CN111322885B - 一种间冷系统百叶窗控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间冷系统百叶窗控制装置及其控制方法，装置包括汽轮机、凝汽器、循环水泵、空冷塔、PID调节器、凝结水泵、前馈回路、第一加法器、选择器以及第二加法器，前馈回路通过第一加法器与选择器的输入端连接，选择器的输出端与第二加法器的输入端连接，空冷塔的出口温度值送入PID调节器的输入端，PID调节器的输出端与第二加法器的输入端连接，第二加法器的输出端与空冷塔的温度调节端连接；空冷塔的出水口通过管道与凝汽器入口相通，凝汽器出口通过循环水泵以及管道与空冷塔入口相通；本发明的优点在于：对百叶窗调节响应快，调节准确。

Description

一种间冷系统百叶窗控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及热力发电领域，更具体涉及一种间冷系统百叶窗控制装置及其控制方法。

背景技术

间接空冷系统是利用空气通过中间循环冷却水间接冷却汽轮机的排汽，间冷塔是间接空冷系统中实现中间循环水冷却的重要设备。即，循环水完成汽轮机排汽的冷却任务后温度升高，进入空冷塔内的换热管网实现自身的冷却。空冷塔内的换热管网是由若干并列的冷却扇区组成，而各个冷却扇区通过百叶窗开度调节来改变流经换热管网的空气量，从而改变循环水与空气的换热效果，使得循环水得到冷却。

若循环水温度得不到较好的冷却，温度升高，凝汽器的真空下降，排汽压力和排汽温度升高，机组的经济性下降。现有百叶窗的调节手段是使用简单PID调节，PID控制器根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令，来调节百叶窗的开度，百叶窗开度增大流经扇区的空气量增大，冷却效果增强。但是该调节策略未考虑到机组负荷的升降对空冷塔出口温度的影响存在滞后时间。当机组负荷增加，凝汽器内蒸汽体积和蒸汽量增加，引起凝汽器压力升高。凝汽器出口水温也随负荷的增加而增大，负荷增加，凝汽器压力上升，凝汽器汽侧温度升高，凝汽器管壁温度上升，进一步增强了凝汽器排汽与循环水的换热，从而导致凝汽器出口循环水温升高，即空冷塔进口温度升高。从负荷上升到空冷塔进口温度升高，中间需要一定时间，也就是说负荷上升，经过一定时间后，百叶窗才开始调节，存在滞后时间。同时，该调节策略还未考虑到间冷塔进口水温扰动的影响。间冷塔出口水温随间冷塔进口水温的升高而升高。进口水温的增加也引起间冷塔换热温差的增大，换热强度增加，在扰动发生后一定初始时间内，间冷塔出口水温未发生变化，可得响应存在一定的滞后性。随着时间的推移，间冷塔进口水温升高，间冷塔出口水温随之升高。另外，该调节策略未考虑到循环水流量扰动的影响。当1台循环水泵跳闸后，凝汽器内真空会降低、凝汽器出口温度逐渐升高，一定时间后达到新的稳态值。管内循环水温度的升高使管壁向循环水的散热减少，管壁温度升高，蒸汽向管壁散热减少，蒸汽温度升高，凝汽器压力升高。

综上所述，现有百叶窗的调节手段未考虑到机组负荷的升降对空冷塔出口温度的影响存在滞后时间、未考虑到间冷塔进口水温扰动的影响以及未考虑到循环水流量扰动的影响，导致调节响应慢，调节不准的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术的百叶窗的调节手段未考虑到机组负荷的升降对空冷塔出口温度的影响存在滞后时间、未考虑到间冷塔进口水温扰动的影响以及未考虑到循环水流量扰动的影响，导致调节响应慢，调节不准的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种间冷系统百叶窗控制装置，包括汽轮机、凝汽器、循环水泵、空冷塔、PID调节器、凝结水泵、前馈回路、第一加法器、选择器以及第二加法器，所述前馈回路用于采集循环水泵出口流量，采集汽机发电机实时功率以及采集空冷塔入口温度，所述前馈回路通过第一加法器与选择器的输入端连接，选择器的输出端与第二加法器的输入端连接，空冷塔的出口温度值送入PID调节器的输入端，PID调节器的输出端与第二加法器的输入端连接，第二加法器的输出端与空冷塔的温度调节端连接；空冷塔的出水口通过管道与凝汽器入口相通，凝汽器出口通过循环水泵以及管道与空冷塔入口相通；汽轮机与凝汽器连接，凝汽器的又一出口通过管道与凝结水泵相通，凝结水泵的出水口与锅炉相通。

