CN112160802B - 低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述方法依据低压缸的进汽温度、进汽压力、排汽压力三个信号将汽轮机低压缸运行状态细分为多个工况区，并记录每一个工况区内稳态运行工况下最优的低压缸次末级蒸汽温度和其对应的低压缸进汽流量，作为此工况区的典型样本；当机组实际运行工况处于某一工况区内时，如果低压缸次末级蒸汽温度典型样本值与低压缸次末级蒸汽温度的差值超过设定值，则控制低压缸旁路进汽流量向低压缸旁路进汽流量典型样本值方向移动。本发明根据各工况区的典型样本值来调节旁路进汽调阀的开度，能消除低压缸进汽温度、进汽压力、排气压力变化的扰动，将低压缸次末级蒸汽温度控制在安全范围内，保证汽轮机安全运行。

Description

低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机低压缸旁路进汽调阀的控制方法，可提高供热机组运行灵活性，属于热力发电技术领域。

背景技术

以风电、光伏为代表的可再生能源发电具有本质上的间歇性和随机性的特点，规模化并网后会对电网造成很大扰动，需要电网配置大量的灵活可调的发电电源进行逆向负荷补偿。在北方地区，绝大部分火电机组为供热机组，冬季工作在“以热定电”方式下，为提高供热负荷必须增加发电负荷，与可再生能源争夺发电负荷的矛盾十分突出，由此造成严重的“弃风、弃光”现象。我国火电机组将逐步承担电网灵活调峰的任务，为可再生能源发电提供容量支撑。供热机组汽轮机低压缸零出力运行，能够在保证供热负荷不变甚至增加的前提下，大幅降低其发电负荷，拓宽了发电负荷调节范围，提高了机组运行灵活性。

“以热定电”是由供热机组汽轮机结构和运行特性决定的。蒸汽进入汽轮机后，先在高压缸和中压缸内做功，中压缸排汽分成两部分，一部分进入低压缸内继续做功，另一部分被抽出提供供热热源。理论上，可以通过灵活分配中压缸排汽流量，增加供热负荷并减小发电负荷。但实际上，汽轮机低压缸存在最小通流量的限制，当低压缸进汽流量小于最小通流量时，会出现“鼓风”现象，危及汽轮机运行安全。

造成“鼓风”现象的原因是：在正常情况下，具有一定温度和压力的蒸汽在汽轮机低压缸内逐级膨胀做功，逐级将内能转化为机械能推动汽轮机叶片转动，同时温度压力也不断下降，最后成为乏汽排出，乏汽温度一般在30～60℃之间。但是，当汽轮机低压缸进汽流量很小时，蒸汽进入缸内后先要预膨胀以填充流通的空间，因此在前几级内很快就完成膨胀做功变成乏汽，乏汽继续流入低压缸后几级，反而需要在汽轮机叶片带动下被推出汽轮机。此时蒸汽在低压缸后几级内实际上在做“负功”，由于压缩和摩擦效应，蒸汽的温度反而升高，即出现“鼓风”现象。由于低压缸次末级、末级动叶片长度大，高速转动时叶尖处线速度也大，推动蒸汽流动时的温升效应最为显著，蒸汽温度可达到120～150℃。当温度长时间超过允许值时，巨大的离心力和热应力会导致动叶片损坏，造成严重事故。所以，供热机组汽轮机运行时需要限制低压缸最小进汽流量。当低压缸进汽流量降至最小进汽流量限制值时，供热机组只能依靠增加整个汽轮机的进汽流量来增加供热抽汽流量，导致增加供热负荷必须增加发电负荷的情况，即“以热定电”。

在机组启停机过程中发现，汽轮机低压缸在微进汽流量工况下，存在一个鼓风和冷却的平衡区。一方面蒸汽成为乏汽后需要汽轮机动叶片带动下推出汽轮机造成动叶片温升；但另一方面蒸汽在前级膨胀做功后温度降低，低温蒸汽能够对叶片产生冷却作用。两者达到平衡时低压缸次末级、末级动叶片的温度在100～110℃之间，刚好能够满足汽轮机安全运行的要求。对于300MW级汽轮机，低压缸最小进汽流量在120～150t/h左右，而鼓风冷却平衡流量在10～25t/h之间，在此流量下低压缸不产生功率输出，因此这种运行方式也被称作低压缸零出力运行方式或低压缸切缸运行方式。

