CN109782584B - 一种抽背型汽轮机自整定控制方法 - Google Patents
一种抽背型汽轮机自整定控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于：根据抽背型汽轮机各控制参数的耦合关系，建立解耦矩阵，计算出解耦系数；通过解耦系数修正高压进汽阀门和低压进汽阀门的自整定控制输出，消除抽背型汽轮机各控制参数之间的耦合关系，控制修正高压蒸汽阀门和低压蒸汽阀门的输出，获得稳定控制。本发明通过解除抽背型汽轮机发电功率、抽汽量和排汽量等参数之间的耦合关系，实现抽背型汽轮机抽汽压力与排汽压力的自整定控制，平衡抽汽量和排汽量等供热参数的功能。
Description
技术领域
本发明涉及抽背型汽轮发电机组热电联产控制领域，尤其涉及一种抽背型汽轮机自整定控制方法。
背景技术
一般大型企业的自备电站都配备一台或数台供热汽轮发电机组，除了用于发电外，更主要的是为企业或工业园区生产生活提供高品质的蒸汽，这些机组类型主要有背压机组、单抽机组、双抽机组和抽背机组，其中抽背型汽轮机是从汽轮机的中间级抽取部分蒸汽，供需要较高压力等级的热用户，同时保持一定背压的排汽，供较低压力等级热用户使用的汽轮机，这种机组设计工况下具有经济性良好的优点，被越来越多地应用到企业自备电站中。
抽背型汽轮机配有高压蒸汽阀门和低压蒸汽阀门，当开大高压蒸汽阀门，机组发电功率、抽汽量和排汽量都相应增加，反之，当关小高压蒸汽阀门，机组发电功率、抽汽量和排汽量都将相应减少，当调节低压蒸汽阀门时，机组发电功率、抽汽量和排汽量都将受到影响。
由于抽背型汽轮机调整发电功率、抽汽量和排汽量等参数之间耦合关系复杂，投入自动闭环控制回路后，各控制参数之间相互干扰严重，无法满足供热生产要求。通常需要操作人员手动反复调整高压蒸汽阀门和低压蒸汽阀门开度的大小，以实现机组各类控制参数之前的平衡。因此需要发明一种自整定控制方法，以解除个控制参数之间的耦合关系，尤其是实现抽汽量与排汽量等供热参数的平衡，满足供热生产的要求。
发明内容
为了解除抽背型汽轮机发电功率、抽汽量和排汽量等参数之间的耦合关系，实现抽背型汽轮机抽汽压力与排汽压力的自整定控制，平衡抽汽量和排汽量等供热参数，本发明提出了一种抽背型汽轮机自整定控制方法。
本发明采用如下技术方案：
一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于：根据抽背型汽轮机各控制参数的耦合关系，建立解耦矩阵，计算出解耦系数；通过解耦系数修正高压进汽阀门和低压进汽阀门的自整定控制输出，消除抽背型汽轮机各控制参数之间的耦合关系，控制修正高压蒸汽阀门和低压蒸汽阀门的输出，获得稳定控制。
作为优选，所述自整定包括热电自整定和以热定电自整定。
作为优选，所述热电自整定下建立解耦矩阵得到解耦系数的步骤如下：选择模块a选择功率调节器输出控制指令，选择模块b、选择模块c选择抽压调节器输出控制指令；热电自整定下的解耦系数矩阵为
热电自整定下传递矩阵为
得到热电自整定下的解耦矩阵
求解解耦矩阵方程
取B11＝B22＝1，得到热电自整定下的解耦系数
作为优选，所述以热定电自整定下建立解耦矩阵得到解耦系数的步骤如下：选择模块a选择背压调节器输出控制指令，选择模块b、选择模块c选择抽压调节器输出控制指令；以热定电自整定下的解耦系数矩阵为
以热定电自整定下传递矩阵为
得到以热定电自整定模式下的解耦矩阵
求解解耦矩阵方程
取B11＝1，B21b＝-1，得到以热定电自整定下的解耦系数
作为优选，传递矩阵Grd、传递矩阵Ged中G11为高压蒸汽阀门开度变化到功率参数变化的传递函数，G12为高压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G12b为高压蒸汽阀门开度变化到排汽参数变化的传递函数，G21为低压蒸汽阀门开度变化到功率参数变化的传递函数，G22为低压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G22b为低压蒸汽阀门开度变化到排汽参数变化的传递函数。
