CN108457709B - 汽动给水泵发电机组的控制方法和系统 - Google Patents

汽动给水泵发电机组的控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽动给水泵发电机组的控制方法和系统，所述方法包括：获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差；根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量；根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号，控制信号用以指示变速装置输出轴的工作状态。本发明提供的汽动给水泵发电机组的控制方法和系统具有较高的工作效率。

Description

汽动给水泵发电机组的控制方法和系统
技术领域
本申请涉及火力发电技术领域，特别是涉及一种汽动给水泵发电机组的控制方法和系统。
背景技术
在火力发电技术领域，汽动给水泵的出力需要根据发电机组负荷的变化而改变。发电机组负荷增大，则汽动给水泵的出力也将增大。而汽动给水泵的出力由汽动给水泵的转速决定。汽动给水泵的转轴通过汽轮机转动来驱动。
汽轮机上的进汽口上设置有调节阀。通常通过控制调节阀的开度，可以控制进入的蒸汽流量，以改变汽轮机的转速，从而改变给水泵的转速。当发电机组负荷较小时，汽动给水泵所需要的转速较小。此时，调节阀处于较小开度，导致节流损失大，汽轮机工作效率低。
因此，将汽动给水泵及汽轮机通过变速装置连接工频发电机成为一套汽动给水泵发电机组。此时，汽轮机做功的一部分能量用于驱动汽动给水泵工作，另一部分能量用于驱动工频发电机发电。但是，在汽动给水泵功率改变的同时，工频发电机的功率也将随汽动给水泵频率的变化而变化，如此，将无法保证调节阀始终处于最佳开度，导致汽轮机的工作效率较低。
发明内容
基于此，有必要针对现有的汽轮机工作效率较低的问题，提供一种汽轮机工作效率较高的汽动给水泵发电机组的控制方法和系统。
一种汽动给水泵发电机组的控制方法，所述方法包括：
获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据所述汽动给水泵转速指令和所述汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差；
根据所述汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量；
根据所述汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据所述发电机功率变化量输出变速装置控制信号，所述控制信号用以指示变速装置输出轴的工作状态。
在一个实施例中，所述汽动给水泵功率变化量与所述发电机功率变化量数值的大小相等，方向相反。
在一个实施例中，所述根据所述汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据所述发电机功率变化量输出变速装置控制信号，包括：
获取汽轮机功率变化量信号；
根据所述汽动给水泵功率变化量和所述汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量；
根据所述发电机功率变化量确定所述变速装置控制信号。
在一个实施例中，在根据所述汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量之后，并根据所述发电机功率变化量输出变速装置控制信号之前，还包括对所述发电机功率变化量进行限速处理。
在一个实施例中，在根据所述汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量之后，并根据所述发电机功率变化量输出变速装置控制信号之前，还包括对所述发电机功率变化量进行限幅处理。
在一个实施例中，包括运算器及控制机构：
所述运算器的第一输入端接入汽动给水泵转速指令，第二输入端接入给水泵实际转速信号，所述运算器的输出端与所述控制机构的输入端连接；所述运算器根据汽动给水泵转速指令和所述汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差，
所述控制机构的输出端与所述变速装置的输入端连接；所述控制机构根据所述汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量，再根据所述汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据所述发电机功率变化量输出变速装置控制信号。
