CN110081410B - 一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法 - Google Patents

一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法及装置，该方法包括增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；通过测试试验获取水泵小汽轮机的控制曲线的参数；根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数。本发明技术方案实现给水泵转速的线性化调节，进而实现锅炉给水流量的均匀变化，提升机组的调节性能。

Description

一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法及装置。
背景技术
给水泵是火电站中最大的辅机之一，其安全可靠性直接决定着整个机组的平稳运行。早期给水泵的驱动装置为电机驱动，随着人们节能意识的增强，给水泵的驱动装置也变为汽轮机。汽动给水泵小汽轮机的工作任务是驱动锅炉给水泵，满足锅炉侧所需的供水需求。汽动给水泵小汽轮机蒸汽由高压气源或低压气源供汽，高压气源来自汽轮机的高压排汽，低压气源来自主机第四段抽汽，蒸汽做功后排入主机凝汽器。汽动给水泵小汽轮机通过控制调门开度调整汽轮机进汽量，从而调节转速进而达到调节给水流量的目的。随着越来越多的大容量火电机组参与调峰运行，且机组大多数运行时间都是在变工况条件下工作，给水泵转速也一直处于不断改变的状态。因此，汽动给水泵小汽轮机的控制系统对给水泵的安全平稳运行尤为重要。调门作为汽动给水泵小汽轮机控制系统的执行机构，其调节特性直接影响整个控制系统的最终执行效果。传统的汽动给水泵小汽轮机调门曲线仅考虑了调门开度指令与阀门行程之间的关系：ΔL＝k×ΔK，其中，ΔL为调门阀杆行程，k为电信号与阀门阀杆行程的转换比例，ΔK为电信号变化量。二者之间是一个简单的线性关系。即当给定调门开度指令的该变量，调门阀杆按该变量变化相应的行程，它并不会随调门开度指令的累积量的多少而改变。而限于阀门自身特性，阀杆在相同的位移下，其进汽量并不相同，进汽量与调门阀杆位移并非线性关系。这就导致在不同的调门开度下，增加相同的调门开度指令，给水泵实际转速增量不均匀，造成流量变化不均匀，这种现象对机组调节特性的提升非常不利。新能源并网运行加剧火电机组调峰负担，对机组调节的灵活性提出了更高的要求。如何提升机组调峰特性性能一直是研究的重点，很多学也在这方面做了很多的研究，但研究的重点都放在提升锅炉本体，汽轮机本体的性能上。对于给水泵的研究还相对较少，尤其是汽动给水泵小汽轮机调节特性的优化。其中，一些研究者采用串级调节，提升了系统的抗内扰能力，消除汽动给水泵小汽轮机进排汽参数变化对系统稳定运行的影响，提高了机组的稳定性。更多学者关注汽动给水泵小汽轮机控制系统逻辑优化，通过优化控制信号提升汽轮机的运行特性，也取得了很好的效果。但是这些优化策略都忽略了汽动给水泵小汽轮机调门自身的流量特性。当阀门初始开度不同时，即使阀门开度增量相同，其蒸汽流量增量并不相同，造成转速增量存在差异。这种与初始状态相关的调节机制给锅炉运行带来隐患，如何消除这种初始状态的影响，实现给水泵转速的线性化调节，就显得尤为重要。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法，旨在克服以上问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法，包括如下步骤：
S10增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS 控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；
S20通过测试试验获取给水泵小汽轮机的控制曲线的参数，其中包括：根据DCS非线性控制函数F(x)所确定的有效点数i计算每次试验时的转速变量Δω，调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz，对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个；
S30根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数。
优选地，所述S20包括：
S201选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH。定义转速区间[ωL，ωH]；
S202根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure BDA0001642828610000031
定义数据采集点的试验工况转速:
ωz＝ωL+Z×Δω
其中，Z＝0，1，2，3，…N；
S203调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz；
S204对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个。
本发明还公开了一种汽动给水泵小汽轮机的控制装置，用于实现上述方法，其包括：
增设模块，用于增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；
获取模块，用于通过测试试验获取水泵小汽轮机的控制曲线的参数，其中包括：根据DCS非线性控制函数F(x)所确定的有效点数i计算每次试验时的转速变量Δω，调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz，对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个；
修改模块，用于根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数。
优选地，所述获取模块包括：
测定单元，用于选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在 PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH。定义转速区间[ωL，ωH]；
计算单元，用于根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure BDA0001642828610000041
定义数据采集点的试验工况转速:
ωz＝ωL+Z×Δω
其中，Z＝0，1，2，3，…N；
采集单元，用于调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz；