供热机组汽轮机中压缸-低压缸联通管道上安装低压缸进汽调节蝶阀，蝶阀尺寸巨大、调节特性很差。为了满足精确调整低压缸进汽流量的需求，机组深调峰改造时，在汽轮机中压缸和低压缸之间加装一个小管径的旁路联通管，在旁路联通管上安装低压缸旁路进汽调阀，如图1所示。低压缸零出力运行时，关闭低压缸进汽调节蝶阀，依靠低压缸旁路进汽调阀调整低压缸进汽流量。

低压缸零出力运行方式接近设备安全极限，精确调整低压缸进汽流量对机组安全运行非常重要。低压缸进汽流量偏大时，“鼓风”起主导作用导致次末级、末级动叶片温升；进汽流量偏小时，冷却不足起主导作用也会导致动叶片温升。鼓风冷却平衡流量的大小受低压缸进汽压力、低压缸进汽温度、汽轮机排汽压力影响并非一固定值，机组运行工况变化时调节难度非常大。

现场安装测量低压缸次末级、末级蒸汽温度的测点，能够间接监测次末级、末级动叶片温度。对于低压缸末级，可以采用低压缸喷水的方式降低其蒸汽温度，因此监测次末级蒸汽温度更为重要。现场也通过调节低压缸旁路进汽流量，调整低压缸次末级蒸汽温度。不同于一般被控对象，低压缸进汽流量变化与次末级蒸汽温度变化之间的增益随运行工况不同，不但大小可变，甚至连正负也可变。对于常规控制系统，对象增益正负发生变化时，控制方向会由负反馈控制变为正反馈，控制器会向错误的调节方向持续动作。因此供热机组低压缸零出力运行方式下，低压缸旁路进汽调阀开度难以用传统方法进行控制，必须研究新的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，以提高供热机组运行灵活性，将汽轮机低压缸次末级蒸汽温度控制在安全范围内，防止出现“鼓风”现象，确保汽轮机安全运行。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述方法依据低压缸的进汽温度、进汽压力、排汽压力三个信号将汽轮机低压缸运行状态细分为多个工况区，并记录每一个工况区内稳态运行工况下最优的低压缸次末级蒸汽温度和其对应的低压缸进汽流量，作为此工况区的典型样本；当机组实际运行工况处于某一工况区内时，如果低压缸次末级蒸汽温度典型样本值与低压缸次末级蒸汽温度的差值超过设定值，则控制低压缸旁路进汽流量向低压缸旁路进汽流量典型样本值方向移动。

上述低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，当机组进入稳态工况时，将当前低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值与此稳态工况区下低压缸次末级蒸汽温度典型样本值进行比较，如果低压缸次末级蒸汽温度典型样本值与当前低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值的差超过设定的阈值，则用当前低压缸次末级蒸汽温度和低压缸进汽流量的稳态工况值替换掉原低压缸次末级蒸汽温度典型样本值，从而实现典型样本值的优化更新。

上述低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，将汽轮机低压缸运行状态细分为多个工况区的具体方法如下：

设置低压缸进汽温度分区编号函数y1＝f(x1)、低压缸进汽压力分区编号函数y2＝f(x2)和低压缸排汽压力分区编号函数y3＝f(x3)，其中：x1、x2、x3分别为低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力；y1、y2、y3分别为各自信号对应的分区编号函数的输出；各函数中自变量与因变量之间的关系如下：

当TLI0≤x1＜TLI1时，y1＝0；当TLI1≤x1＜TLI2时，y1＝1；当TLI2≤x1＜TLI3时，y1＝2；当TLI3≤x1≤TLI4时，y1＝3；其中：TLI0、TLI1、TLI2、TLI3、TLI4分别为低压缸进汽温度分区温度点，TLI0＜TLI1＜TLI2＜TLI3＜TLI4；

当PLI0≤x2＜PLI1时，y2＝0；当PLI1≤x2＜PLI2时，y2＝1；当PLI2≤x2＜PLI3时，y2＝2；当PLI3≤x2≤PLI4时，y2＝3；其中：PLI0、PLI1、PLI2、PLI3、PLI4分别为低压缸进汽压力分区压力点，PLI0＜PLI1＜PLI2＜PLI3＜PLI4；

