CN111735319A

CN111735319A - 火电机组空冷系统的控制方法、系统、设备及可读存储介质

Info

Publication number: CN111735319A
Application number: CN202010605864.1A
Authority: CN
Inventors: 邬峰; 刘新龙; 申景军; 赵小晶; 姜洪林; 孟晓伟; 鲁齐; 许和明; 郝备战
Original assignee: Northwest Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group
Current assignee: Northwest Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2040-06-29
Also published as: CN111735319B

Abstract

本发明公开的一种火电机组空冷系统的控制方法、系统、设备及可读存储介质，在同一时间中仅对一个百叶窗进行开度调节，大大降低了执行机构的动作同时率，降低了执行机构供电回路负荷；其次，在相同的阀位总需求量变化下，对于单个百叶窗开度变化量远大于传统的控制方法，再次，通过确定最小开度和最大开度，保证扇区百叶窗调节过程中，各个百叶窗之间的开度不会差别过大，避免了扇区散热不均匀的问题。另外，该方法对当前的运行工况进行综合判断，使扇区内的各个百叶窗执行机构不再是同步动作，而是分步逐个动作，不仅能避免执行机构的死区对调节品质的影响，同时大大降低了空冷系统执行机构的动作同时率，降低了执行机构配电系统的工程造价。

Description

火电机组空冷系统的控制方法、系统、设备及可读存储介质

技术领域

本发明属于汽轮机发电技术领域，涉及一种火电机组空冷系统的控制方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术

目前间接空冷系统冷各电动百叶窗执行机构的控制策略，主要是根据间冷出口循环水出水温度计算出当前间冷系统需要的总冷却量。之后根据已投入运行的百叶窗数量进行分配，得出各百叶窗需要满足的开度，常规的控制策略，如图5所示。

同时，机组正常运行过程中，随着机组负荷及外部条件的变化而导致总冷却量发生变化时，所有百叶窗将会同时动作，这种控制方式思路明确，策略清晰，但是在实际工程应用中，由于百叶窗执行机构本身较大的死区，当冷却总量变化不大时，平均到每台百叶窗执行机构上的变化量不足以超过死区，导致总体的调节品质并不理想。同时，从整个间冷执行机构的供电角度来说，各个百叶窗同时动作使得间冷系统执行机构的动作同时率必须取一个较高的数值，即取一个较为保守的总供电负荷，防止执行机构同时动作时供电空开跳闸，增大了空冷配电系统的整体投资。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种火电机组空冷系统的控制方法、系统、设备及可读存储介质，该方法对当前的运行工况进行综合判断，使扇区内的各个百叶窗执行机构不再是同步动作，而是分步逐个动作，不仅能避免执行机构的死区对调节品质的影响，同时大大降低了空冷系统执行机构的动作同时率，降低了执行机构配电系统的工程造价。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种火电机组空冷系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、获取机组背压信号以及间冷循环水出水温度设定值和反馈值，确定该扇区百叶窗阀位总需求值；

S2、根据百叶窗阀位总需求值及扇区内所有百叶窗位置反馈值，确定百叶窗的开关指令；

S3、根据扇区内所有百叶窗状态信号以及百叶窗位置反馈值，得到扇区内所有处于自动状态的百叶窗最小开度；

S4、根据百叶窗最小开度确定需要动作的百叶窗，根据百叶窗的开关指令对需要动作的百叶窗输出阀位指令，根据阀位指令控制需要动作的百叶窗的开度。

优选的，将步骤S1中对机组背压信号进行滤波处理，然后将滤波后的背压信号转化为背压波动对应的百叶窗总阀位变化值；

将百叶窗总阀位变化值，以及间冷循环水出水温度和间冷循环水出水温度设定值求和运算，得到百叶窗阀位总需求值。

优选的，步骤S2中得到百叶窗的开关指令的具体方法如下：

步骤S2.1，将扇区内所有百叶窗阀位反馈值进行求和，得到扇区内所有百叶窗总开度；

步骤S2.2，将百叶窗总开度和百叶窗阀位总需求值相互求差，得到百叶窗阀位总需求和实际总阀位的负向偏差和正向偏差；

步骤S2.3，将负向偏差和正向偏差分别与预设值进行高值判断，得到百叶窗开关指令。

优选的，步骤S3中得到自动状态的百叶窗最小开度的方法如下：

根据扇区内所有百叶窗状态信号，确定所有自动状态的百叶窗的实际阀位值；

将自动状态的百叶窗的实际阀位值进行比较，确定自动状态的百叶窗最小开度。

优选的，步骤S4中得到百叶窗的阀位指令的具体方法如下：

根据百叶窗的开关指令，将所有自动状态百叶窗的实际阀位值分别与百叶窗最小开度或最大开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令，控制其打开或关闭。