作为优选，所述功率调节器和背压调节器均为PID调节器，所述功率调节器根据抽背型汽轮机设定功率与实际功率的偏差，经PID运算输出控制指令，所述背压调节器根据抽背型汽轮机设定排汽压力与实际排汽压力的偏差，经PID运算输出控制指令，所述抽压调节器为有差调节器，根据抽背型汽轮机设定抽汽压力与实际抽汽压力的偏差，经抽汽不等率运算输出控制指令，所述抽压调节器的计算方法为：
作为优选，所述控制高压蒸汽阀门输出由高压蒸汽阀门解耦修正输出和低压蒸汽阀门解耦修正输出得到，所述高压蒸汽阀门解耦修正输出与高压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B11相关，所述低压蒸汽阀门解耦修正输出与低压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B21b、B21相关。
作为优选，所述控制低压蒸汽阀门输出由低压蒸汽阀门解耦修正输出和高压蒸汽阀门解耦修正输出得到，低压蒸汽阀门解耦修正输出与低压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B22b、B22有关，高压蒸汽阀门解耦修正输出与高压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B12有关。
本发明的有益效果是：(1)根据抽背型汽轮机各控制参数的耦合关系，建立解耦矩阵，计算出解耦系数；(2)在热电自整定模式中，抽压调节器调节低压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正高压进汽阀门开度，以消除调节抽汽负荷时对发电负荷波动的影响；负荷调节器调节高压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正低压进汽阀门开度，以消除调节发电负荷时对抽汽负荷波动的影响；(3)在以热定电自整定模式中，抽压调节器调节高压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正低压进汽阀门开度，以消除调节抽汽负荷时对排汽负荷波动的影响；背压调节器调节高压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正低压进汽阀门开度，以消除调节排汽负荷时对抽汽负荷波动的影响。通过对抽背汽轮机的抽汽与排汽压力自整定控制，解除耦合关系，获得稳定控制。
附图说明
图1是本发明中抽背型汽轮机的调节原理图；
图2是本发明中抽背型汽轮机的解耦控制框图；
图3是本发明中高压蒸汽阀门控制输出算法流程图；
图4是本发明中低压蒸汽阀门控制输出算法流程图。
图1-4中：101、主蒸汽管道，102、高压蒸汽阀门，103、汽轮机高压缸，104、抽汽管路，105、低压蒸汽阀门，106、汽轮机低压缸，107、排汽管路，108、发电机，201、功率调节器，202、背压调节器，203、抽压调节器，204、选择模块a，205、选择模块b，206、选择模块c，207、高压蒸汽阀门控制单元，208、低压蒸汽阀门控制单元，301、高压蒸汽阀门阀控给定，302、高压蒸汽阀门总阀控给定，303、减法器a，304、乘法器a，305、解耦系数a，306、减法器b，307、乘法器b，308、解耦系数b，309、加法器a，310、加法器b，311、高压蒸汽阀门阀控输出，401、低压蒸汽阀门阀控给定，402、低压蒸汽阀门总阀控给定，403、减法器c，404、解耦系数c，405、乘法系数c，406、减法器d，407、乘法器d，408、解耦系数d，409、加法器c，410、加法器d，411、低压蒸汽阀门阀控输出。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：如附图1所示为本发明中抽背型汽轮机的调节原理图，主蒸汽经主蒸汽管道101到汽轮机高压蒸汽阀门102，D1为主蒸汽流量，X1为高压蒸汽阀门102开度，主蒸汽首先进入汽轮机高压缸103做功N1后，分为两路：一路经抽汽管路104去较高压力等级的热用户，其中Pex为抽汽压力，Dex为抽汽流量；另一路蒸汽(蒸汽流量为D2)经低压蒸汽阀门105进入汽轮机低压缸106做功N2，然后经排汽管路107去较低压力等级的热用户，其中Pb为排汽压力，Db为排汽流量。发电机108的发电功率N为汽轮机高压缸103做功N1与低压缸做功N2之和：N＝N1+N2，其中蒸汽流量的关系为：Dex＝α(D1-D2)，Db＝βD2，其中α、β表示回热抽汽对抽汽量和排汽量的影响系数。