当PLO0≤x3＜PLO1时，y3＝0；当PLO1≤x3＜PLO2时，y3＝1；当PLO2≤x3＜PLO3时，y3＝2；当PLO3≤x3≤PLO4时，y3＝3；其中：PLO0、PLO1、PLO2、PLO3、PLO4分别为低压缸排汽压力分区压力点，PLO0＜PLO1＜PLO2＜PLO3＜PLO4；

将低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力信号分别输入y1＝f(x1)、y2＝f(x2)和y3＝f(x3)，得到工况分区编号：

Yd＝y1+4×y2+16×y3

其中：Yd为工况分区编号。

上述低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述方法所采用的控制系统包括信号滤波保持、稳态工况分区、实时工况分区、典型样本库、低压缸进汽流量指令计算和低压缸进汽流量控制六部分，所述信号滤波保持部分对低压缸的进汽流量、次末级蒸汽温度、进汽温度、进汽压力、排汽压力五个信号进行滤波保持后，输出五个信号的稳态工况值和汽轮机非稳态运行状态信号；稳态工况分区部分和实时工况分区部分采用相同的编号原则分别依据低压缸进汽温度、进汽压力、排汽压力的稳态工况值和实时运行工况值对低压缸稳态运行工况和实时运行工况进行划分，得到稳态运行工况和实时运行工况的分区编号；典型样本库部分依据稳态运行工况分区编号、实时运行工况分区编号及低压缸进汽流量、次末级蒸汽温度稳态工况值和汽轮机非稳态运行状态信号，给出当前运行工况下低压缸进汽流量、次末级蒸汽温度的典型样本值；低压缸进汽流量指令计算部分依据低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度信号和典型样本库部分的输出信号，计算出低压缸进汽流量自动指令信号；低压缸进汽流量控制部分根据低压缸进汽流量和低压缸进汽流量自动指令信号，给出低压缸旁路进汽调阀开度指令信号。

上述低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述信号滤波保持部分包括或运算模块和五个结构相同的滤波保持单元，五个滤波保持单元分别接收低压缸的次末级蒸汽温度、进汽流量、进汽温度、进汽压力、排汽压力信号，并在汽轮机低压缸进入稳态运行工况时输出对应信号的稳态值。每个滤波保持单元包括两个惯性模块、第一求和模块、越限指示模块、关延时模块和信号选择模块，滤波保持单元的输入信号经过第一惯性模块滤波后得到一阶惯性滤波信号，一阶惯性滤波信号再经过第二惯性模块滤波后得到二阶惯性滤波信号；输入信号与一阶惯性滤波信号经过第一求和模块SUM1求差后，得到输入信号变化信号，越限指示模块H//L对输入信号变化信号的值进行检测，得到输入信号变化状态信号，关延时模块P-TD对输入信号变化状态信号进行抗干扰处理，并将得到的输入信号变化状态延时信号送入信号选择模块T的模式切换信号输入端，信号选择模块T的“N”输入端接二阶惯性滤波信号，“Y”输入端接输出端的输入信号稳态值；五个滤波保持单元中的关延时模块P-TD输出的输入信号变化状态延时信号分别接或运算模块OR的不同输入端，所述或运算模块OR的输出信号为汽轮机非稳态运行状态信号。

上述低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述低压缸进汽流量指令计算部分依据低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度信号和典型样本库部分的输出信号，计算低压缸进汽流量自动指令信号的具体方法为：

判断当前低压缸次末级蒸汽温度与其典型样本值之差是否超过设定值，如果未超过则保持低压缸进汽流量自动指令不变，如果超过则按下式更新低压缸进汽流量自动指令：

QLI_N＝0.5×QLI_O+0.5×QLI_YB

其中：QLI_N为新输出的低压缸进汽流量自动指令；QLI_O为前一执行周期的低压缸流量自动指令；QLI_YB为低压缸进汽流量典型样本值。

上述低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述低压缸进汽流量控制部分包括三个求和模块、偏置值设置模块BIAS、比例积分微分控制器模块PID和手/自动站模块M/A，低压缸进汽流量与低压缸进汽流量自动指令通过第二求和模块计算出的差值进入偏置值设置模块BIAS的T输入端，偏置值设置模块BIAS的输出信号和低压缸进汽流量自动指令由第三求和模块求得的和通过第四求和模块与低压缸进汽流量求差，第四求和模块输出的差值信号依次经比例积分微分控制器模块PID和手/自动站模块M/A处理，得到低压缸旁路进汽调阀开度指令，手/自动站模块M/A输出的手/自动转换信号接至偏置值设置模块BIAS和比例积分微分控制器模块PID的模式切换信号输入端，比例积分微分控制器模块PID的T输入端接低压缸旁路进汽调阀开度指令。

