CN110486097A - 一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统，应用于蒸汽透平控制模块，蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，当因异常情况导致调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定优先控制目标，同时设置两个控制模块为相同的优先控制模式，将优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；在蒸汽透平运行过程中，控制优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，以便对蒸汽透平进行全自动协调控制，在干扰撤销后，自动恢复到调速控制与抽汽控制先前的控制状态，从而在一定程度上可以实现异常情况下的控制平稳过渡，保障设备对相关工艺控制连续性。

Description

一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，更具体的说，涉及一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统。

背景技术

蒸汽透平是一种将蒸汽的热能直接转换成转动的机械能的原动机，通过蒸汽流经叶片之间的通道时，叶片与流体之间产生力的相互作用，从而实现能量转化。在工业控制领域，蒸汽透平通常用于既供电又供热的场景，在蒸汽透平的中间级轴抽出一部分蒸汽供热给用户，或者多级管网下一级别管线的用汽设备，依据实际需要有单次调整抽汽或二次调整抽汽，也叫单抽或双抽。对于蒸汽透平的另一部分蒸汽做功可用于驱动其他负载，例如驱动发电。

蒸汽透平的调节分为两部分，一部分是速度调节，通过对转速的调节实现对所带负载的负荷变化，一部分是抽汽调节，通过对抽汽压力或者抽汽流量的调节从而保持对外供热或供汽的调节。目前，蒸汽透平的调速控制和抽汽控制的设计会结合工艺情况进行设计，常规情况下，可以在调速控制和抽汽控制的调节范围内实现两个被控目标(一个被控目标为：蒸汽透平的转速；另一个被控目标为：抽汽流量或抽汽压力)的动态稳定。

但是，在蒸汽透平运行过程中，可能会出现因为外部干扰导致调速控制和抽汽控制无法使两个被控目标均达到调节目标的情况，最终可能导致蒸汽透平被迫停机。因此，如何提供一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法，使得蒸汽透平的调速控制和抽汽控制能够在外部干扰的情况下，尽可能的以最优的方式运行，保障蒸汽透平工作的连续性。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统，以实现在因扰动导致按工艺既定的优先控制目标无法得到满足时，全自动协调控制以满足既定的优先控制目标的稳定，同时能够在干扰影响撤销后，全自动恢复到调速控制与抽汽控制先前的控制状态，在一定程度上可以实现异常情况下的控制平稳过渡，保障设备对相关工艺控制的连续性。

一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法，应用于蒸汽透平控制模块，所述蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块使用统一的工作状态定义，并能够相互传递工作状态，所述调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，所述抽汽控制模块用于对所述蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制；所述协调控制方法包括：

当因异常情况导致所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，其中，所述优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式，所述调速控制模块的控制目标为：蒸汽透平的转速，所述抽汽控制模块的控制目标为：抽汽流量或抽汽压力；

将所述调速控制模块与所述抽汽控制模块中与所述优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；

在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；

当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。

可选的，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块都包含主控回路、从回路和限制控制回路，各个回路采用PID控制回路；

所述调速控制模块的转速控制回路为主控回路，以转速为被控量，所述调速控制模块的从回路以等同转速控制效果的物理量为被控目标，所述调速控制模块的主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述调速控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护；

所述抽汽控制模块的抽汽控制回路为主控回路，所述抽汽控制模块的主控回路和从回路以抽汽流量或抽汽压力为被控量，主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述抽汽控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护。

可选的，所述设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，包括：

若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式。

可选的，所述在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制，具体包括：

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述速度优先模式时，控制所述调速控制模块的执行机构保持最大的速度调节能力，同时将所述调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述抽汽控制模块，使所述抽汽控制模块在所述速度优先模式下，使用所述调速控制模块传递的调速控制量进行控制，不再使用自身抽汽控制量进行控制；

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述抽汽优先控制模式时，控制所述抽汽控制模块的执行机构保持最大的抽汽调节能力，同时将所述抽汽控制模块当前选定的回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述调速控制模块，使所述调速控制模块在所述抽汽优先模式下，使用所述抽汽控制模块传递的抽汽控制量进行控制，不再使用自身的速度控制量进行控制。