在一个实施例中，所述控制机构包括控制器及运算单元，所述控制器的输入端与所述运算器的输出端连接，所述控制器的输出端与所述运算单元的第一输入端连接，所述运算单元的第二输入端接入汽轮机功率变化量信号，所述运算单元的输出端与所述变速装置的输入端连接，所述运算单元用于根据所述汽动给水泵功率变化量和所述汽轮机功率变化量得到发电机功率变化量，并输出至变速装置。
在一个实施例中，还包括限速回路，所述限速回路的输入端与所述运算单元的输出端连接，所述限速回路的输出端与所述变速装置的输入端连接，所述限速回路用于对所述发电机功率变化量进行限速处理，并输出至变速装置。
在一个实施例中，还包括限幅回路，所述限幅回路的输入端与所述运算单元的输出端连接，所述限幅回路的输出端与所述变速装置的输入端连接，所述限幅回路用于对所述发电机功率变化量进行限幅处理，并输出至变速装置。
上述汽动给水泵发电机组的控制方法和系统，通过获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差，再根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量，再根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号，控制信号用以指示变速装置输出轴的工作状态。通过获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号进行运算，得到汽动给水泵转速偏差，并根据汽动给水泵转速偏差确定发电机功率变化量，进而根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号以调节变速装置输出轴的转速，从而达到控制汽动给水泵转速的目的，以保证在满足汽动给水泵的转速符合发电机组负荷的需求。因此，上述汽动给水泵发电机组的控制方法和系统按照发电机组负荷要求改变汽动给水泵的转速，并可使得汽轮机上的调节阀维持在最佳开度，因而具有较高的工作效率。
附图说明
图1为一个实施例中汽动给水泵发电机组控制方法的流程示意图；
图2为图1所示的汽动给水泵发电机组控制方法的控制框图；
图3为另一个实施例中汽动给水泵发电机组控制方法的流程示意图；
图4为图3所示的汽动给水泵发电机组控制方法的控制框图；
图5为再一个实施例中汽动给水泵发电机组控制方法的流程示意图；
图6为图5所示的汽动给水泵发电机组控制方法的控制框图；
图7为又一个实施例中汽动给水泵发电机组控制方法的流程示意图；
图8为图7所示的汽动给水泵发电机组控制方法的控制框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的汽动给水泵发电机组的控制方法，可以在各个DCS分散控制系统或者具有模拟量控制功能的可编程控制器PLC中实现，并按照各个实施例中的SAMA图进行逻辑组态，然后根据工程实际进行控制设计，便可实现汽动给水泵发电机组的自动控制。
请参阅图1及图2，在一个实施例中，提供了一种汽动给水泵发电机组的控制方法，包括以下步骤：
步骤S100，获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差。
具体地，外界系统可对汽动给水泵发电机组的负荷状态及汽动给水泵、发电机等进行实时监控及检测，当负荷发生变化时，外界系统可对负荷值进行运算，得到汽动给水泵转速指令，并将其发送至运算器。同时，外界系统还将对汽动给水泵的实际转速进行测量，并发送至运算器。
运算器根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差。具体地，得到汽动给水泵转速偏差的方法并不唯一，在一个实施例中，根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差包括：将汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号相减，计算得到汽动给水泵转速偏差。
步骤S200，根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量。
控制机构根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量。具体地，得到汽动给水泵转速偏差的方法并不唯一，在一个实施例中，控制机构包括控制器及运算单元，控制器为PID控制器，PID控制器将汽动给水泵转速偏差进行比例、积分及微分调节运算，以得到汽动给水泵功率变化量。在其他实施例中，汽动给水泵功率变化量也可以由分散控制系统计算得到。
步骤S500，根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号，控制信号用以指示变速装置输出轴的工作状态。