本发明根据各工况区的典型样本值来调节旁路进汽调阀的开度，能消除低压缸进汽温度、进汽压力、排气压力变化的扰动，将汽轮机低压缸次末级蒸汽温度控制在安全范围内，防止出现“鼓风”现象，保证汽轮机安全运行。

本方法具有自动寻优的功能，能够在长期运行过程中不断更新各种运行工况下的最佳运行值，将控制系统参数自动调整到最优值附近。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是汽轮机低压缸零出力运行系统结构示意图；

图2是控制系统中各个部分之间的信号连接关系示意图；

图3是信号滤波保持部分逻辑示意图；

图4是典型样本库更新逻辑执行流程；

图5是低压缸进汽流量控制部分的逻辑示意图。

图中各标号分别表示为：1、汽轮机中压缸，2、供热抽汽调节蝶阀，3、低压缸旁路进汽调节阀，4、低压缸进汽调节蝶阀，5、低压缸末级叶片，6、汽轮机低压缸，7、低压缸次末级叶片，S1～S5、第一滤波保持单元～第二滤波保持单元，LAG1、第一惯性模块，LAG2、第二惯性模块，SUM1～SUM4、第一求和模块～第四求和模块，H//L、越限指示模块，P-TD、关延时模块，T、信号选择模块，OR、或运算模块，BIAS、偏置值设置模块，PID为比例积分微分控制器模块。

具体实施方式

在供热机组低压缸零出力运行方式下，低压缸旁路进汽调阀开度与低压缸次末级蒸汽温度之间的增益，受低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力的影响，大小和正负不确定，难以用传统方法控制。针对此问题，提出一种基于典型运行样本的低压缸旁路进汽调阀控制方法。该方法的控制系统由信号滤波保持、稳态工况分区、实时工况分区、典型样本库、低压缸进汽流量指令计算、低压缸进汽流量控制6部分构成。该方法依据低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力3个信号将汽轮机低压缸运行状态细分为64个工况区，典型样本库记录每一个工况区内稳态运行工况下最优的低压缸次末级蒸汽温度和其对应的低压缸进汽流量，作为此工况区的典型样本。当机组实际运行工况处于某一工况区内时，如果低压缸次末级蒸汽温度显著低于低压缸次末级蒸汽温度典型样本值，则控制低压缸旁路进汽流量向低压缸旁路进汽流量典型样本值方向移动。同时，当机组进入稳态工况时，控制系统对此稳态工况区下低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值和低压缸次末级蒸汽温度典型样本值进行比较，如果低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值显著低于低压缸次末级蒸汽温度典型样本值，则用当前低压缸次末级蒸汽温度和低压缸进汽流量的稳态工况值替换掉原典型样本，从而实现典型样本库的优化更新。控制系统中，低压缸进汽流量采用单回路PID(比例积分微分)控制，同时还具有旁路进汽流量偏置设置逻辑，自动方式下运行人员可以在控制系统输出的低压缸旁路进汽流量自动指令基础上，根据实际情况增/减一定量的流量偏置。该控制系统具有投运方便灵活、工作安全可靠的优点，并且能够自动更新典型样本库中各个工况最优的典型样本，保证控制效果随运行时间的延长而不断优化。

发明技术原理

本发明控制系统中各个部分之间的信号连接关系如图2所示。

信号滤波保持部分接收低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度、低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力5个信号，对其进行滤波保持后，输出低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度、低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力5个信号的稳态工况值和汽轮机非稳态运行状态信号。

稳态工况分区部分接收信号滤波保持部分输出的低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力3个信号的稳态工况值，依据3个信号数值的大小对汽轮机机低压缸稳态运行工况进行划分，输出汽轮机稳态运行工况分区编号。

实时工况分区部分接收机组低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力3个信号，依据3个信号数值的大小对汽轮机机实时运行工况值进行划分，输出汽轮机实时运行工况分区编号。编号的原则同稳态工况分区部分相一致。

典型样本库部分一方面接收稳态工况分区部分输出的稳态运行工况分区编号及信号滤波保持部分输出的低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值和汽轮机非稳态运行状态信号，用于更新典型样本库；另一方面接收实时工况分区部分输出的实时运行工况分区编号，输出当前运行工况下低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度的典型样本值。