可选的，所述当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式，包括：

调速与抽汽在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出速度优先模式；

调速与抽汽在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出抽汽优先模式。

一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制系统，应用于蒸汽透平控制模块，所述蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块使用统一的工作状态定义，并能够相互传递工作状态，所述调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，所述抽汽控制模块用于对所述蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制；所述协调控制系统包括：

控制模式设置单元，用于当因异常情况导致所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，其中，所述优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式，所述调速控制模块的控制目标为：蒸汽透平的转速，所述抽汽控制模块的控制目标为：抽汽流量或抽汽压力；

确定单元，用于将所述调速控制模块与所述抽汽控制模块中与所述优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；

协调控制单元，用于在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；

恢复单元，用于当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。

可选的，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块都包含主控回路、从回路和限制控制回路，各个回路采用PID控制回路；

所述调速控制模块的转速控制回路为主控回路，以转速为被控量，所述调速控制模块的从回路以等同转速控制效果的物理量为被控目标，所述调速控制模块的主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述调速控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护；

所述抽汽控制模块的抽汽控制回路为主控回路，所述抽汽控制模块的主控回路和从回路以抽汽流量或抽汽压力为被控量，主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述抽汽控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护。

可选的，所述控制模式设置单元设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，具体包括：

若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式。

可选的，所述协调控制单元具体用于：

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述速度优先模式时，控制所述调速控制模块的执行机构保持最大的速度调节能力，同时将所述调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述抽汽控制模块，使所述抽汽控制模块在所述速度优先模式下，使用所述调速控制模块传递的调速控制量进行控制，不再使用自身抽汽控制量进行控制；

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述抽汽优先控制模式时，控制所述抽汽控制模块的执行机构保持最大的抽汽调节能力，同时将所述抽汽控制模块当前选定的回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述调速控制模块，使所述调速控制模块在所述抽汽优先模式下，使用所述抽汽控制模块传递的抽汽控制量进行控制，不再使用自身的速度控制量进行控制。

可选的，所述恢复单元具体用于：

调速与抽汽在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出速度优先模式；

调速与抽汽在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出抽汽优先模式。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统，应用于蒸汽透平控制模块，蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，抽汽控制模块用于对蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制，当因异常情况导致调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置调速控制模块与抽汽控制模块为相同的优先控制模式，将调速控制模块与抽汽控制模块中与优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；在蒸汽透平运行过程中，控制优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制调速控制模块与抽汽控制模块由优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。本发明实现了在因扰动导致按工艺既定的优先控制目标无法得到满足时，全自动协调控制以满足既定的优先控制目标的稳定，同时能够在干扰影响撤销后，全自动恢复到调速控制与抽汽控制先前的控制状态，在一定程度上可以实现异常情况下的控制平稳过渡，保障设备对相关工艺控制的连续性。

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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种蒸汽透平的控制模块的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法流程图；

图3为本发明实施例公开的一种调速控制模块和抽汽控制模块的主控制逻辑示意图；

图4为本发明实施例公开的一种调速控制模块与抽汽控制模块的解耦控制示意图；

图5为本发明实施例公开的一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制系统的结构示意图。

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做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。

本发明实施例公开了一种公开的蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法及系统，应用于蒸汽透平控制模块，蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，抽汽控制模块用于对蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制，当因异常情况导致调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置调速控制模块与抽汽控制模块为相同的优先控制模式，将调速控制模块与抽汽控制模块中与优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；在蒸汽透平运行过程中，控制优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制调速控制模块与抽汽控制模块由优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。本发明实现了在在因扰动导致按工艺既定的优先控制目标无法得到满足时，全自动协调控制以满足既定的优先控制目标的稳定，同时能够在干扰影响撤销后，全自动恢复到调速控制与抽汽控制先前的控制状态，在一定程度上可以实现异常情况下的控制平稳过渡，保障设备对相关工艺控制的连续性。

参见图1，本发明一实施例公开的一种蒸汽透平的控制模块的结构示意图，蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块。