如附图2所示为抽背型汽轮机的解耦控制框图，根据抽背型汽轮机各控制参数的耦合关系，建立解耦矩阵，计算出解耦系数；通过解耦系数修正高压进汽阀门102和低压进汽阀门105的自整定控制输出，消除抽背型汽轮机各控制参数之间的耦合关系，控制修正高压蒸汽阀门102和低压蒸汽阀门105的输出，获得稳定控制。
所述功率调节器201和背压调节器202均为PID调节器，所述功率调节器201根据抽背型汽轮机设定功率Ns与实际功率N的偏差，经PID运算输出控制指令，所述背压调节器202根据抽背型汽轮机设定排汽压力Pbs与实际排汽压力Pb的偏差，经PID运算输出控制指令，所述抽压调节器203为有差调节器，根据抽背型汽轮机设定抽汽压力Pexs与实际抽汽压力Pex的偏差，经抽汽不等率运算输出控制指令，所述抽压调节器203的计算方法为：
其中Pexo为额定抽汽压力，δex为抽汽不等率。
选择模块a204在以热定电模式中选择背压调节器202输出控制指令，在热电自整模式中选择功率调节器201输出控制指令。附图2中B11、B12、B21、B21b、B22、B22b为解耦系数，解耦系数B21b和B22b为以热定电模式下的解耦系数，解耦系数B21b和B22b由选择模块b205和选择模块c206选择使用。
附图2中高压蒸汽阀门控制单元207控制高压蒸汽阀门102的开度X1，X1为高压蒸汽阀门102开度，低压蒸汽阀门控制单元208控制低压蒸汽阀门105的开度X2，X2为低压蒸汽阀门105开度，热电自整定与以热定电自整定下的传递矩阵Grd、传递矩阵Ged中G11为高压蒸汽阀门102开度X1变化到功率参数变化的传递函数，G12为高压蒸汽阀门102开度X1变化到抽汽参数变化的传递函数，G12b为高压蒸汽阀门102开度X1变化到排汽参数变化的传递函数，G21为低压蒸汽阀门105开度X2变化到功率参数变化的传递函数，G22为低压蒸汽阀门105开度X2变化到抽汽参数变化的传递函数，G22b为低压蒸汽阀门105开度X2变化到排汽参数变化的传递函数。
热电自整定下建立解耦矩阵得到解耦系数的步骤如下：选择模块a204选择功率调节器201输出控制指令，选择模块b205、选择模块c206选择抽压调节器203输出控制指令；热电自整定下的解耦系数矩阵为
热电自整定下传递矩阵为
得到热电自整定下的解耦矩阵：
求解解耦矩阵方程
即
取B11＝B22＝1，得到热电自整定下的解耦系数
以热定电自整定下建立解耦矩阵得到解耦系数的步骤如下：选择模块a204选择背压调节器202输出控制指令，选择模块b205、选择模块c206选择抽压调节器203输出控制指令；以热定电自整定下的解耦系数矩阵为
以热定电自整定下传递矩阵为
得到以热定电自整定模式下的解耦矩阵：
求解解耦矩阵方程
即
取B11＝1，B21b＝-1，得到以热定电自整定下的解耦系数
所述控制高压蒸汽阀门102输出由高压蒸汽阀门102解耦修正输出和低压蒸汽阀门105解耦修正输出得到，所述高压蒸汽阀门102解耦修正输出与高压蒸汽阀门总阀控给定302变化和解耦系数B11相关，所述低压蒸汽阀门105解耦修正输出与低压蒸汽阀门总阀控给定402变化和解耦系数B21b、B21相关。
附图3所示为高压蒸汽阀门控制输出算法流程图，若选择背压压控的控制方式投入，则选择背压调节器202工作，背压调节器202根据设定排汽压力Pbs与实际排汽压力Pb的偏差，经PID运算输出高压蒸汽阀门总阀控给定302；若不选择背压压控的控制方式，则高压蒸汽阀门阀控给定301，通过手动开关高压蒸汽阀门102得到高压蒸汽阀门总阀控给定302。高压蒸汽阀门总阀控给定302与上一运算周期高压蒸汽阀门总阀控给定通过减法器a303得到高压蒸汽阀门102阀位变化值，与解耦系数a305通过乘法器a304得到高压蒸汽阀门102解耦修正输出，解耦系数a305为B11。