优选的，当百叶窗的开关指令为打开时，将自动状态百叶窗的实际阀位值与百叶窗最小开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令；

实时更新差值最小的百叶窗，并对其输出阀位指令，直至机组温度达到预设温度。

优选的，当百叶窗的开关指令为关闭时，将自动状态百叶窗的实际阀位值与百叶窗最大开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令；

一种火电机组空冷系统的控制方法的系统，包括阀位需求模块、百叶窗动作判断模块、开度选择模块和阀门驱动模块；

阀位需求模块，根据机组背压信号以及间冷循环水出水温度设定值和反馈值，确定该扇区百叶窗阀位总需求值，并发送给百叶窗动作判断模块；

百叶窗动作判断模块，根据接收的百叶窗阀位总需求值，并结合扇区内所有百叶窗位置反馈值，确定百叶窗的开关指令，并发送给阀门驱动模块；

开度选择模块，根据扇区内所有百叶窗状态信号以及百叶窗位置反馈值，确定扇区内所有处于自动状态的百叶窗最小开度和最大开度，并发送给阀门驱动模块；

阀门驱动模块，根据接收百叶窗最小开度和最大开度确定需要动作的百叶窗，并根据百叶窗的开关指令对需要动作的百叶窗输出阀位指令。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如火电机组空冷系统的控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现火电机组空冷系统的控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种火电机组空冷系统的控制方法，通过分步动作的形式实现整个扇区内百叶窗的动作，在机组运行工况的变化过程中，百叶窗执行机构由常规的同时动作改进为依次动作，降低了百叶窗执行机构动作的同时率，间接降低了扇区执行机构供电回路的造价；同时，由于在同一时间内仅有单个百叶窗处于动作状态，因此对于任一百叶窗，其在调节过程中的动作幅度都远大于常规控制方式，因此，充分发挥了百叶窗执行机构的调节功能，减小了执行机构死区对调节的影响，增强了调节品质。

附图说明

图1为本发明实施例提供的间冷扇区百叶窗控制方法整体结构图；

图2为控制方法中的动作方向判断子模块结构图；

图3为控制方法中的最小开度判断子模块结构图；

图4为控制方法中的阀门驱动子模块结构图；

图5为现有百叶窗控制方法结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1-5，一种火电机组空冷系统的控制方法，包括以下步骤；

S1、获取机组背压信号以及间冷循环水出水温度设定值和反馈值，确定该扇区百叶窗阀位总需求值。

具体的，对机组背压信号进行滤波处理，然后将滤波后的背压信号转化为背压波动对应的百叶窗总阀位变化值；

S2、根据百叶窗阀位总需求值及扇区内所有百叶窗位置反馈值，确定百叶窗的开关指令。

具体包括以下步骤：

步骤S2.2，将百叶窗总开度和百叶窗阀位总需求值相互求差，得到百叶窗阀位总需求和实际总阀位的负向偏差和正向偏差，

具体的，根据扇区内所有百叶窗状态信号，确定所有自动状态的百叶窗的实际阀位值；

将自动状态的百叶窗的实际阀位值进行比较，确定自动状态的百叶窗最小开度和最大开度。

最大开度为百叶窗的完全打开状态，即100％开度。

例如，当百叶窗的开关指令为打开时，将自动状态百叶窗的实际阀位值与百叶窗最小开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令；

实时更新差值最小的百叶窗，并对其输出阀位指令，直至机组温度达到预设温度。也就是说，差值最小的百叶窗不是一个固定的百叶窗，而是根据差值变化，在当前差值最小的百叶窗打开的过程中，其开度变大，使其不再是差值最小的百叶窗，通过实时求差运算，得到新的差值最小百叶窗，则对其新的百叶窗进行控制，增加其开度。

当百叶窗的开关指令为关闭时，将自动状态百叶窗的实际阀位值与百叶窗最大开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令；