其中，调速控制模块用于调节蒸汽透平的转速N，可通过控制调节汽门的开度改变进汽量，从而改变转速。

抽汽控制模块用于调节抽汽的抽汽压力P或者抽汽流量Q，可通过控制抽汽阀门开度改变被抽出汽体的抽汽流量，同时也间接调节了进入蒸汽透平后续气压缸的蒸汽量。

抽汽：蒸汽透平的中间级抽出一部分蒸汽供给其他使用方，在蒸汽透平做功的同时还能对外供热，这一动作即为抽汽，按需求可以分为一次抽汽或二次抽汽。

本申请中，调速控制模块与抽汽控制模块的设计采用同一的工作状态定义，并相互传递工作状态，其中，双抽型蒸汽透平包括：一个调速控制模块与两个抽汽控制模块，具体参见图1。此时，调速控制模块需将工作状态、控制量、输出解耦控制量和速度优先状态传输给两个抽汽控制模块。并且，抽汽控制模块也需要将工作状态、控制量、输出解耦控制量和抽汽优先状态传输给调速控制模块，且只允许一个抽汽控制模块与一个调速控制模块进行优先模式配对。

需要特别说明的是，抽汽控制模块根据调速控制模块的工作状态信息进行相应的控制，当调速控制模块处于启动、加速和空载阶段时，抽汽控制模块执行开阀动作，将抽汽阀门打开到目标开度；当调速控制模块进入运行状态后，抽汽控制模块也进入运行状态。为保证抽汽控制模块的平稳控制以及对转速影响不产生突变，抽汽阀门首先以设定斜率进行慢慢变化，若抽汽阀门到达目标开度，或者抽汽已满足输出能力且与设定目标偏差满足设定要求，抽汽阀门也已越过设定开度，此时进入抽汽自动控制状态。

参见图2，本发明一实施例公开的一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法流程图，该方法应用于蒸汽透平控制模块，所述蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块使用统一的工作状态定义，并能够相互传递工作状态，所述调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，所述抽汽控制模块用于对所述蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制；所述方法包括步骤：

步骤S101、当因异常情况导致所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式；

本实施例中，异常情况指的是：在蒸汽透平运行过程中，因外部干扰导致蒸汽透平的运行状态与预期工作状态产生较大偏离，转速与流量或压力短时较大幅度偏离目标值。

优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式。

调速控制模块的控制目标为：蒸汽透平的转速。抽汽控制模块的控制目标为：抽汽流量或抽汽压力。

需要特别说明的是，抽汽控制模块是在调速控制模块进入正常运行阶段后才进入抽汽控制的正常运行阶段。

本实施例中，调速控制模块和抽汽控制模块都包含主控回路、从回路和限制控制回路，各个回路可采用PID控制回路。

具体的，参见图3，本发明一实施例公开的一种调速控制模块和抽汽控制模块的主控制逻辑示意图，为保障对蒸汽透平控制的连续性以及满足工艺控制要求，分别对调速控制模块和抽汽控制模块的内部设计了多个控制回路。

定义调速控制模块的转速控制回路为主控回路，以转速为被控量；从回路以等同转速控制效果的物理量为被控目标，主控回路和从回路之间形成主从替换关系，当选定的回路发生故障时，可自动切换到其他回路继续控制。限制回路以其他与受转速影响的限制条件作为控制目标。

抽汽控制模块的抽汽控制回路为主控回路，抽汽控制模块的主控回路和从回路以抽汽流量或抽汽压力为被控量，主控回路和从回路之间形成主从替换关系，当选定的回路发生故障时，可自动切换到其他回路继续控制，可用于故障处理。限制回路以其他与受抽汽影响的限制条件作为控制目标。

当主控回路控制测点故障时可全自动切换到从回路继续进行控制。此外，设计限制控制回路，其优先级高于主控回路和从回路，用于工艺控制限制条件在控制过程对主控回路和从回路进行限制保护。