本发明设置前馈回路，前馈回路综合考虑空冷塔入口温度、汽机发电机实时功率(也即机组负荷)以及循环水流量等因素，将三种因素反馈结果输出至第一加法器叠加再经选择器输入到第二加法器，叠加到PID控制器原控制回路，使得百叶窗控制过程考虑机组负荷的升降对空冷塔出口温度的影响，考虑到间冷塔进口水温扰动的影响，考虑到循环水流量扰动的影响，最终减少调节滞后时间，调节响应快，综合多种影响因素，调节准确。

优选的，所述前馈回路包括第一回路、第二回路以及第三回路，所述第一回路包括第一模拟量数据采集模块以及第一函数发生器，所述第一模拟量数据采集模块输入端与循环水泵电连接，所述第一模拟量数据采集模块输出端与第一函数发生器连接，第一函数发生器的输出端与第一加法器的输入端连接；所述第二回路包括第二模拟量数据采集模块以及第二函数发生器，所述第二模拟量数据采集模块输入端与汽机发电机电连接，所述第二模拟量数据采集模块输出端与第二函数发生器连接，第二函数发生器的输出端与第一加法器的输入端连接；所述第三回路包括热电阻采集模块、微分器以及第三函数发生器，所述热电阻采集模块的探头置于所述空冷塔入口，所述热电阻采集模块的信号输出端通过微分器与第三函数发生器的输入端连接，第三函数发生器的输出端与第一加法器的输入端连接。

本发明还提供一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，所述方法包括：PID控制器根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令，输出到第二加法器，前馈回路采集循环水泵出口流量并输出第一修正值，前馈回路采集汽机发电机实时功率并输出第二修正值，前馈回路采集空冷塔入口温度并输出第三修正值，第一修正值、第二修正值以及第三修正值通过第一加法器叠加输入选择器，选择器再将叠加结果输入第二加法器与PID控制器根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令叠加作为最终控制指令。

优选的，所述前馈回路采集循环水泵出口流量输入到第一函数发生器，第一函数发生器输出第一修正值。

优选的，所述前馈回路采集汽机发电机实时功率输入到第二函数发生器，第二函数发生器输出第二修正值。

优选的，所述前馈回路采集空冷塔入口温度通过微分器输入到第三函数发生器，第三函数发生器输出第三修正值。

优选的，所述空冷塔在冬季工况存在防冻保护，即当环境温度降到预设温度以下时，选择器屏蔽第一加法器的输出，选择常数0，强制关闭空冷塔所有的百叶窗。

本发明的优点在于：本发明设置前馈回路，前馈回路综合考虑空冷塔入口温度、汽机发电机实时功率(也即机组负荷)以及循环水流量等因素，将三种因素反馈结果输出至第一加法器叠加再经选择器输入到第二加法器，叠加到PID控制器原控制回路，使得百叶窗控制过程考虑机组负荷的升降对空冷塔出口温度的影响，考虑到间冷塔进口水温扰动的影响，考虑到循环水流量扰动的影响，最终减少调节滞后时间，调节响应快，综合多种影响因素，调节准确。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的一种间冷系统百叶窗控制装置的结构框图；

图2为本发明实施例所公开的一种间冷系统百叶窗控制装置中折线函数示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。

如图1所示，一种间冷系统百叶窗控制装置，包括汽轮机1、凝汽器2、循环水泵3、空冷塔4、PID调节器6、凝结水泵5、前馈回路(图未标)、第一加法器7、选择器8以及第二加法器9。

所述前馈回路用于采集循环水泵3出口流量，采集汽机发电机14实时功率以及采集空冷塔4入口温度，所述前馈回路通过第一加法器7与选择器8的输入端连接，选择器8的输出端与第二加法器9的输入端连接，空冷塔4的出口温度值送入PID调节器6的输入端，PID调节器6的输出端与第二加法器9的输入端连接，第二加法器9的输出端与空冷塔4的温度调节端连接；空冷塔4的出水口通过管道与凝汽器2入口相通，凝汽器2出口通过循环水泵3以及管道与空冷塔4入口相通；汽轮机1与凝汽器2连接，凝汽器2的又一出口通过管道与凝结水泵5相通，凝结水泵5的出水口与锅炉相通。

