以在单片机、FPGA等上通过电路模块实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，包括：
S1：对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差将预处理后的主蒸汽温度偏差发送至主调PID控制器；
S2：主调PID控制器以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid；
S3将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta，将导前温度控制偏差Eta输出至副调PI控制器；
S4：副调PI控制器根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制；
S5：监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。
2.根据权利要求1所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，步骤S5之后还包括：
S6：判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算。
3.根据权利要求1所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，步骤S1中对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差具体包括：
预设一个主蒸汽温度低限偏差Et1、一个主蒸汽温度高限偏差Et2和一个加强调节强度的系数Kt；
根据第一公式计算得到预处理后的主蒸汽温度偏差
所述第一公式为：
其中，f1(Emt)为对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理运算的函数。
4.根据权利要求1所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，步骤S2中以主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid具体包括：
根据第二公式组计算积分运算分量Ui、比例运算分量Ukp和微分运算分量Ud；
根据第三公式计算主控制输出OUTmpid；
所述第二公式组为：
Ukp＝KpE；
Ud＝f2(E)；
TR＝Ta；
TS＝TSON；
当BI＝1且TS＝0时，若Ui+Ukp+Ud＞OUTBI，则摈弃上式计算得到的Ui的值，以下式重新计算Ui：
Ui＝OUTBI-Ukp-Ud；
所述第三公式为：OUTmpid＝Ui+Ukp+Ud；
其中，OUTBI的获得方式为：计算获得计算主控制输出OUTmpid后，若监测到闭锁增使能输入BI信号发生上升沿跳变，则将本控制周期运算得到的OUTmpid的值保存到变量OUTBI中，以被下一控制周期计算Ui变量时采用，计算公式为：OUTBI＝OUTmpid；
其中，为预处理后的主蒸汽温度偏差；E为主调PID控制器的偏差输入；Kp为主调PID控制器的比例增益参数；f2(E)为主调PID控制器的具有快速返回特性的微分算法函数；Ta为导前温度；TSON为跟踪使能信号；Ti为主调PID控制器的积分时间参数；TR为主调PID控制器的跟踪输入；TS为主调PID控制器的跟踪使能输入。
5.根据权利要求4所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，所述Ud＝f2(E)具体包括：
通过第四公式组计算获得微分运算分量Ud；
所述第四公式组为：
Ud＝f2(E)＝Kd[E-LAG(E,Tg)]；
Ud(K-1)＝Ud；
其中，Tg为惯性时间常数；Tg1、Tg2为两个惯性时间常数的时间参数，且Tg1＜Tg2；Ud(K-1)为上一控制周期运算得到的微分运算分量Ud的值；L为微分运算输出的高低限参数，即微分运算的输出被限制在[-L,L]之间；Kd为微分增益参数；LAG(E,Tg)为惯性环节，其传递函数为S为拉普拉斯变换算子。
6.根据权利要求1所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，步骤S4中根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid具体包括：
通过第五公式组计算获得Usi为积分运算分量和Uskp为比例运算分量；
通过第六公式计算获得副控制输出OUTspid；
所述第五公式组为：
Es＝Eta；
Uskp＝KspEs；
TRs＝OUTspid(K-1)；
TSs＝TSON；
当BDs＝1且TSs＝0时，若Usi+Uskp＜OUTBDS，则摒弃上式计算获得的Usi的值，通过下式重新计算Usi：
Usi＝OUTBDS-Uskp；