在根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量后，控制机构还可以根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机的功率变化量输出变速装置控制信号。变速装置将根据发电机功率变化量调整输出轴转速，进而调整发电机的运行功率。由于能量守恒，在汽轮机的功率维持不变的情况下，在步骤S500中，汽动给水泵功率变化量与发电机功率变化量的数值大小相等，方向相反。最终使得汽动给水泵实际转速与汽动给水泵转速保持一致，即使得汽动给水泵实际转速信号与汽动给水泵转速指令一致。因此，汽动给水泵发电机组的控制方法可按照发电机组负荷要求改变汽动给水泵的转速，并可将汽轮机上的调节阀维持在最佳开度，因而具有较高的工作效率。
上述汽动给水泵发电机组的控制方法和系统，通过获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差，再根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量，再根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号，控制信号用以指示变速装置输出轴的工作状态。通过获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号进行运算，得到汽动给水泵转速偏差，并根据汽动给水泵转速偏差确定发电机功率变化量，进而根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号以调节变速装置输出轴的转速，从而达到控制汽动给水泵转速的目的，以保证在满足汽动给水泵的转速符合发电机组负荷的需求。因此，上述汽动给水泵发电机组的控制方法和系统按照发电机组负荷要求改变汽动给水泵的转速，并可使得汽轮机上的调节阀维持在最佳开度，因而具有较高的工作效率。
请参阅图3及图4，在一个实施例中,步骤S500包括步骤S510、步骤S520和步骤S530。
步骤S510，获取汽轮机功率变化量信号。
具体地，汽轮机功率变化量由外界系统获得。外界系统对汽轮机的工作状态进行实时监控，并将获取的汽轮机功率变化量发送至控制机构。
步骤S520，根据汽动给水泵功率变化量和汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量。
控制机构包括控制器及运算单元。控制器为PID控制器。PID控制器根据汽动给水泵转速偏差经过调节运算，得到汽动给水泵功率变化量，并将其发送至运算单元。运算单元根据汽动给水泵功率变化量和汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量。具体地，得到发电机功率变化量的方法并不唯一，在一个实施例中，运算单元可为减法器，减法器将汽轮机功率变化量减去汽动给水泵功率变化量得到发电机功率变化量。
步骤S530，根据发电机功率变化量确定变速装置控制信号。
控制机构在得到发电机功率变化量后，将其输出至变速装置。具体地，变速装置的控制信号可以为经过控制机构计算直接得出，也可以为经过某些处理器在对发电机功率变化量进行处理之后得出。变速装置将根据接收到的控制信号调整发电机功率。同时，汽动给水泵的功率将反向变化，进而汽动给水泵实际转速信号将向靠近汽动给水泵转速指令的方向变化。最终使得汽动给水泵实际转速信号等于汽动给水泵转速指令。
请参阅图5及图6，在一个实施例中，在根据汽动给水泵功率变化量和汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量S520之后，根据发电机功率变化量确定变速装置控制信号S530之前，还包括对发电机功率变化量进行限速处理S300。
为使汽动给水泵发电机组在运行过程中保持稳定，汽动给水泵的转速的变化速度必须维持在正常工作的范围内。转速的变化速度过大，将导致汽动给水泵工作不稳定，而影响整个汽动给水泵发电机组的稳定性。通过设置限速回路，对发电机功率变化量进行限速计算，并输出至变速装置。变速装置根据接收的控制信号，控制输出轴的转速，进而控制发电机转轴的转速，从而达到控制汽动给水泵转速的目的，并使得汽动给水泵的转速符合工作的需求。因此，对发电机功率变化量进行限速处理可有效的提高汽动给水泵发电机组的稳定性。
请参阅图7及图8，在一个实施例中，在根据汽动给水泵功率变化量和汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量S520之后，根据发电机功率变化量确定变速装置控制信号S530之前，还包括对发电机功率变化量进行限幅处理S400。