所述前馈回路包括第一回路(图未标)、第二回路(图未标)以及第三回路(图未标)，所述第一回路包括第一模拟量数据采集模块10以及第一函数发生器11，所述第一模拟量数据采集模块10输入端与循环水泵3电连接，所述第一模拟量数据采集模块10输出端与第一函数发生器11连接，第一函数发生器11的输出端与第一加法器7的输入端连接；第一函数发生器11的输出为百叶窗开度指令的第一修正值(可正可负)。

所述第二回路包括第二模拟量数据采集模块12以及第二函数发生器13，所述第二模拟量数据采集模块12输入端与汽机发电机14电连接，所述第二模拟量数据采集模块12输出端与第二函数发生器13连接，第二函数发生器13的输出端与第一加法器7的输入端连接；从机组汽机发电机14侧安装第二模拟量数据采集模块12，采集汽机发电机14的实时功率，该第二模拟量数据采集模块12可输出4-20mA模拟量信号，将该模拟量信号接入第二函数发生器13。第二函数发生器13的输入为机组发电机的实时功率，第二函数发生器13的输出为百叶窗开度指令的第二修正值(可正可负)。第二函数发生器13的输出叠加到当前的PID的计算结果上，也就是说，百叶窗开度指令第二修正值和当前PID控制器输出的百叶窗开度指令相加，得到新的百叶窗开度指令。原本PID控制器根据空冷塔出口温度来调节，当出口温度高于设定值时，PID的输出增大，即百叶窗开度增大，本发明可根据当前机组功率的波动，来修正PID的指令输出。根据不同的汽机负荷指令变化幅值来控制百叶窗的超前动作值(也就是新的百叶窗开度指令)。第二函数发生器13本质上是一个线性折线函数(这种折线函数一般在各种品牌的DCS系统上都有配置这种模块，对于任何一个输入，该模块根据预先设定好的折线数据点，利用线性插值方法求得一个输出)，该折线函数可以根据不同的功率输入，输出对应的百叶窗开度指令修正值，如图2所示，折现函数的具体参数根据不同的机组来确定。

所述第三回路包括热电阻采集模块15、微分器16以及第三函数发生器17，所述热电阻采集模块15的探头置于所述空冷塔4入口，所述热电阻采集模块15的信号输出端通过微分器16与第三函数发生器17的输入端连接，第三函数发生器17的输出端与第一加法器7的输入端连接。在空冷塔进口管道加装3组空冷塔入口循环水温度测点，每1组温度测点采用热电阻采集模块15进行测量，热电阻采集模块15输出的3个代表温度大小的信号引入三取中选择模块(三取中选择模块作用选择三个温度值的中间值)，三取中选择模块的输出引入微分器16，微分器16的作用是对选择后的温度进行滤波处理，防止温度波动对后续计算的影响，处理后，进入第三函数发生器17。再把第三函数发生器17的输出叠加到当前的PID的计算结果上。第三函数发生器17的输入为选择后的空冷塔入口循环水温度，第三函数发生器17的输出为百叶窗开度指令的第三修正值(可正可负)。第三函数发生器17的输出叠加到当前的PID的计算结果上，也就是说，百叶窗开度指令第三修正值和当前PID控制器输出的百叶窗开度指令相加，得到新的百叶窗开度指令。原本PID控制器根据空冷塔出口温度来调节，当出口温度高于设定值时，PID的输出增大，即百叶窗开度增大，本发明可根据空冷塔入口循环水温度的波动，来修正PID的指令输出。根据空冷塔入口循环水温度的波动变化幅值来控制百叶窗的超前动作值(也就是新的百叶窗开度指令)。第三函数发生器17本质上是一个线性折线函数。第三函数发生器17的原理如第二函数发生器13。

本发明还提供一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，所述方法包括：PID调节器6根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令，输出到第二加法器9，所述前馈回路采集循环水泵3出口流量输入到第一函数发生器11，第一函数发生器11输出第一修正值，所述前馈回路采集汽机发电机14实时功率输入到第二函数发生器13，第二函数发生器13输出第二修正值，所述前馈回路采集空冷塔4入口温度通过微分器16输入到第三函数发生器17，第三函数发生器17输出第三修正值，第一修正值、第二修正值以及第三修正值通过第一加法器7叠加输入选择器8，选择器8再将叠加结果输入第二加法器9与PID调节器6根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令叠加作为最终控制指令。