工艺生产过程中，存在着前端汽源、后端调速的负载、抽汽的用汽负载的变化，当短时的工况变化使得速度控制回路和抽汽控制回路的调节能力达到极限时，仍不能使得被控目标接近目标值。在这种情况下，可以事先分析工艺控制设定发生这种情况时，优先保障调速控制还是抽汽控制，也就是速度优先模式还是抽汽优先模式，并设置调速控制模块与抽汽控制模块为相同的优先控制模式，优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式。

其中，设置调速控制模块与抽汽控制模块为相同的优先控制模式，具体包括：

若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式。

步骤S102、将所述调速控制模块与所述抽汽控制模块中与所述优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；

步骤S103、在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；

具体的，若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式，控制所述调速控制模块的执行机构保持最大的速度调节能力，同时将所述调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述抽汽控制模块，使所述抽汽控制模块在所述速度优先模式下，使用所述调速控制模块传递的调速控制量进行控制，不再使用自身抽汽控制量进行控制；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式，控制所述抽汽控制模块的执行机构保持最大的抽汽调节能力，同时将所述抽汽控制模块当前选定的回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述调速控制模块，使所述调速控制模块在所述抽汽优先模式下，使用所述抽汽控制模块传递的抽汽控制量进行控制，不再使用自身的速度控制量进行控制。

需要说明的是，速度优先模式下的速度控制回路，以及抽汽优先控制模式下的抽汽控制回路，可采用变PID系数的方式对调节效果进行优化。

上述实施例中，当设置速度优先模式时，需设置抽汽控制模块与调速控制模块为相同的速度优先模式，对于双抽型设备只允许配置其中一个抽汽控制模块为速度优先模式，另一个不做优先模式配置。

调速控制模块在控制过程中，检测执行机构是否到达调节极限，若执行机构已到调节极限但被控量仍低于目标值，则触发速度优先模式。此时，调速控制模块与抽汽控制模块协同都进入速度优先模式，调速控制模块的执行机构保持其最大的速度调节能力，同时将调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到抽汽控制模块。抽汽控制模块则放弃当前对自身执行机构的控制，引用速度控制模块的转换后的控制量来控制其执行机构，通过对设备的抽汽控制以达到优先对于转速控制模块的目标值的控制。由于控制回路中对象的改变，此时可通过对速度控制模块中的回路调节参数进行调整以改变控制调节效果。

在速度优先模式下，可将转速控制模块优先调节到目标值，该期间抽汽控制目标无法保障，但仍可通过抽汽控制模块的限制控制回路对抽汽控制进行有选择的配置，结合工艺进行最大容忍调节范围的保护。

调速控制模块与抽汽控制模块在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量，此时速度控制模块与抽汽控制模块将同时退出速度优先模式。

当设置抽汽优先模式时，需设置抽汽控制模块与调速控制模块为相同的抽汽优先模式，对于双抽型设备只允许配置其中一个抽汽控制模块为抽汽优先模式，另一个不做优先模式配置。抽汽控制模块在控制过程中，检测执行机构是否到达调节极限，若执行机构已到调节极限但被控量仍无法靠近目标值，则触发抽汽优先模式。此时，调速控制模块与抽汽控制模块协同都进入抽汽优先模式，抽汽控制模块的执行机构保持其最大的抽汽调节能力，同时将抽汽控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到调速控制模块。调速控制模块则放弃当前对自身执行机构的控制，引用抽汽控制模块的转换后的控制量来控制其执行机构，通过对设备的调速控制以达到优先对于抽汽控制模块的目标值的控制。由于控制回路中对象的改变，此时可通过对抽汽控制模块中的回路调节参数进行调整以改变控制调节效果。

在抽汽优先模式下，可将抽汽控制模块优先调节到目标值，该期间转速控制无法保障，但仍可通过转速控制模块的限制控制回路对转速控制进行有选择的配置，结合工艺进行最大容忍调节范围的保护。

调速控制模块与抽汽控制模块在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，两个控制模块同时退出抽汽优先模式。

步骤S104、当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。

其中，调速与抽汽在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量时，速度控制模块与抽汽控制模块会同时退出速度优先模式。