低压缸进汽流量指令计算部分接收低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度信号和典型样本库部分输出的当前运行工况下低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度的典型样本值，输出低压缸进汽流量自动指令信号。

低压缸进汽流量控制部分接收低压缸进汽流量和低压缸进汽流量指令计算部分输出的低压缸进汽流量自动指令信号，输出低压缸旁路进汽调阀开度指令信号。

各个部分的结构功能介绍如下：

(1)信号滤波保持部分

信号滤波保持部分的逻辑功能如图3所示。其中：S1～S5为第一滤波保持单元～第五滤波保持单元，OR为或运算模块。每个滤波保持单元中，LAG1为第一惯性模块；LAG2为第二惯性模块；SUM1为第一求和模块；H//L为越限指示模块，当输入信号小于下限值或大于上限值时输出开关量“1”，当输入信号大于等于下限值且小于等于上限值时输出开关量“0”；P-TD为关延时模块，当输入信号由“0”变为“1”时立即输出开关量“1”，当输入信号由“1”变为“0”时经过设置的延时时间后输出才变为开关量“0”；T为信号选择模块，当选择输入端信号为开关量“1”时选择“Y”端输入信号作为输出，当选择输入信号为开关量“0”时选择“N”端输入信号作为输出。

信号滤波保持部分分别对低压缸次末级蒸汽温度、低压缸进汽流量、低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力5个信号进行滤波保持，只在汽轮机低压缸进入稳态运行工况时，才输出低压缸次末级蒸汽温度、低压缸进汽流量、低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力5个信号稳态工况值。每个信号的滤波保持逻辑结构均相同。以低压缸次末级蒸汽温度信号滤波保持逻辑为例进行说明。低压缸次末级蒸汽温度信号经过第一惯性模块LAG1滤波后得到低压缸次末级蒸汽温度一阶惯性滤波信号，再经过第二惯性模块LAG2滤波后得到低压缸次末级蒸汽温度二阶惯性滤波信号。低压缸次末级蒸汽温度信号与低压缸次末级蒸汽温度一阶惯性滤波信号经过第一求和模块SUM1求差后，得到低压缸次末级蒸汽温度变化信号。由越限指示模块H//L对低压缸次末级蒸汽温度变化信号的值进行检测，输出低压缸次末级蒸汽温度变化状态信号，当低压缸次末级蒸汽温度变化信号值超出高低限值范围时输出开关量“1”，代表低压缸次末级蒸汽温度信号处于变化状态中，否则输出开关量“0”，代表低压缸次末级蒸汽温度信号处于稳定状态中。由关延时模块P-TD模块对低压缸次末级蒸汽温度变化状态信号进行抗干扰处理，输出低压缸次末级蒸汽温度变化状态延时信号，当低压缸次末级蒸汽温度信号发生变化时立即输出“1”，当低压缸次末级蒸汽温度信号恢复稳定时延一段时间后才输出“0”。由信号选择模块T实现保持功能，低压缸次末级蒸汽温度二阶惯性滤波信号连接到“N”输入端，信号选择模块T的输出返回连接到“Y”输入端，当低压缸次末级蒸汽温度发生变化时，低压缸次末级蒸汽温度变化状态延时信号变为“1”，信号选择模块T的输出和输入相连信号保持当前值；当低压缸次末级蒸汽温度恢复稳定时，低压缸次末级蒸汽温度变化状态延时信号经过一段时间后变为“0”，信号选择模块T输出稳定工况经过二阶惯性滤波后的低压缸次末级蒸汽温度信号。

信号滤波保持部分利用或运算模块OR对低压缸次末级蒸汽温度、低压缸进汽流量、低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力变化状态延时信号求或，当以上任何一个信号发生变化时，非稳态运行信号变为“1”，代表汽轮机运行在非稳态工况下；只有以上信号都稳定时，非稳态运行信号才为“0”，代表汽轮机进入稳态工况。

(2)稳态工况分区部分和实时工况分区部分

稳态工况分区部分和实时工况分区部分逻辑结构、参数设置完全相同，以实时工况分区部分为例进行说明。低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力3个信号，分别进入3个分区编号函数，如表1～表3所示。

