CN111506002B - 一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法、系统及介质，本发明方法包括获取调节阀的指令并代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值，再将该调节阀控制量的值代入预设的调节特性曲线的函数表达式求取对应指令，将求得的指令作为调节阀的修正指令，其中直线方程包含了指令、调节阀控制量之间的线性关系，调节特性曲线包含了指令、调节阀控制量之间的实际映射关系。本发明能够保障执行机构的指令和实际调节能力从调节起点到调节终点呈线性关系，从而能够有效提高调节阀所在自动控制回路的调节品质，降低控制器参数整定难度，拓宽控制器调节参数的线性调节范围，能够有效提高机组运行安全性和运行经济水平。

Description

一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及火电机组工程控制技术，具体涉及一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法、系统及介质。
背景技术
自动控制系统调节品质的好坏不仅与控制器参数有关，还在一定程度上取决于执行机构的线性特性。一般自动控制系统在设计以及控制器参数调试和整定过程中，都默认为执行机构具有良好的线性调节特性。然而，在实际应用过程中，执行机构通常只有某一段具有相对理想的线性调节特性，在线性区段以外，非线性调节特征明显，甚至存在调节死区。因此，从全局范围来看，几乎所有的执行机构都或多或少存在非线性区段，给控制器参数的调试整定带来了较大的困难。当执行机构工作在非线性特性区段内时，调节品质变差。这个现象在发电自动化控制领域尤其明显。
随着新能源发电机组装机容量的不断增加，电源结构发生了重大变化。在可预见的将来，火电机组装机容量的占比将进一步压缩。随着电力辅助服务市场相关政策在更大片区内的普及，全国范围内相当一部分火电机组的功能属性将发生转变，深度调峰、长期运行在低负荷区段作为热备用机组将成为很多火电机组的运行常态。当机组实际发电功率小于额定功率的50%时，绝大部分执行机构滑出了线性调节特性区域，严重影响了自动控制系统的调节品质，甚至部分自动调节系统出现控制发散的情况。自动调节品质变差带来以下几方面的问题，一是给运行人员增加了监盘负担，操作量大大增加；二是主要运行参数无法控制在设计值附近，机组运行经济性下降；三是机组的运行安全性受到较大影响，增加了非正常停机风险。
目前，提高自动调节品质大都从以下两个方面入手：一是设计复杂的控制回路、优化控制算法；二是控制器参数的自适应设置，两者均从一定程度上改善了调节品质。然而，由于其出发思路并不针对执行机构的非线性调节特性校正，无法完全解决因执行机构调节特性导致的自动控制系统调节品质差的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法、系统及介质，本发明从火电机组执行机构的调节特性入手，对调节阀全部有效调节范围内的调节特性进行线性化校正，能够实现执行机构从调节起点到调节终点的全程线性，使调节阀的指令和实际调节能力呈线性关系，从而能够有效提高调节阀所在自动控制回路的调节品质，降低控制器参数整定难度，拓宽控制器调节参数的线性调节范围，能够有效提高机组运行安全性和运行经济水平。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法，实施步骤包括：
1）获取调节阀的指令x0；
2）将调节阀的指令x0代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值Y0，所述直线方程包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系；
3）将调节阀控制量的值Y0代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令x0 ’，将求得的指令x0 ’作为调节阀的修正指令，所述调节特性曲线包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系。
可选地，步骤2）之前还包括下述预处理的步骤：
S1）根据调节阀的指令及其对应的调节阀控制量获取调节阀的调节特性曲线；
S2）根据调节特性曲线拟合得到调节特性曲线的函数表达式；
S3）选取调节特性曲线中的实际调节起点和实际调节终点，求取由实际调节起点、实际调节终点两点确定的直线方程，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程。
可选地，步骤S1）的详细步骤包括：获得调节阀开度100%时对应调节阀控制量的值，并将该值作为标幺基准值；分别获得调节阀开度0%~100%时对应调节阀控制量的值，将得到的各个值除以标幺基准值后乘以100%，并将得到的值作为调节阀控制量的标幺值；以调节阀指令0%~100%为横坐标、各指令对应的调节阀控制量的标幺值为纵坐标绘制曲线，得到包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系的调节特性曲线。
可选地，步骤S2）中拟合得到调节特性曲线的函数表达式如下式所示：
y=a0+a1x+a2x2+……+anxn
上式中，x为调节阀的指令，Y为调节阀控制量，其中n为该函数表达式中的多项式项数，a0, a1……, an分别为拟合系数。
可选地，步骤S3）的详细步骤包括：将拟合得到调节特性曲线的函数表达式y=a0+a1x+a2x2+……+anxn对x求导，随后求取导数值等于临界变化率所对应的x的取值[x1,x2,……xn]，其中n≥2，临界变化率的取值为0~0.3之间，将[x1, x2,……xn]中最接近0%的值作为实际调节起点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节起点，将[x1, x2,……xn]中最接近100%的点作为实际调节终点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节终点，以实际调节起点和实际调节终点求得直线方程Y=Ax+B，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程Y=Ax+B。
可选地，步骤3）中将指令x0 ’作为调节阀的修正指令时，还包括将步骤S3）中确定的实际调节起点对应的指令设置为调节下限、实际调节终点对应的指令设置为调节上限的步骤。
此外，本发明还提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括：
指令输入程序单元，用于获取调节阀的指令x0；
线性变换程序单元，用于将调节阀的指令x0代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值Y0，所述直线方程包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系；
