CN111911908A - 用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构及方法 - Google Patents

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CN111911908A CN202010554704.9A CN202010554704A CN111911908A CN 111911908 A CN111911908 A CN 111911908A CN 202010554704 A CN202010554704 A CN 202010554704A CN 111911908 A CN111911908 A CN 111911908A
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曹越
陈祎璠
任少君
司风琪
丁衡
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Southeast University
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00—Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • F22D5/26—Automatic feed-control systems
    • F22D5/34—Applications of valves

Abstract

本发明公开了用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构，包括比较器、模糊控制器、气动执行机构、阀门、高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)、水位传感器。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：将模糊控制方法与PID控制器相结合，可以不断改变PID控制参数，实时选用最优的PID控制参数对高压加热器水位进行控制。解决了在机组灵活调峰时水位会产生剧烈的波动的问题，有利于高压加热器持续稳定安全的工作，提高了机组运行的稳定性和经济效益。

Description

用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构及方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及的是一种用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构及方法。
背景技术
目前，国内机组通常采用DCS对高压加热器水位加以控制，对阀门的开度进行调节。通常对水位采用PID控制，其主要问题在于由于在高压系统产生扰动时，水位会产生剧烈的波动而无法达到稳定状态，在这种情况下，就只能通过人工手动控制的方法来使水位达到水位设定值。近年来，随着电厂灵活调峰进展的越来越深入，机组负荷快速变化，高压加热器中易出现频繁的扰动，由此会产生阀门开度信号输出的延迟、水位调节不稳定等情况。
模糊PID控制器由于具有可以实时改变控制参数的能力，在灵活调峰时的不同工况下可以自动选择最佳的控制参数，与PID控制器相比，控制速率更快，稳定性更强，且几乎没有超调，因此更适合在机组灵活调峰下的高压加热器水位控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制方法。该控制方法能大大提高灵活调峰时高压加热器水位的控制效果，达到提高机组稳定性与经济性的目的。
技术方案
为解决灵活调峰下高压加热器水位难以有效控制上存在的技术问题，本发明采用的技术方案是：
用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构，包括比较器、模糊控制器、气动执行机构、阀门、高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)、水位传感器。其中，所述的模糊控制器包括知识库、模糊控制规则、回热系统PID控制参数ΔKp、ΔKi、ΔKd。所述的模糊控制器与气动执行机构单向连接，气动执行机构和阀门单向连接，阀门和高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)单向连接。
用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构的控制方法，具体步骤为：
步骤一，当机组灵活调峰高压加热器工况变化产生扰动时，水位传感器采集到当前的水位实际值yi，并将此时刻的水位高度实际值yi传递到比较器中。
步骤二，比较器将当前水位高度实际值yi与高压加热器水位设定值r做差和求导，得到水位偏差值e和水位变化率ec，并将其传输到模糊控制器。
当前时刻的水位偏差值e和水位变化率ec的计算式如下：
e＝r-yi
ec＝(yi-yi-1)/T
其中，yi-1为上一时刻水位实际值，T为水位采样时间。
步骤三，模糊控制器接收到水位偏差值e和水位变化率ec后，对其进行模糊化处理，模糊集的模糊变量为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，根据模糊控制规则，确定三个输出变量Kp、Ki、Kd，并对三个输出变量进行去模糊化处理，并与回热系统PID控制参数ΔKp、ΔKi、ΔKd相叠加，得到新的模糊PID控制参数。
作为本发明的进一步改进，高压加热器水位的模糊控制规则从知识库中获取，总体应遵循以下原则：
(a)为使系统的跟踪性能良好，当|e|较大时，应选择的较大的Kp和较小的Kd，如果此时Ki取零值，则可以在一定程度上避免较大超调的出现。
(b)当|e|中等大小时，系统对Kd大小的反应比较灵敏，因此若要使系统的超调比较小，应选取小的Kp、Kd以及适当的ΔKi。
(c)为使系统的稳定性良好，当|e|较小时，则应该选取大的Kp和Ki。当|ec|的值比较大时，Kd应适当取小值；当|ec|较小时，Kd的取值应较大，从而避免震荡的发生。
有益效果
1、本发明采用模糊语言进行灵活调峰下的高压加热器水位的控制，可以模仿专家控制行为，采用语言方法，不需要知道控制对象的精确数学模型，操作人员易于采用人的自然语言进行热机界面联系，操作更加方便；
2、本发明采用模糊控制器对高压加热器水位进行控制，对于机组负荷不断变化的情况，模糊控制器可以不断改变PID控制参数，实时选用最优的PID控制参数对高压加热器水位进行控制。对于环境不断变化的工况有较强的适应能力，解决了灵活调峰下工况实时变动的问题，容错性强；
3、本发明将模糊控制方法与PID控制方法结合起来，具有较高的鲁棒性，大幅提高了系统的稳定性，对高压加热器时滞和虚假水位问题具有较好的控制效果。
附图说明
图1为高压加热器水位模糊控制方法原理图。
图2为模糊控制器运行逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施做进一步的描述。
图1为用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制方法涉及的模糊控制方法原理图。由图可见，本发明高压加热器控制方法涉及的水位控制系统包括比较器、模糊控制器、气动执行机构、阀门、高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)、水位传感器。其中，所述的模糊控制器包括知识库、模糊控制规则、回热系统PID控制参数ΔKp、ΔKi、ΔKd。所述的模糊控制器与气动执行机构单向连接，气动执行机构和阀门单向连接，阀门和高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)单向连接。
步骤一，当机组灵活调峰高压加热器工况变化产生扰动时，水位传感器采集到当前的水位实际值yi，并将此时刻的水位高度实际值yi传递到比较器中。
步骤二，比较器将当前水位高度实际值yi与高压加热器水位设定值r做差和求导，得到水位偏差值e和水位变化率ec，并将其传输到如图2所示的模糊控制器，
当前时刻的水位偏差值e和水位变化率ec的计算式如下：
e＝r-yi
ec＝(yi-yi-1)/T
其中，yi-1为上一时刻水位实际值，T为水位采样时间。
步骤三，糊控制器接收到水位偏差值e和水位变化率ec后，对其进行模糊化处理，模糊集的模糊变量为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，根据模糊控制规则，确定三个输出变量Kp、Ki、Kd，并对三个输出变量进行去模糊化处理，并与回热系统PID控制参数ΔKp、ΔKi、ΔKd相叠加，得到新的模糊PID控制参数。
步骤四，模糊PID控制器输出电流信号，传输至气动执行机构进行电气转化，将电流信号转换为气压信号，改变疏水阀门的开度，从而控制高压加热器水位。
本发明中，高压加热器水位的模糊控制规则从知识库中获取，总体应遵循以下原则：
(a)为使系统的跟踪性能良好，当|e|较大时，应选择的较大的Kp和较小的Kd，如果此时Ki取零值，则可以在一定程度上避免较大超调的出现。
(b)当|e|中等大小时，系统对Kd大小的反应比较灵敏，因此若要使系统的超调比较小，应选取小的Kp、Kd以及适当的ΔKi。
(c)为使系统的稳定性良好，当|e|较小时，则应该选取大的Kp和Ki。当|ec|的值比较大时，Kd应适当取小值；当|ec|较小时，Kd的取值应较大，从而避免震荡的发生。
本发明涉及的一种用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制方法，将模糊控制方法与PID控制器相结合，对灵活调峰下高压加热器水位进行实时控制。解决了在机组灵活调峰时水位会产生剧烈的波动而无法达到稳定状态的问题，有利于高压加热器持续稳定安全的工作，提高了机组运行的稳定性和经济效益。