表1低压缸进汽温度分区编号函数

输入x1	TLI0≤x1＜TLI1	TLI1≤x1＜TLI2	TLI2≤x1＜TLI3	TLI3≤x1≤TLI4
					输出y1	0	1	2	3

表2低压缸进汽压力分区编号函数

输入x2	PLI0≤x2＜PLI1	PLI1≤x2＜PLI2	PLI2≤x2＜PLI3	PLI3≤x2≤PLI4
					输出y2	0	1	2	3

表3低压缸排汽压力分区编号函数

输入x3	PLO0≤x3＜PLO1	PLO1≤x3＜PLO2	PLO2≤x3＜PLO3	PLO3≤x3≤PLO4
					输出y3	0	1	2	3

其中：x1、x2、x3分别为低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力；y1、y2、y3分别为各自信号对应的分区编号函数的输出；TLI0、TLI1、TLI2、TLI3、TLI4分别为低压缸进汽温度分区温度点；PLI0、PLI1、PLI2、PLI3、PLI4分别为低压缸进汽压力分区压力点；PLO0、PLO1、PLO2、PLO3、PLO4分别为低压缸排汽压力分区压力点。

最终输出的实时工况分区编号Yd按式1计算，为：

Yd＝y1+4×y2+16×y3 (1)

其中：Yd为实时工况分区编号。

(3)典型样本库部分

典型样本库存储各低压缸稳定运行工况下的已知最优的低压缸进汽流量和低压缸进汽压力的典型样本。典型样本库部分还包括典型样本更新逻辑和读取逻辑，每60s执行一次。其中更新逻辑执行流程如图4所示。

读取逻辑的执行流程是：按实时工况分区编号读取典型样本库中对应工况的典型样本，包括低压缸进汽流量和低压缸次末级蒸汽温度典型样本值，并将其输出。

(4)低压缸进汽流量指令计算部分

低压缸进汽流量指令计算部分每60s执行一次，执行流程为：判断当前低压缸次末级蒸汽温度是否高于低压缸次末级典型样本温度超过2℃，如果超过则按式2更新低压缸进汽流量自动指令，否则保持低压缸进汽流量自动指令不变。

QLI_N＝0.5×QLI_O+0.5×QLI_YB (2)

其中：QLI_N为新输出的低压缸进汽流量自动指令；QLI_O为前一执行周期的低压缸流量自动指令；QLI_YB为低压缸进汽流量典型样本值。

(5)低压缸进汽流量控制部分

低压缸进汽流量控制部分的逻辑功能如图5所示。其中：SUM2～SUM4分别为第二至第四求和模块。BIAS为偏置值设置模块，当侧向虚线输入的模式切换信号为开关量“0”时，模块工作在设置状态，输出为运行人员设置的偏置值；模式切换信号为开关量“1”时，模块工作在跟踪状态，输出为“T”输入端的信号。PID为比例积分微分控制器模块，当侧向虚线输入的模式切换信号为开关量“0”时，模块工作在控制状态，输出为正常的比例积分微分控制信号；模式切换信号为开关量“1”时，模块工作在跟踪状态，输出为“T”输入端的信号。M/A为手/自动站模块，当运行人员设置为自动状态时，虚线输出开关量“0”，实线输出输入端连接的PID控制器模块输出的控制指令；运行人员设置为手动状态时，虚线输出开关量“1”，实线输出运行人员设置的低压缸旁路进汽调阀开度指令。当控制系统被运行人员设置为自动状态时：低压缸旁路进汽流量自动指令加低压缸旁路进汽流量偏置构成系统设定值，低压缸旁路进汽流量为反馈值，两者偏差进入PID控制器进行控制运算输出调整低压缸旁路进汽调阀开度指令，调节低压缸旁路进汽流量；当控制系统被运行人员设置为手动状态时：运行人员手动调整低压缸旁路进汽调阀开度指令，调节低压缸旁路进汽流量，PID控制器和BIAS偏置值设置模块处于跟踪状态。

技术方案

由发明技术原理可以看出，本控制系统整体采用串级控制方案，外回路采用典型样本进行定位控制，输出低压缸进汽流量设定值；内回路采用PID控制，输出低压缸旁路进汽调阀开度指令。下面针对典型300MW供热机组说明本发明的具体实施方案。