低压蒸汽阀门总阀控给定402与上一运算周期低压蒸汽阀门总阀控给定通过减法器b306得到低压蒸汽阀门105阀位变化值送到乘法器b307，若选择以热定电自整的控制方式投入，则选择解耦系数b308为B21b，否则解耦系数b308为B21，所选择的解耦系数b308通过乘法器b307与低压蒸汽阀门105阀位变化值相乘得到低压蒸汽阀门105解耦修正输出，在加法器a309中将高压蒸汽阀门102解耦修正输出与低压蒸汽阀门105解耦修正输出相加得到总高压蒸汽阀门解耦修正值。在加法器b310中，将加法器a304计算得到的总高压蒸汽阀门解耦修正值与上一周期的高压蒸汽阀门阀控输出求和得到当前的高压蒸汽阀门阀控输出311，若选择退出解耦方式，则将高压蒸汽阀门总阀控给定302直接赋值给高压蒸汽阀门阀控输出311。
所述控制低压蒸汽阀门105输出由低压蒸汽阀门105解耦修正输出和高压蒸汽阀门102解耦修正输出得到，低压蒸汽阀门105解耦修正输出与低压蒸汽阀门总阀控给定402变化和解耦系数B22b、B22有关，高压蒸汽阀门102解耦修正输出与高压蒸汽阀门总阀控给定302变化和解耦系数B12有关。
附图4所示为低压蒸汽阀门控制输出算法流程图，若选择抽汽压控的控制方式投入，则选择抽压调节器203工作，抽压调节器203根据设定抽汽压力Pexs与实际抽汽压力Pex的偏差，经抽汽不等率运算输出低压蒸汽阀门总阀控给定402；若不选择抽汽压控的控制方式，则选择低压蒸汽阀门阀控给定401，通过手动开关低压蒸汽阀门105得到低压蒸汽阀门总阀控给定402。低压蒸汽阀门总阀控给定402与上一运算周期低压蒸汽阀门总阀位给定通过减法器c403得到低压蒸汽阀门105的阀位变化值，与解耦系数c404通过乘法器c405得到低压蒸汽阀门105解耦修正输出，若选择以热定电自整的控制方式投入，则选择解耦系数c404为B22b，否则解耦系数c404为B22。
高压蒸汽阀门总阀控给定302与上一运算周期高压蒸汽阀门总阀位给定通过减法器d406得到高压蒸汽阀门102的阀位变化值送到乘法器d407与解耦系数d408相乘得到高压蒸汽阀门102解耦修正输出，在加法器c409中将高压蒸汽阀门102解耦修正输出与低压蒸汽阀门105解耦修正输出相加得到总低压蒸汽阀门解耦修正值。在加法器d410中，将加法器c409计算得到的总低压蒸汽阀门解耦修正值与上一周期的低压蒸汽阀门阀控输出求和得到当前的低压蒸汽阀门阀控输出411，若选择退出解耦方式，则将低压蒸汽阀门总阀位给定402直接赋值给低压蒸汽阀门阀控输出411。
附图3和附图4中，CV代表高压蒸汽阀门102的英文简写，IV代表低压蒸汽阀门105的英文简写。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于：根据抽背型汽轮机各控制参数的耦合关系，建立解耦矩阵，计算出解耦系数；通过解耦系数修正高压进汽阀门和低压进汽阀门的自整定控制输出，消除抽背型汽轮机各控制参数之间的耦合关系，控制修正高压蒸汽阀门和低压蒸汽阀门的输出，获得稳定控制；
其中，在热电自整定模式中，抽压调节器调节低压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正高压进汽阀门开度，以消除调节抽汽负荷时对发电负荷波动的影响；负荷调节器调节高压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正低压进汽阀门开度，以消除调节发电负荷时对抽汽负荷波动的影响；在以热定电自整定模式中，抽压调节器调节高压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正低压进汽阀门开度，以消除调节抽汽负荷时对排汽负荷波动的影响；背压调节器调节高压进汽阀门开度的同时，自整定控制修正低压进汽阀门开度，以消除调节排汽负荷时对抽汽负荷波动的影响。
2.根据权利要求1所述的一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于，所述热电自整定下建立解耦矩阵得到解耦系数的步骤如下：选择模块a选择功率调节器输出控制指令，选择模块b、选择模块c选择抽压调节器输出控制指令；热电自整定下的解耦系数矩阵为
热电自整定下传递
得到热电自整定下的解耦矩阵