调速与抽汽在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，速度控制模块与抽汽控制模块会同时退出抽汽优先模式。

需要说明的是，在正常运行状态下，调速控制模块与抽汽控制模块通过相互解耦控制达到对蒸汽透平更加稳定控制效果。

步骤S104具体包括：

在正常运行状态下，在对蒸汽透平的调节控制未达到极限位置时，所述调速控制模块与所述抽汽控制模块都将当前选定的控制回路的控制数据加权叠加到对方的控制响应中，以利用解耦控制使所述调速控制模块的调节回路与所述抽汽控制模块的调节回路能够相互协调控制，迅速稳定系统。

参见图4，本发明一实施例公开的一种调速控制模块与抽汽控制模块的解耦控制示意图，调速控制模块与抽汽控制模块的解耦控制过程如下：

蒸汽透平的调速控制与抽汽控制之间相互影响，当调速升速汽量变大时，伴随着抽汽量的增加，此时抽汽量趋向于减小的方向调节，从而导致蒸汽透平的第二气压缸汽量增大，进一步推动提速。

当抽汽压力降低时，抽汽控制模块调节趋势会使得进入的第二气压缸汽量减少，从而降低转速，进一步降低抽汽压力。针对这种情况，在调速控制模块与抽汽控制模块处于运行状态的自动调节过程时，既非速度优先状态也非抽汽优先状态，此时调速控制模块与抽汽控制模块采用解耦控制。同时，对调速控制模块与抽汽控制模块分别设计多路输入解耦控制通道，以支持对其他工艺控制量的解耦控制。定义第i路解耦控制输入量为LDai，第i路解耦控制输入的解耦系数为Mai，i＝1,2，……n，则最终的解耦控制输入CRld＝LDa1*Ma1+LDa2*Ma2+……LDan*Man。设计调速控制模块与抽汽控制模块当前选定的控制回路的输出为解耦控制输出，可供对方进行解耦控制输入及其解耦强弱的配置。

综上可知，本发明公开的蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法，应用于蒸汽透平控制模块，蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，抽汽控制模块用于对蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制，当因异常情况导致调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置调速控制模块与抽汽控制模块为相同的优先控制模式，将调速控制模块与抽汽控制模块中与优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；在蒸汽透平运行过程中，控制优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制调速控制模块与抽汽控制模块由优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。本发明实现了在因扰动导致按工艺既定的优先控制目标无法得到满足时，全自动协调控制以满足既定的优先控制目标的稳定，同时能够在干扰影响撤销后，全自动恢复到调速控制与抽汽控制先前的控制状态，在一定程度上可以实现异常情况下的控制平稳过渡，保障设备对相关工艺控制的连续性。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制系统。

参见图5，本发明一实施例公开的一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制系统的结构示意图，该系统应用于蒸汽透平控制模块，所述蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块使用统一的工作状态定义，并能够相互传递工作状态，所述调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，所述抽汽控制模块用于对所述蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制；所述协调控制系统包括：

控制模式设置单元201，用于当因异常情况导致所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，其中，所述优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式，所述调速控制模块的控制目标为：蒸汽透平的转速，所述抽汽控制模块的控制目标为：抽汽流量或抽汽压力；

本实施例中，异常情况指的是：在蒸汽透平运行过程中，因外部干扰导致蒸汽透平的运行状态与预期工作状态产生较大偏离，转速与流量或压力短时较大幅度偏离目标值。

本实施例中，调速控制模块和抽汽控制模块都包含主控回路、从回路和限制控制回路，各个回路可采用PID控制回路。

所述调速控制模块的转速控制回路为主控回路，以转速为被控量，所述调速控制模块的从回路以等同转速控制效果的物理量为被控目标，所述调速控制模块的主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述调速控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护；

所述抽汽控制模块的抽汽控制回路为主控回路，所述抽汽控制模块的主控回路和从回路以抽汽流量或抽汽压力为被控量，主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述抽汽控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护。

本实施例中，控制模式设置单元201设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，具体包括：

若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式。

确定单元202，用于将所述调速控制模块与所述抽汽控制模块中与所述优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；