指令修正程序单元，用于将调节阀控制量的值Y0代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令x0 ’，将求得的指令x0 ’作为调节阀的修正指令，所述调节特性曲线包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系。
此外，本发明还提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的步骤。
此外，本发明还提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、本发明通过获取调节阀的指并代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值，再将该调节阀控制量的值代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令作为调节阀的修正指令，能够实现执行机构从调节起点到调节终点的全程线性，使调节阀的指令和实际调节能力呈线性关系，大大降低了控制器参数的调试整定难度，拓宽了其有效调节范围而不需要经过复杂的自适应设计，可确保执行机构工作在非线性区域内时，其所在自动控制系统仍然具有良好的调节品质。因此，本发明能够有效提高调节阀所在自动控制回路的调节品质，降低控制器参数整定难度，拓宽控制器调节参数的线性调节范围，能够有效提高机组运行安全性和运行经济水平。
2、本发明采用多项式拟合执行机构的实际调节特性曲线，拟合度不小于0.99，线性化校正具有良好的精度。
3、本发明通过判断执行机构的实际出力特性确定调节阀的实际调节起点和终点，有效剔除了执行机构的无效调节行程，有利于提升控制品质。
4、本发明采用的方法可通过现有火电机组通用的分散控制系统功能块实现，使其具有良好的实用性和广泛的适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例方法的原理示意图。
图3为本发明实施例中预处理步骤的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。
如图1所示，本实施例火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的实施步骤包括：
1）获取调节阀的指令x0；
2）将调节阀的指令x0代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值Y0，所述直线方程包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系；
3）将调节阀控制量的值Y0代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令x0 ’，将求得的指令x0 ’作为调节阀的修正指令，所述调节特性曲线包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系。
如图3所示，本实施例中步骤2）之前还包括下述预处理的步骤：
S1）根据调节阀的指令及其对应的调节阀控制量获取调节阀的调节特性曲线；
S2）根据调节特性曲线拟合得到调节特性曲线的函数表达式；
S3）选取调节特性曲线中的实际调节起点和实际调节终点，求取由实际调节起点、实际调节终点两点确定的直线方程，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程。
本实施例中，步骤S1）的详细步骤包括：获得调节阀开度100%时对应调节阀控制量的值，并将该值作为标幺基准值；分别获得调节阀开度0%~100%时对应调节阀控制量的值，将得到的各个值除以标幺基准值后乘以100%，并将得到的值作为调节阀控制量的标幺值；以调节阀指令0%~100%为横坐标、各指令对应的调节阀控制量的标幺值为纵坐标绘制曲线，得到包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系的调节特性曲线。
参见图2，本实施例步骤S2）中拟合得到调节特性曲线的函数表达式如下式所示：
y=a0+a1x+a2x2+……+anxn
上式中，x为调节阀的指令，Y为调节阀的调节阀控制量，其中n为该函数表达式中的多项式项数，a0, a1……, an分别为拟合系数。本实施例采用上述多项式拟合调节阀的调节特性曲线，拟合度不小于0.99，是的线性化校正具有良好的精度。
参见图2，本实施例中步骤S3）的详细步骤包括：将拟合得到调节特性曲线的函数表达式y=a0+a1x+a2x2+……+anxn对x求导，随后求取导数值等于临界变化率所对应的x的取值[x1, x2,……xn]，其中n≥2，临界变化率的取值为0~0.3之间，将[x1, x2,……xn]中最接近0%的值作为实际调节起点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节起点，将[x1, x2,……xn]中最接近100%的点作为实际调节终点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节终点，以实际调节起点和实际调节终点求得直线方程Y=Ax+B，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程Y=Ax+B。
本实施例中，步骤3）中将指令x0 ’作为调节阀的修正指令时，还包括将步骤S3）中确定的实际调节起点对应的指令设置为调节下限、实际调节终点对应的指令设置为调节上限的步骤。通过将实际调节起点和实际调节终点设置为调节阀的下限和上限，剔除了调节阀的无效调节行程，为调节阀的反向动作赢得了时间，提升了被控量反向调节的响应能力。
综上所述，本实施例火电机组调节阀调节特性线性化处理方法通过获得以调节阀的指令为自变量、调节阀控制量为因变量的调节特性曲线，基于调节特性曲线拟合二者的函数表达式；选取调节特性曲线的实际调节起点和实际调节终点，并求取由该两点确定的直线方程；根据求得的直线方程和调节特性曲线的函数表达式，对调节阀的指令进行线性化修正，通过从执行机构的调节特性入手，对全部有效调节范围内的调节特性进行线性化校正，能够实现执行机构从调节起点到调节终点的全程线性，能够使调节阀的指令和实际调节能力呈线性关系，从而能够有效提高调节阀所在自动控制回路的调节品质，降低控制器参数整定难度，拓宽控制器调节参数的线性调节范围，还能够有效提高机组运行安全性和运行经济水平，降低运行人员的劳动强度。
此外，本实施例还提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括：
指令输入程序单元，用于获取调节阀的指令x0；