求解解耦矩阵方程
取B11＝B22＝1，得到热电自整定下的解耦系数
其中，B11、B12、B21、B22、为解耦系数，G11为高压蒸汽阀门开度变化到功率参数变化的传递函数，G12为高压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G21为低压蒸汽阀门开度变化到功率参数变化的传递函数，G22为低压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数。
3.根据权利要求1所述的一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于，所述以热定电自整定下建立解耦矩阵得到解耦系数的步骤如下：选择模块a选择背压调节器输出控制指令，选择模块b、选择模块c选择抽压调节器输出控制指令；以热定电自整定下的解耦系数矩阵为
以热定电自整定下传递矩阵为
得到以热定电自整定模式下的解耦矩阵
求解解耦矩阵方程
取B11＝1，B21b＝-1，得到以热定电自整定下的解耦系数
其中，B11、B12、B21b、B22b为解耦系数，解耦系数B21b和B22b为以热定电模式下的解耦系数，G12为高压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G12b为高压蒸汽阀门开度变化到排汽参数变化的传递函数，G22为低压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G22b为低压蒸汽阀门开度变化到排汽参数变化的传递函数。
4.根据权利要求2或3任意一项所述的一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于，传递矩阵Grd、传递矩阵Ged中G11为高压蒸汽阀门开度变化到功率参数变化的传递函数，G12为高压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G12b为高压蒸汽阀门开度变化到排汽参数变化的传递函数，G21为低压蒸汽阀门开度变化到功率参数变化的传递函数，G22为低压蒸汽阀门开度变化到抽汽参数变化的传递函数，G22b为低压蒸汽阀门开度变化到排汽参数变化的传递函数。
5.根据权利要求2所述的一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于，所述功率调节器和背压调节器为PID调节器，所述功率调节器根据抽背型汽轮机设定功率与实际功率的偏差，经PID运算输出控制指令，所述背压调节器根据抽背型汽轮机设定排汽压力与实际排汽压力的偏差，经PID运算输出控制指令，所述抽压调节器为有差调节器，根据抽背型汽轮机设定抽汽压力与实际抽汽压力的偏差，经抽汽不等率运算输出控制指令，所述抽压调节器的计算方法为：
其中，Pexo为额定抽汽压力，δex为抽汽不等率，Pexs为抽背型汽轮机设定抽汽压力，Pex为实际抽汽压力。
6.根据权利要求1所述的一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于，控制高压蒸汽阀门输出由高压蒸汽阀门解耦修正输出和低压蒸汽阀门解耦修正输出得到，所述高压蒸汽阀门解耦修正输出与高压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B11相关，所述低压蒸汽阀门解耦修正输出与低压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B21b、B21相关。
7.根据权利要求1所述的一种抽背型汽轮机自整定控制方法，其特征在于，控制低压蒸汽阀门输出由低压蒸汽阀门解耦修正输出和高压蒸汽阀门解耦修正输出得到，低压蒸汽阀门解耦修正输出与低压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B22b、B22有关，高压蒸汽阀门解耦修正输出与高压蒸汽阀门总阀控给定变化和解耦系数B12有关。
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