发电机与外界电网连接，为保证发电机功率能被电网消纳且不影响电网稳定和安全，发电机的功率变化需维持在一定范围内。具体地，限幅回路可以是上限限幅回路、下限限幅回路和双向限幅回路中的任意一种。在一个实施例中，可采用双向限幅回路。双向限幅回路具有限幅的最低值和最高值。若控制机构输出的发电机功率变化量超过最高值，限幅回路可将功率变化量限制在最高值，并输出至变速装置；若控制机构输出的发电机功率变化量低于最低值，限幅回路可将功率变化量限制在最低值，并输出至变速装置；若发电机功率变化量处于最低值和最高值的范围内，限幅回路将不对发电机功率变化量进行处理，限幅回路将发电机功率变化量的实际值输出至变速装置。
应该理解的是，虽然图1、图3、图5及图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、图3、图5及图7的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
请再次参阅图2，在一个实施例中，提供了一种汽动给水泵发电机组的控制系统，所述系统包括运算器10及控制机构20。
运算器10的第一输入端接入汽动给水泵转速指令，第二输入端接入汽动给水泵实际转速信号，运算器10的输出端与控制机构20的输入端连接；运算器10根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差。
运算器10用于获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差，并将汽动给水泵转速偏差发送至控制机构20。
控制机构20的输出端与变速装置50的输入端连接；控制机构20根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量，再根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机功率变化量输出变速装置50控制信号。
控制机构20用于接收运算器10发送的汽动给水泵转速偏差，并根据汽动给水泵转速偏差通过运算调节确定汽动给水泵功率变化量。在根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并将功率变化量输出至变速装置50，以指示变速装置50输出轴的工作状态。
请再次参阅图4，在一个实施例中，控制机构20包括控制器22及运算单元24，控制器22的输入端与运算器10的输出端连接，控制器22的输出端与运算单元24的第一输入端连接，运算单元24的第二输入端接入汽轮机功率变化量信号，运算单元24的输出端与变速装置50的输入端连接，运算单元24用于根据汽动给水泵功率变化量和汽轮机功率变化量得到发电机功率变化量，并输出至变速装置50。
具体地，控制器22可以PID控制器，控制器22接收运算器10发送的汽动给水泵转速偏差信号，并通过调节运算将汽动给水泵转速偏差进行转换，得到汽动给水泵功率变化量。运算单元24可为减法器，减法器将接收到的汽轮机功率变化量减去汽动给水泵功率变化量得到发电机功率变化量，并输出至变速装置50。变速装置50将根据发电机功率变化量调整发电机的输出功率；同时，汽动给水泵60的功率将反向变化，汽动给水泵实际转速信号将向靠近汽动给水泵转速指令的方向变化。最终使得汽动给水泵实际转速信号等于汽动给水泵转速指令。
请再次参阅图6，在一个实施例中，还包括限速回路30，限速回路30的输入端与运算单元24的输出端连接，限速回路30的输出端与变速装置50的输入端连接，限速回路30用于对发电机功率变化量进行限速处理，并输出至变速装置50。
限速回路30对发电机功率变化量进行限速计算，并输出至变速装置50。变速装置50根据接收的控制信号，控制输出轴的转速，进而控制发电机转轴的转速，从而达到控制汽动给水泵60转速的目的，并使得汽动给水泵60的转速符合工作的需求。
具体地，限速回路30可以是单向限速回路或者双向限速回路。
请再次参阅图8，在一个实施例中，还包括限幅回路40，限幅回路40的输入端与运算单元24的输出端连接，限幅回路24的输出端与变速装置50的输入端连接，限幅回路24用于对发电机功率变化量进行限幅处理，并输出至变速装置50。
具体地，限幅回路40可以是上限限幅回路、下限限幅回路和双向限幅回路中的任意一种。以双向限幅回路为例，双向限幅回路具有限幅的最低值和最高值。若控制机构20输出的发电机功率变化量超过最高值，限幅回路40可将功率变化量限制在最高值，并输出至变速装置50；若控制机构20输出的发电机功率变化量低于最低值，限幅回路40可将功率变化量限制在最低值，并输出至变速装置50；若发电机功率变化量处于最低值和最高值的范围内，限幅回路40将不对发电机功率变化量进行处理，限幅回路40将发电机功率变化量的实际值输出至变速装置50。