线性变换程序单元，用于将调节阀的指令x0代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值Y0，所述直线方程包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系；
指令修正程序单元，用于将调节阀控制量的值Y0代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令x0 ’，将求得的指令x0 ’作为调节阀的修正指令，所述调节特性曲线包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系。
此外，本实施例还提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行前述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行前述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行前述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种火电机组调节阀调节特性线性化处理方法，其特征在于实施步骤包括：
1）获取调节阀的指令x0；
2）将调节阀的指令x0代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值Y0，所述直线方程包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系；
3）将调节阀控制量的值Y0代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令x0 ’，将求得的指令x0 ’作为调节阀的修正指令，所述调节特性曲线包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系；
步骤2）之前还包括下述预处理的步骤：
S1）根据调节阀的指令及其对应的调节阀控制量获取调节阀的调节特性曲线；
S2）根据调节特性曲线拟合得到调节特性曲线的函数表达式；
S3）选取调节特性曲线中的实际调节起点和实际调节终点，求取由实际调节起点、实际调节终点两点确定的直线方程，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程；步骤S3）的详细步骤包括：将拟合得到调节特性曲线的函数表达式y=a0+a1x+a2x2+……+anxn对x求导，随后求取导数值等于临界变化率所对应的x的取值[x1,x2,……xn]，其中n≥2，临界变化率的取值为0~0.3之间，将[x1, x2,……xn]中最接近0%的值作为实际调节起点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节起点，将[x1, x2,……xn]中最接近100%的点作为实际调节终点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节终点，以实际调节起点和实际调节终点求得直线方程Y=Ax+B，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程Y=Ax+B。
2.根据权利要求1所述的火电机组调节阀调节特性线性化处理方法，其特征在于，步骤S1）的详细步骤包括：获得调节阀开度100%时对应调节阀控制量的值，并将该值作为标幺基准值；分别获得调节阀开度0%~100%时对应调节阀控制量的值，将得到的各个值除以标幺基准值后乘以100%，并将得到的值作为调节阀控制量的标幺值；以调节阀指令0%~100%为横坐标、各指令对应的调节阀控制量的标幺值为纵坐标绘制曲线，得到包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系的调节特性曲线。
3.根据权利要求1所述的火电机组调节阀调节特性线性化处理方法，其特征在于，步骤S2）中拟合得到调节特性曲线的函数表达式如下式所示：
y=a0+a1x+a2x2+……+anxn
上式中，x为调节阀的指令，Y为调节阀控制量，其中n为该函数表达式中的多项式项数，a0, a1……, an分别为拟合系数。
4.根据权利要求1所述的火电机组调节阀调节特性线性化处理方法，其特征在于，步骤3）中将指令x0 ’作为调节阀的修正指令时，还包括将步骤S3）中确定的实际调节起点对应的指令设置为调节下限、实际调节终点对应的指令设置为调节上限的步骤。
5.一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，其特征在于包括：
指令输入程序单元，用于获取调节阀的指令x0；
线性变换程序单元，用于将调节阀的指令x0代入预设的直线方程求得线性特性下的调节阀控制量的值Y0，所述直线方程包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系；
指令修正程序单元，用于将调节阀控制量的值Y0代入预设的调节特性曲线的函数表达式求得指令x0 ’，将求得的指令x0 ’作为调节阀的修正指令，所述调节特性曲线包含调节阀的指令、调节阀控制量之间的映射关系
还包括执行下述预处理的步骤的程序单元：
S1）根据调节阀的指令及其对应的调节阀控制量获取调节阀的调节特性曲线；
S2）根据调节特性曲线拟合得到调节特性曲线的函数表达式；
S3）选取调节特性曲线中的实际调节起点和实际调节终点，求取由实际调节起点、实际调节终点两点确定的直线方程，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程；步骤S3）的详细步骤包括：将拟合得到调节特性曲线的函数表达式y=a0+a1x+a2x2+……+anxn对x求导，随后求取导数值等于临界变化率所对应的x的取值[x1,x2,……xn]，其中n≥2，临界变化率的取值为0~0.3之间，将[x1, x2,……xn]中最接近0%的值作为实际调节起点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节起点，将[x1, x2,……xn]中最接近100%的点作为实际调节终点指令，并将该指令对应的调节特性曲线上的点作为实际调节终点，以实际调节起点和实际调节终点求得直线方程Y=Ax+B，从而得到包含了调节阀的指令、调节阀控制量之间的线性关系的直线方程Y=Ax+B。
6.一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的步骤。
7.一种火电机组调节阀调节特性线性化处理系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的计算机程序。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述火电机组调节阀调节特性线性化处理方法的计算机程序。
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