Claims (3)

1.用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构，其特征在于，包括比较器、模糊控制器、气动执行机构、阀门、高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)、水位传感器；所述模糊控制器包括知识库、模糊控制规则、回热系统PID控制参数ΔKp、ΔKi、ΔKd；所述模糊控制器与气动执行机构单向连接，气动执行机构和阀门单向连接，阀门和高压加热器水位与疏水阀门之间的传递函数G(s)单向连接。
2.根据权利要求1所述的用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构的控制方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一，当机组灵活调峰高压加热器工况变化产生扰动时，水位传感器采集到当前的水位实际值yi，并将此时刻的水位高度实际值yi传递到比较器中；
步骤二，比较器将当前水位高度实际值yi与高压加热器水位设定值r做差和求导，得到水位偏差值e和水位变化率ec，并将其传输到模糊控制器；
当前时刻的水位偏差值e和水位变化率ec的计算式如下：
e＝r-yi
ec＝(yi-yi-1)/T
其中，yi-1为上一时刻水位实际值，T为水位采样时间；
步骤三，模糊控制器接收到水位偏差值e和水位变化率ec后，对其进行模糊化处理，模糊集的模糊变量为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，根据模糊控制规则，确定三个输出变量Kp、Ki、Kd，并对三个输出变量进行去模糊化处理，并与回热系统PID控制参数ΔKp、ΔKi、ΔKd相叠加，得到新的模糊PID控制参数。
3.根据权利要求1所述的用于机组灵活调峰的高压加热器水位模糊控制机构，其特征在于，高压加热器水位的模糊控制规则从知识库中获取，遵循以下原则：
(a)当|e|较大时，选择较大的Kp和较小的Kd；
(b)当|e|中等大小时，选取小的Kp、Kd以及适当的ΔKi；
(c)当|e|较小时，则选取大的Kp和Ki，当|ec|的值比较大时，Kd取小值；当|ec|较小时，Kd的取值较大。
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