所述第六公式为：OUTspid＝Usi+Uskp；
其中，OUTspid(K-1)的获得方式为：计算获得计算副控制输出OUTspid后，将本控制周期运算得到的OUTspid的值保存到变量OUTspid(K-1)中，被下一控制周期计算TRs等变量时采用，计算公式为：OUTspid(K-1)＝OUTspid；
其中，OUTBDS的获得方式为：计算获得计算副控制输出OUTspid后，如果监测到闭锁降使能输入BDs信号发生上升沿跳变，则保存本控制周期运算得到的OUTspid的值到变量OUTBDS中，被下一控制周期计算Usi变量时采用，计算公式为：OUTBDS＝OUTspid；
其中，Eta为导前温度控制偏差；Es为副调PI控制器的偏差输入；Ksp为副调PI控制器的比例增益参数；Tsi为积分时间参数；TRs为副调PI控制器的跟踪输入；OUTspid(K-1)为上一控制周期运算得到的副调PID控制器的控制输出OUTspid的值；TSs为副调PI控制器的跟踪使能输入；TSON为跟踪使能信号。
7.根据权利要求1所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，所述跟踪使能信号TSON的通过以下公式计算获得：
TSON＝f3(Eta)＝TON[fH(|Eta|，H),T]；
其中，函数f3(Eta)为前导温度偏差判断函数；函数TON()为延时触发运算块，其中T为延时间常数参数，单位为秒，当输入信号为1并且持续时间达到或超过T秒时，输出为1，否则输出为0；函数fH(|Eta|，H)为高值比较运算块，其中H为预设的高限值参数，当输入信号的数值大于H时，输出为1，否则输出为0；(|Eta|)为对导前温度控制偏差Eta求绝对值。
8.根据权利要求1所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，步骤S5中触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值具体包括：
跟踪使能信号TSON为1时，在本次控制周期内运算，同时设置副调PI控制器的跟踪使能输入TSs和主调PID控制器的跟踪使能输入TS均为1，使得等到下一控制周期时，主调PID控制器的输出改变为与导前温度相等的数值，副调PI控制器的输出保持不变。
9.根据权利要求2所述的一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制方法，其特征在于，步骤S6中判断副调PI控制器的输出为达到最低限时，闭锁副调PI控制器的输出继续降低的运算，闭锁主调PID控制器的输出继续增大的运算具体为：
副调PI控制器的闭锁降使能输入BDs和主调PID控制器的闭锁增使能输入BI按以下公式计算得到：
BDs＝BI＝fL(OUTspid，L)；
式中，函数fL(OUTspid，L)为小值比较运算块，其中L为预设的低限值参数，当输入信号的数值小于L时，输出为1，否则输出为0，OUTspid为副调PI控制器的输出，通过BDs和BI的使能可实现主调PID控制器和副调PI控制器的闭锁。
10.一种电站锅炉主蒸汽温度减温喷水控制系统，其特征在于，包括：主蒸汽温度偏差预处理模块、主调PID控制器、导前温度控制偏差计算模块、副调PI控制器、偏差大小判断运算块；
所述主蒸汽温度偏差预处理模块连接所述主调PID控制器，用于对主蒸汽温度偏差Emt进行预处理得到预处理后的主蒸汽温度偏差将预处理后的主蒸汽温度偏差发送至所述主调PID控制器；
所述主调PID控制器的输入输出端包括偏差输入E，跟踪输入TR，跟踪使能输入TS、闭锁增使能输入BI和主控制输出OUTmpid，所述主调PID控制器的主控制输出端连接所述导前温度控制偏差计算模块，用于以预处理后的主蒸汽温度偏差为输入变量结合具有快速返回特性的微分算法计算获得主控制输出OUTmpid并将主控制输出OUTmpid输出至所述导前温度控制偏差计算模块；
所述导前温度控制偏差计算模块连接所述副调PI控制器，用于将导前温度Ta减去主控制输出OUTmpid的值得到导前温度控制偏差Eta并将导前温度控制偏差Eta输出至所述副调PI控制器；
所述副调PI控制器的输入输出端包括偏差输入Es，跟踪输入TRs，跟踪使能输入TSs、闭锁降使能输入BDs和控制输出OUTspid,用于根据导前温度控制偏差Eta输出副控制输出OUTspid送到减温喷水调节阀进行控制；
所述偏差大小判断运算块连接所述主调PID控制器的跟踪使能输入端、所述副调PI控制器的跟踪使能输入端和所述导前温度控制偏差计算模块的输出端，用于监测导前温度控制偏差Eta，若导前温度控制偏差Eta超过预设的阈值并持续预设的时间，则触发跟踪使能信号TSON使得副调PI控制器的输出强制保持不变，并将主调PID控制器输出的主控制输出OUTmpid设置为导前温度Ta的值。
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