作为本发明进一步改进的方案，所述空冷塔4在冬季工况存在防冻保护，即当环境温度降到预设温度以下时，需强制关闭空冷塔4所有的百叶窗，选择器8屏蔽第一加法器7的输出，选择常数0，屏蔽前馈回路的作用效果。

通过以上技术方案，本发明提供的一种间冷系统百叶窗控制装置及其控制方法，在现有的百叶窗温度PID控制装置同时，增加一个前馈回路，该前馈回路由3部分组成，分别考虑了间冷塔入口温度、汽机负荷以及循环水流量对间冷塔出口、凝汽器入口温度的影响。前馈回路综合考虑空冷塔4入口温度、汽机发电机14实时功率(也即机组负荷)以及循环水流量等因素，将三种因素反馈结果输出至第一加法器7叠加再经选择器8输入到第二加法器9，叠加到PID调节器6原控制回路，使得百叶窗控制过程考虑机组负荷的升降对空冷塔4出口温度的影响，考虑到间冷塔进口水温扰动的影响，考虑到循环水流量扰动的影响，最终减少调节滞后时间，调节响应快，综合多种影响因素，调节准确。

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 (7)

1.一种间冷系统百叶窗控制装置，其特征在于，包括汽轮机、凝汽器、循环水泵、空冷塔、PID调节器、凝结水泵、前馈回路、第一加法器、选择器以及第二加法器，所述前馈回路用于采集循环水泵出口流量，采集汽机发电机实时功率以及采集空冷塔入口温度，所述前馈回路通过第一加法器与选择器的输入端连接，选择器的输出端与第二加法器的输入端连接，空冷塔的出口温度值送入PID调节器的输入端，PID调节器的输出端与第二加法器的输入端连接，第二加法器的输出端与空冷塔的温度调节端连接；空冷塔的出水口通过管道与凝汽器入口相通，凝汽器出口通过循环水泵以及管道与空冷塔入口相通；汽轮机与凝汽器连接，凝汽器的又一出口通过管道与凝结水泵相通，凝结水泵的出水口与锅炉相通。

2.根据权利要求1所述的一种间冷系统百叶窗控制装置，其特征在于，所述前馈回路包括第一回路、第二回路以及第三回路，所述第一回路包括第一模拟量数据采集模块以及第一函数发生器，所述第一模拟量数据采集模块输入端与循环水泵电连接，所述第一模拟量数据采集模块输出端与第一函数发生器连接，第一函数发生器的输出端与第一加法器的输入端连接；所述第二回路包括第二模拟量数据采集模块以及第二函数发生器，所述第二模拟量数据采集模块输入端与汽机发电机电连接，所述第二模拟量数据采集模块输出端与第二函数发生器连接，第二函数发生器的输出端与第一加法器的输入端连接；所述第三回路包括热电阻采集模块、微分器以及第三函数发生器，所述热电阻采集模块的探头置于所述空冷塔入口，所述热电阻采集模块的信号输出端通过微分器与第三函数发生器的输入端连接，第三函数发生器的输出端与第一加法器的输入端连接。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：PID控制器根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令，输出到第二加法器，前馈回路采集循环水泵出口流量并输出第一修正值，前馈回路采集汽机发电机实时功率并输出第二修正值，前馈回路采集空冷塔入口温度并输出第三修正值，第一修正值、第二修正值以及第三修正值通过第一加法器叠加输入选择器，选择器再将叠加结果输入第二加法器与PID控制器根据间冷塔的出水温度计算出百叶窗的控制指令叠加作为最终控制指令。

4.根据权利要求3所述的一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，其特征在于，所述前馈回路采集循环水泵出口流量输入到第一函数发生器，第一函数发生器输出第一修正值。

5.根据权利要求3所述的一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，其特征在于，所述前馈回路采集汽机发电机实时功率输入到第二函数发生器，第二函数发生器输出第二修正值。

6.根据权利要求3所述的一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，其特征在于，所述前馈回路采集空冷塔入口温度通过微分器输入到第三函数发生器，第三函数发生器输出第三修正值。

7.根据权利要求3所述的一种间冷系统百叶窗控制装置的控制方法，其特征在于，所述空冷塔在冬季工况存在防冻保护，即当环境温度降到预设温度以下时，选择器屏蔽第一加法器的输出，选择常数0，强制关闭空冷塔所有的百叶窗。

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