拟合单元，用于对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个。
本发明的方法改变了汽动给水泵小汽轮机传统优化措施中仅考虑对控制系统逻辑及参数优化的局面，综合考虑汽动给水泵小汽轮机调门特性，依据调门特性优化调门控制信号，从而消除调门初始状态对汽动给水泵小汽轮机进汽流量的影响，从而实现给水泵转速平稳调节、锅炉给水稳定供给的效果，消除由于锅炉给水能力不足造成的响应延迟，可以有效提升机组调峰能力。
本发明的有益效果为：
本发明为一种改善火电机组调峰性能的汽动给水泵优化控制策略，基于汽动给水泵小汽轮机调门特性曲线的控制信号优化方法可以实现给水泵转速的线性化调节，进而实现锅炉给水流量的均匀变化，提升机组的调节性能。此外，从信号端的修正能有效减少调门的动作频率，可以有效延长汽动给水泵小汽轮机调门的使用寿命，提高了机组效益。
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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明的一种汽动给水泵小汽轮机的控制的方法流程框图；
图2是传统的汽动给水泵小汽轮机控制方法框图；
图3是优化后的汽动给水泵小汽轮机控制方法示意图；
图4是实施例优化前汽动给水泵小汽轮机阀门指令与给水泵转速的关系图；
图5是实施例优化后的非线性控制函数F(x)；
图6是调节阀开度指令给定值Fz和行程反馈值Gz的关系曲线图，
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-6所示，图1是一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法的流程图；图2是传统的汽动给水泵小汽轮机控制策略，可以发现，传统控制策略中，通过DCS给定的指令与给水泵转速之间为非线性关系，如图4、5所示；图3 是优化后的汽动给水泵小汽轮机控制策略；通过增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，可以实现开度指令和给水泵转速之间的线性转换。图6是翻译给水泵转速ω的调节阀开度指令给定值Fz和行程反馈值Gz的关系曲线图。可以看出，优化后的Fz和Gz之间为非线性关系，结合图4、5阀门开度的非线性关系，最终形成了转速ω和开度指令Fz之间的线性关系。
本发明提出的一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法，包括如下步骤：
S10增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS 控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；
S20通过测试试验获取水泵小汽轮机的控制曲线的参数，其中包括：根据 DCS非线性控制函数F(x)所确定的有效点数i计算每次试验时的转速变量Δω，调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz，对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个；
S30根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数。
优选地，所述S20包括：
S201选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH。定义转速区间[ωL，ωH]；
S202根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure BDA0001642828610000061
定义数据采集点的试验工况转速:
ωz＝ωL＋Z×Δω
其中，Z＝0，１，2，３，…N；
S203调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz；
S204对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个。
本发明还公开了一种汽动给水泵小汽轮机的控制装置，用于实现上述方法，其包括：
增设模块，用于增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；
获取模块，用于通过测试试验获取水泵小汽轮机的控制曲线的参数，其中包括：根据DCS非线性控制函数F(x)所确定的有效点数i计算每次试验时的转速变量Δω，调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωZ变化，分别采集给水泵在转速ωZ时的行程反馈值Gz，对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个；
修改模块，用于根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数。
优选地，所述获取模块包括：
测定单元，用于选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在 PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH。定义转速区间[ωL，ωH]；
计算单元，用于根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure BDA0001642828610000071
定义数据采集点的试验工况转速:
ωz＝ωL+Z×Δω
其中，Z＝0，1，2，3，…N；
采集单元，用于调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz；
拟合单元，用于对Fz和GZ进行函数拟合，拟合点数选取i个。
具体实操：
S10：增加给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，F(x)的DCS控制通过函数块实现，确定函数块有效点可取数量i,如下表所示：
Figure BDA0001642828610000081
S20：通过测试试验获取精度较高的控制曲线参数，具体操作步骤如下：
S201：选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH。定义转速区间[ωL，ωH]；
S202：根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure BDA0001642828610000082
定义数据采集点的试验工况转速:
ωZ＝ωL+Z×Δω
其中，Z＝0，1，2，3，…N。
S203：调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz。