协调控制单元203，用于在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；

协调控制单元203具体用于：

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述速度优先模式时，控制所述调速控制模块的执行机构保持最大的速度调节能力，同时将所述调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述抽汽控制模块，使所述抽汽控制模块在所述速度优先模式下，使用所述调速控制模块传递的调速控制量进行控制，不再使用自身抽汽控制量进行控制；

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述抽汽优先控制模式时，控制所述抽汽控制模块的执行机构保持最大的抽汽调节能力，同时将所述抽汽控制模块当前选定的回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述调速控制模块，使所述调速控制模块在所述抽汽优先模式下，使用所述抽汽控制模块传递的抽汽控制量进行控制，不再使用自身的速度控制量进行控制。

需要说明的是，速度优先模式下的速度控制回路，以及抽汽优先控制模式下的抽汽控制回路，可采用变PID系数的方式对调节效果进行优化。

恢复单元204，用于当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。

本实施例中，恢复单元204具体用于：

调速与抽汽在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出速度优先模式；

调速与抽汽在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出抽汽优先模式。

综上可知，本发明公开的蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制系统，应用于蒸汽透平控制模块，蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，抽汽控制模块用于对蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制，当因异常情况导致调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定调速控制模块的控制目标和抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置调速控制模块与抽汽控制模块为相同的优先控制模式，将调速控制模块与抽汽控制模块中与优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；在蒸汽透平运行过程中，控制优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制调速控制模块与抽汽控制模块由优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。本发明实现了在因扰动导致按工艺既定的优先控制目标无法得到满足时，全自动协调控制以满足既定的优先控制目标的稳定，同时能够在干扰影响撤销后，全自动恢复到调速控制与抽汽控制先前的控制状态，在一定程度上可以实现异常情况下的控制平稳过渡，保障设备对相关工艺控制的连续性。

需要特别说明的是，系统实施例中，各组成部分的具体工作原理，请参见方法实施例对应部分，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制方法，其特征在于，应用于蒸汽透平控制模块，所述蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块使用统一的工作状态定义，并能够相互传递工作状态，所述调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，所述抽汽控制模块用于对所述蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制；所述协调控制方法包括：

当因异常情况导致所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，其中，所述优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式，所述调速控制模块的控制目标为：蒸汽透平的转速，所述抽汽控制模块的控制目标为：抽汽流量或抽汽压力；

将所述调速控制模块与所述抽汽控制模块中与所述优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；

在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；

当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。

2.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块都包含主控回路、从回路和限制控制回路，各个回路采用PID控制回路；

所述调速控制模块的转速控制回路为主控回路，以转速为被控量，所述调速控制模块的从回路以等同转速控制效果的物理量为被控目标，所述调速控制模块的主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述调速控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护；

所述抽汽控制模块的抽汽控制回路为主控回路，所述抽汽控制模块的主控回路和从回路以抽汽流量或抽汽压力为被控量，主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述抽汽控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护。

3.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，所述设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，包括：

若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式。

4.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，所述在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制，具体包括：

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述速度优先模式时，控制所述调速控制模块的执行机构保持最大的速度调节能力，同时将所述调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述抽汽控制模块，使所述抽汽控制模块在所述速度优先模式下，使用所述调速控制模块传递的调速控制量进行控制，不再使用自身抽汽控制量进行控制；

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述抽汽优先控制模式时，控制所述抽汽控制模块的执行机构保持最大的抽汽调节能力，同时将所述抽汽控制模块当前选定的回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述调速控制模块，使所述调速控制模块在所述抽汽优先模式下，使用所述抽汽控制模块传递的抽汽控制量进行控制，不再使用自身的速度控制量进行控制。

5.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，所述当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式，包括：