本发明提供的一种火电机组空冷系统的控制方法，在同一时间中仅对一个百叶窗进行开度调节，大大降低了执行机构的动作同时率，降低了执行机构供电回路负荷；其次，在相同的阀位总需求量变化下，对于单个百叶窗开度变化量远大于传统的控制方法，再次，通过确定最小开度和最大开度，保证扇区百叶窗调节过程中，各个百叶窗之间的开度不会差别过大，避免了扇区散热不均匀的问题。另外，该方法对当前的运行工况进行综合判断，使扇区内的各个百叶窗执行机构不再是同步动作，而是分步逐个动作，不仅能避免执行机构的死区对调节品质的影响，同时大大降低了空冷系统执行机构的动作同时率，降低了执行机构配电系统的工程造价。

一种火电机组空冷系统的控制系统，包括阀位需求模块、百叶窗动作判断模块、开度选择模块和阀门驱动模块。

阀位需求模块，根据机组背压信号以及间冷循环水出水温度设定值和反馈值，确定该扇区百叶窗阀位总需求值，并发送给百叶窗动作判断模块。

参与图1，阀位需求模块包括PID控制器和求和运算模块。

获取机组背压信号后，首先通过对其进行滤波处理，并通过第一折算函数转化为背压波动对应的百叶窗总阀位变化值，将百叶窗总阀位变化值，以及间冷循环水出水温度和间冷循环水出水温度的设定值经过求和运算模块运算，得到百叶窗阀位总需求值。

第一折算函数为不同机组背压与扇区百叶窗总开度之间的对应关系，在调试过程中通过试验获得。

参阅图2，百叶窗动作判断模块包括求和模块、第一减法模块、第二减法模块、第一高值判断模块和第二高值判断模块。

百叶窗阀位总需求值作为第一减法模块的负端输入及第二减法模块的正端输入；第一减法模块和第二减法模块的输出分别为当前时刻百叶窗阀位总需求和实际总阀位的负向偏差和正向偏差。

第一减法模块的输出与定值进行高值判断，阀位负向偏差大于定值时，第一高值判断输出数字量1，否则输出数字量0，高值判断1的输出为百叶窗关指令。

百叶窗开指令的获取方式与关指令类似，第二减法模块的输出与定值进行高值判断，阀位负向偏差大于定值时，第二高值判断输出数字量1，否则输出数字量0，第二高值判断的输出为百叶窗开指令。

参阅图3，将扇区内所有百叶窗手自动信号及位置反馈值送入开度选择模块，开度选择模块包括第一切换模块、第一最小值模块、逻辑相等判断模块和N+1切换模块和第二最小值模块。

将#1百叶窗阀位反馈值输入第一切换模块的Y端，将定值输入第一切换模块的N端，#1百叶窗手自动状态输入切换模块选择端；

当#1百叶窗处于手动状态时，第一切换模块输出0，否则输出为#1百叶窗实际阀位值，第一切换模块的输出为第一最小值模块的第一路输入，#2～#N百叶窗的处理方式与#1百叶窗相同，#1～#N切换模块的输出经过第二最小值模块判断以后，得到所有处于自动状态的百叶窗的最小阀位。

以#1百叶窗为例，最小值模块1的输出作为逻辑相等判断1的第一路输入，切换模块1的输出作为第二路输入，逻辑相等1的输出作为切换模块N+1的选择端，当切换模块1的输出等于所有阀位的最小值时，切换模块N+1输出为百叶窗编号，否则为0，#2～#N百叶窗的判断方式与#1百叶窗类似，得到切换模块N+2～2N的输出，切换模块N+1～2N的输出作为最小值模块2的输入，得到扇区内所有百叶窗最小开度阀门编号，最大开度阀门编号判断方式与最小开度阀门编号的判断方式类似。

参阅图4，将最大/最小开度阀门编号、阀门开指令、阀门关指令送入阀门驱动模块，阀门驱动模块包括逻辑相等判断模块、逻辑与运输模块、RS触发器、延时闭合模块、单脉冲发送模块、逻辑或运算模块和加法运算模块。

将最大开度阀门编号作为逻辑相等判断的第一路输入，当前阀门编号作为第二路输入，若当前阀门编号等于最大开度阀门编号时，逻辑相等判断输出1，否则输出0。

将#1百叶窗处于自动状态作为逻辑与运算的第一路输入，逻辑相等判断的输出作为第二路输入，百叶窗打开指令作为第三路输入，当三路输入均为1时，逻辑与运算输出1，否则输出0。

逻辑与运算的输出作为RS触发器置位端的输入，RS触发器的输出作为延时闭合模块的输入，当RS触发器的输出端为1时，延时闭合模块的输出经过一定时间(由定值2确定)后由0变为1，若在这个过程中RS触发器的输出端由1变为0，则延时模块累积时间清零，重新进行计时，延时闭合模块的输出作为RS触发器的复位端。