上述汽动给水泵发电机组的控制方法和系统，通过获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差，再根据汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量，再根据汽动给水泵功率变化量确定发电机功率变化量，并根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号，控制信号用以指示变速装置输出轴的工作状态。通过获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号进行运算，得到汽动给水泵转速偏差，并根据汽动给水泵转速偏差确定发电机功率变化量，进而根据发电机功率变化量输出变速装置控制信号以调节变速装置输出轴的转速，从而达到控制汽动给水泵转速的目的，以保证在满足汽动给水泵的转速符合发电机组负荷的需求。因此，上述汽动给水泵发电机组的控制方法和系统按照发电机组负荷要求改变汽动给水泵的转速，并可使得汽轮机上的调节阀维持在最佳开度，因而具有较高的工作效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种汽动给水泵发电机组的控制方法，其中，所述汽动给水泵发电机组包括汽动给水泵、汽轮机、发电机及变速装置，所述变速装置连接于所述汽动给水泵与所述汽轮机之间，所述发电机与所述汽轮机连接，其特征在于，所述汽动给水泵发电机组的控制方法包括：
获取汽动给水泵转速指令和汽动给水泵实际转速信号，并根据所述汽动给水泵转速指令和所述汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差；
根据所述汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量；
获取汽轮机功率变化量信号；
根据所述汽动给水泵功率变化量和所述汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量；
对所述发电机功率变化量进行限幅处理；
根据限幅处理后的所述发电机功率变化量确定变速装置控制信号。
2.根据权利要求1所述的汽动给水泵发电机组的控制方法，其特征在于，所述汽动给水泵功率变化量与所述发电机功率变化量数值的大小相等，方向相反。
3.根据权利要求1所述的汽动给水泵发电机组的控制方法，其特征在于，所述对所述发电机功率变化量进行限幅处理具体为对所述发电机功率变化量进行双向限幅处理。
4.根据权利要求1所述的汽动给水泵发电机组的控制方法，其特征在于，在根据汽动给水泵功率变化量和汽轮机功率变化量，得到发电机功率变化量之后，根据发电机功率变化量确定变速装置控制信号之前，还包括对所述发电机功率变化量进行限速处理。
5.根据权利要求4所述的汽动给水泵发电机组的控制方法，其特征在于，所述对所述发电机功率变化量进行限速处理具体为对所述发电机功率变化量进行限速计算。
6.一种汽动给水泵发电机组的控制系统，其中，所述汽动给水泵发电机组包括汽动给水泵、汽轮机、发电机及变速装置，所述变速装置连接于所述汽动给水泵与所述汽轮机之间，所述发电机与所述汽轮机连接，其特征在于，所述汽动给水泵发电机组的控制系统包括运算器、控制器、运算单元及限幅回路：
所述运算器的第一输入端接入汽动给水泵转速指令，所述运算器的第二输入端接入汽动给水泵实际转速信号，所述运算器的输出端与所述控制器的输入端连接；所述运算器根据所述汽动给水泵转速指令和所述汽动给水泵实际转速信号得到汽动给水泵转速偏差，所述控制器根据所述汽动给水泵转速偏差确定汽动给水泵功率变化量；
所述控制器的输出端与所述运算单元的第一输入端连接，所述运算单元的第二输入端接入汽轮机功率变化量信号，所述运算单元用于根据所述汽动给水泵功率变化量和所述汽轮机功率变化量得到发电机功率变化量；
所述限幅回路的输入端与所述运算单元的输出端连接，所述限幅回路的输出端与变速装置的输入端连接，所述限幅回路用于对所述发电机功率变化量进行限幅处理，并输出至所述变速装置。
7.根据权利要求6所述的汽动给水泵发电机组的控制系统，其特征在于，还包括限速回路，所述限速回路的输入端与所述运算单元的输出端连接，所述限速回路的输出端与所述变速装置的输入端连接，所述限速回路用于对所述发电机功率变化量进行限速处理，并输出至所述变速装置。
8.根据权利要求6所述的汽动给水泵发电机组的控制系统，其特征在于，所述限幅回路为双向限幅回路。
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