调速与抽汽在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出速度优先模式；

调速与抽汽在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出抽汽优先模式。

6.一种蒸汽透平的调速与抽汽的协调控制系统，其特征在于，应用于蒸汽透平控制模块，所述蒸汽透平控制模块包括：调速控制模块和抽汽控制模块，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块使用统一的工作状态定义，并能够相互传递工作状态，所述调速控制模块用于对蒸汽透平进行转速控制，所述抽汽控制模块用于对所述蒸汽透平的外输出通道的抽汽流量或抽汽压力进行控制；所述协调控制系统包括：

控制模式设置单元，用于当因异常情况导致所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标无法同时满足时，基于工艺控制确定所述调速控制模块的控制目标和所述抽汽控制模块的控制目标中的的优先控制目标，同时，设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，其中，所述优先控制模式为：速度优先模式或抽汽优先模式，所述调速控制模块的控制目标为：蒸汽透平的转速，所述抽汽控制模块的控制目标为：抽汽流量或抽汽压力；

确定单元，用于将所述调速控制模块与所述抽汽控制模块中与所述优先控制目标对应的控制模块确定为主导的优先控制模块；

协调控制单元，用于在蒸汽透平运行过程中，控制所述优先控制模块同时获取自身的控制趋势和另一个控制模块的控制趋势，并基于获取的两个控制趋势，对蒸汽透平进行全自动协调控制，以实现对既定的优先控制目标的稳定控制；

恢复单元，用于当满足所述优先控制模式的退出条件时，控制所述调速控制模块与所述抽汽控制模块由所述优先控制模式恢复至正常工作状态下的相互解耦控制模式。

7.根据权利要求6所述的协调控制系统，其特征在于，所述调速控制模块和所述抽汽控制模块都包含主控回路、从回路和限制控制回路，各个回路采用PID控制回路；

所述调速控制模块的转速控制回路为主控回路，以转速为被控量，所述调速控制模块的从回路以等同转速控制效果的物理量为被控目标，所述调速控制模块的主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述调速控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护；

所述抽汽控制模块的抽汽控制回路为主控回路，所述抽汽控制模块的主控回路和从回路以抽汽流量或抽汽压力为被控量，主控回路和从回路之间形成主从替换关系；所述抽汽控制模块的的限制控制回路的优先级高于主控回路和从回路，用于对主控回路和从回路进行限制保护。

8.根据权利要求6所述的协调控制系统，其特征在于，所述控制模式设置单元设置所述调速控制模块与所述抽汽控制模块为相同的优先控制模式，具体包括：

若所述调速控制模块检测到控制输出达到极限仍无法提升转速到目标转速时，触发速度优先模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入速度优先模式；

若所述抽汽控制模块检测到控制输出达到极限仍无法将实时被控量向目标设定值靠近时，触发抽汽优先控制模式，同时控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入抽汽优先控制模式。

9.根据权利要求6所述的协调控制系统，其特征在于，所述协调控制单元具体用于：

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述速度优先模式时，控制所述调速控制模块的执行机构保持最大的速度调节能力，同时将所述调速控制模块当前选定回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述抽汽控制模块，使所述抽汽控制模块在所述速度优先模式下，使用所述调速控制模块传递的调速控制量进行控制，不再使用自身抽汽控制量进行控制；

当控制所述调速控制模块和所述抽汽控制模块协同进入所述抽汽优先控制模式时，控制所述抽汽控制模块的执行机构保持最大的抽汽调节能力，同时将所述抽汽控制模块当前选定的回路的控制量，以预设增益与正反作用特性传递到所述调速控制模块，使所述调速控制模块在所述抽汽优先模式下，使用所述抽汽控制模块传递的抽汽控制量进行控制，不再使用自身的速度控制量进行控制。

10.根据权利要求6所述的协调控制系统，其特征在于，所述恢复单元具体用于：

调速与抽汽在速度优先模式下协调控制时，当速度控制需降低转速，抽汽控制需降低被控量，或抽汽控制触发限制控制，或抽汽控制调节已到达最大抽汽量时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出速度优先模式；

调速与抽汽在抽汽优先模式下协调控制时，当抽汽控制调节趋势远离原来的输出极限且速度控制调节方向与抽汽调节方向相同时，所述速度控制模块与所述抽汽控制模块会同时退出抽汽优先模式。