S204：对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个。
S30：进行实际DCS控制系统及参数修改。
本实施可以提高汽动给水泵小汽轮机的调节性能。实际测试试验验证了该方法的有效性和实际工程应用价值。该方法考虑到小汽轮机调节阀的流量特性，通过在给水泵控制系统中增加非线性控制函数修正控制指令，实现了给水泵转速的线性化调节，有效提升了锅炉给水的精度，进而极大改善机组调峰性能。
在数据采集阶段，为了更精确的刻画汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz和行程反馈值Gz的关系曲线，数据采集点数量选取为DCS非线性控制函数有效点数的2倍，在确保刻画精度的同时也有效控制了测试时间，使实验对机组正常运行造成的影响降到最小。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述S20中如果试验条件允许，在确定数据采集点的数量时，可以不遵守S202所述的计算方法，增加采集点数量，提升非线性曲线函数F(x)的刻画精度。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式效果：
本实施方式提出了一种改善火电机组调峰性能的汽动给水泵优化控制策略，通过非线性函数F(x)变换控制信号获取汽动给水泵流量线性调节效果，有效提升机组的调峰性能。基于实际运行负荷的数据保证流量线性调节的精度，改善了汽动给水泵小汽轮机的工作条件，延长了使用寿命。同时，为了突出本方法的实际应用价值，本发明还给出了典型的300MW机组的优化案例。
本实施方式可以与火电机组现有优化措施相结合，进一步减少机组由锅炉存在的惰性延迟所造成的机组调峰响应缓慢产生的影响。实际测试试验验证了该方法的有效性和实际工程应用价值：
(1)该方法有效的提高了机组锅炉给水泵的调节性能，该方法实现步骤简洁，无需对现有汽动给水泵小汽轮机控制系统逻辑做过多修改，仅在控制系统执行机构前端添加信号修正函数即可。可实现性强。
(2)该方法考虑到机组正常运行时的转速工作范围为50％～100％，以该范围内的数据为计算基准，可以进一步提高信号的控制精度，具有极大的实际推广应用价值。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例中，图1是一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法的流程图；图2 是传统的汽动给水泵小汽轮机控制策略；图3是优化后的汽动给水泵小汽轮机控制策略；图4是实施例优化前汽动给水泵小汽轮机阀门指令与给水泵转速的关系图；由步骤一确认DCS非线性控制函数有效点数i＝10。由步骤二确定转速变化区间为[3000,6000]，数据采集点数量N＝20，转速变量Δω＝150r/min。根据转速变量确认采集点，采集对应点汽动给水泵小汽轮机调节阀开度指令给定值Fz及行程反馈值Gz，拟合Fz和Gz，如图6所示。
在实施例中，利用采集的原始数据，绘制小汽机转速和行程反馈值GZ关系曲线及小汽机转速和调节阀开度指令给定值Fz关系曲线，还可以检验汽动给水泵小汽轮机调节阀是否存在故障隐患，如图4、图5所示。
根据上述试验的结果，表明机组汽动给水泵小汽轮机转速实现了线性化调节，有效改善机组的调峰性能，具有极大的实际推广应用价值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (2)

1.一种汽动给水泵小汽轮机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；
S20通过测试试验获取水泵小汽轮机的控制曲线的参数，其中包括：根据DCS非线性控制函数F(x)所确定的有效点数i计算每次试验时的转速变量Δω，调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz，对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个；
S30根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数；
其中，所述S20包括：
S201选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH；定义转速区间[ωL，ωH]；
S202根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure FDA0002415200060000011
定义数据采集点的试验工况转速:
ωz＝ωL+Z×Δω
其中，Z＝0，1，2，3，…N；
S203调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz；
S204对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个。
2.一种汽动给水泵小汽轮机的控制装置，其特征在于，包括：
增设模块，用于增设给水泵小汽轮机调节阀控制的非线性函数F(x)，其中F(x)的DCS控制通过函数块实现，确定函数块可取有效点数量i；
获取模块，用于通过测试试验获取水泵小汽轮机的控制曲线的参数，其中包括：根据DCS非线性控制函数F(x)所确定的有效点数i计算每次试验时的转速变量Δω，调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz，对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个；
修改模块，用于根据所获取的控制曲线的参数修改实际DCS控制系统及其参数；
其中，所述获取模块包括：
测定单元，用于选定转速测量的负荷范围[PL,PH]，PL为机组最小运行负荷点值,PH为机组最高运行负荷点值；通过调节机组负荷，分别测定机组在PL,PH负荷时对应的汽动给水泵小汽轮机转速ωL，ωH、给水泵小汽轮机指令给定FL，FH以及给水泵小汽轮机调节阀开度反馈GL，GH；定义转速区间[ωL，ωH]；
计算单元，用于根据DCS非线性控制函数有效点数i，选取数据采集点数量N：
N＝2×i
计算每次试验时的转速变量Δω：
Figure FDA0002415200060000021
定义数据采集点的试验工况转速:
ωz＝ωL+Z×Δω
其中，Z＝0，1，2，3，…N；
采集单元，用于调节汽动给水泵小汽轮机的调节阀开度指令给定值Fz，
使其转速按照ωz变化，分别采集给水泵在转速ωz时的行程反馈值Gz；
拟合单元，用于对Fz和Gz进行函数拟合，拟合点数选取i个。
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