RS触发器的输出端同时作为单脉冲发生模块的输入，当单脉冲模块的输入端检测到RS触发器输出值的上升沿时，发出一个宽度为定值1的开阀脉冲，用类似的方法生成关阀脉冲，开阀脉冲作为逻辑或运算的第一路输入，关阀脉冲作为第二路输入，当逻辑或运算的任一输入为1时，模块输出1，否则输出0，逻辑或运算的输出作为切换2的选择输入，当切换2的选择输入为0时，切换2的输出与输入相连，形成自保持状态，当切换2的选择输入为1时，切换2的输入为切换1的输出。切换1的Y端输入为百叶窗开度指令减去定值3，切换1的N端输入为百叶窗开度指令加上定值3，切换1的选择端为百叶窗关指令，当关指令为1时，切换1的输出为减法模块的输出，否则为加法模块的输出。切换2的输出端作为#1百叶窗开度设定值。

进一步，所述的定值1为阀门动作指令脉冲时长，该时长的设置应考虑控制系统的采样周期，该值应由调试时通过试验确定，根据理论分析，若控制系统采样时间间隔为T，该时长应设置为T～2T之间的数值，保证该脉冲可以被控制系统采集到，但仅在一个扫描周期内触发。

定值2为阀门动作步长，该值应由调试时通过试验确定，但应确保该值大于百叶窗执行机构的动作死区；通过执行机构动作步长的设置，可以使执行机构在动作时每步的动作幅度均大于执行机构死区，以上两方面共同作用可以避免死区对调节效果的影响。

定值3为延时闭合模块延迟时间，该值应由调试时通过试验确定，具体的获取方式为，对百叶窗执行机构开度指令给予一个幅度为定值2的阶跃，测试其从动作到停止所需要的时间，多次试验后取平均值。

定值4为百叶窗执行机构动作门限，由调试时通过试验确定；定值5用于最小开度判断时，应为100，用于最大开度判断时，应为0。

进一步，所述的阀门编号为，将一个扇区内的百叶窗执行机构按照其物理位置，依次编为1至N号，N为该扇区内百叶窗的总数。

本发明公开一种火电机组空冷系统的控制系统，包括阀位需求模块、动作方向判断模块、百叶窗动作判断模块、开度选择模块以及阀门驱动模块，通过在扇区百叶窗调节过程中依次开启或关闭的方式，对百叶窗执行机构进行控制。解决了传统百叶窗控制方法中由于百叶窗同步动作所导致的执行机构同时率高、供电容量较大且在调节过程中易受到执行机构死区影响而导致调节效果不理想的问题，通过步长的设置既保证了百叶窗在动作时能够避免死区的影响，又保证了各个百叶窗执行机构之间的开度不会差距过大，从控制策略的角度在增加调节品质的同时降低了建造及维护成本。

本发明实例提供的火电机组空冷系统的控制系统，比较适合于采用间接空冷进行冷却的大型火电机组，且能通过不同公司设计生产的DCS控制系统组态实现；为了便于实现，实例中所述的百叶窗执行机构位置反馈值、手自动信号、冷却水出水温度等信号均来自于火力发电机组DCS控制系统。

本发明火电机组空冷系统的控制方法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，本发明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。本发明火电机组空冷系统的控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于该计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述火电机组空冷系统的控制方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，将步骤S1中对机组背压信号进行滤波处理，然后将滤波后的背压信号转化为背压波动对应的百叶窗总阀位变化值；

3.根据权利要求1所述火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，步骤S2中得到百叶窗的开关指令的具体方法如下：

4.根据权利要求1所述火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，步骤S3中得到自动状态的百叶窗最小开度的方法如下：

5.根据权利要求1所述火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，步骤S4中得到百叶窗的阀位指令的具体方法如下：

6.根据权利要求5所述火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，当百叶窗的开关指令为打开时，将自动状态百叶窗的实际阀位值与百叶窗最小开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令；

7.根据权利要求5所述火电机组空冷系统的控制方法，其特征在于，当百叶窗的开关指令为关闭时，将自动状态百叶窗的实际阀位值与百叶窗最大开度求差，对差值最小的百叶窗输出阀位指令；

8.一种根据权利要求1-7任一项所述火电机组空冷系统的控制方法的系统，其特征在于，包括阀位需求模块、百叶窗动作判断模块、开度选择模块和阀门驱动模块；

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述火电机组空冷系统的控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述火电机组空冷系统的控制方法的步骤。