依据图2所示的信号连接关系，分别在机组DCS(分散控制系统)中以组态方式实现各部分控制逻辑。各个部分的组态方法为：

信号滤波保持部分按照图3所示逻辑进行组态。逻辑组态完成后，各个模块的参数设置方法是：第一惯性模块LAG1～第十惯性模块LAG10的惯性时间均设置为30s。第一越限指示模块H//L～第五越限指示模块H//L5的高低限分别设置为：-0.3℃、0.3℃；-1.2t/h、1.2t/h；-1.5℃、1.5℃；-2kPa、2kPa；-0.2kPa、0.3kPa。第一关延时模块P-TD1～第五关延时模块P-TD5的延时时间均设置为60s。

稳态工况分区部分和实时工况分区部分，分别按照发明原理中稳态工况分区部分和实时工况分区部分的说明，利用DCS中自定义模块实现逻辑功能。其中低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力3个分区编号函数的设置方法如表4～6所示。

表4低压缸进汽温度分区编号函数

输入x1	260℃≤x1＜275℃	275℃≤x1＜290℃	290℃≤x1＜305℃	305℃≤x1≤320℃
					输出y1	0	1	2	3

表5低压缸进汽压力分区编号函数

表6低压缸排汽压力分区编号函数

输入x3	8kPa≤x3＜10kPa	10kPa≤x3＜12kPa	12kPa≤x3＜14kPa	14kPa≤x3≤16kPa
					输出y3	0	1	2	3

典型样本库部分，按照发明原理中典型样本库部分的说明，利用DCS中自定义模块实现逻辑功能。其中，典型样本更新逻辑按照图4所示流程设置逻辑代码；典型样本读取逻辑可直接根据实时工况编号读取典型样本值。自定义模块执行周期设置为60s。另外，需要预填典型样本库的64个典型样本初值，所有低压缸次末级蒸汽温度均填为比报警温度110℃低4℃的106℃，所有低压缸进汽流量均填写为正常运行流量20t/h。

低压缸进汽流量指令计算部分，按照发明原理中低压缸进汽流量指令计算部分的说明，利用DCS中自定义模块实现逻辑功能。自定义模块执行周期设置为60s。

低压缸进汽流量控制部分按照图5所示逻辑进行组态，逻辑组态完成后整定PID控制器参数。整定方法为：在汽轮机稳定运行工况下，将M/A站切为自动，通过修改低压缸进汽流量偏置值修改内回路控制系统定值，观察低压缸旁路进汽调阀和低压缸旁路进汽流量的变化情况，调整PID控制器中比例、积分、微分参数，使低压缸进汽流量能够快速跟随低压缸进汽流量指令变化。

实施步骤

(1)实施条件确认

发明适用于采用汽轮机低压缸零出力方式提高运行灵活性的供热机组，汽轮机中压缸与低压缸之间加装旁路联通管，旁路联通管上安装低压缸旁路进汽调阀，在汽轮机低压缸零出力运行方式下，低压缸进汽调节蝶阀关闭，依靠低压缸旁路进汽调阀调节低压缸进汽流量。机组自动控制系统采用DCS(分散控制系统)或PLC(可编程控制器)或工控计算机。

(2)控制逻辑组态

按照发明技术方案，以组态或编程方式实现各个部分的控制逻辑。包括信号滤波保持部分、稳态工况分区部分、实时工况分区部分、典型样本库部分、低压缸进汽流量指令计算部分、低压缸进汽流量控制部分。

(3)设置控制逻辑参数

按照发明技术方案，设置各个部分的初值。包括信号滤波保持部分、稳态工况分区部分、实时工况分区部分。

(4)按照发明技术方案，设置典型样本库初值。

(5)按照发明技术方案，整定PID控制器参数。

参数整定完成后，控制系统可投入正常运行。

有益效果

(1)本发明提出一种汽轮机低压缸零出力运行方式下的旁路进汽调阀的控制方法，能够有效克服低压缸旁路进汽调阀开度对低压缸次末级蒸汽温度被控对象增益的大小和正负随汽轮机运行工况变化而变化的问题，消除低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排气压力变化的扰动，将汽轮机低压缸次末级蒸汽温度控制在安全范围内，从而提高了机组灵活调峰运行的自动投入率、降低了运行人员的操作负担。

(2)控制方法具有自动寻优的功能，能够在长期运行过程中不断记录各种运行工况下的最佳运行值，并自动将控制系统参数自动调整到最优值附近。

(3)控制系统所有可能出现的状态均可以预设，具有安全稳定，可靠性高的优点。

Claims (5)

1.一种低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，其特征是，所述方法依据低压缸的进汽温度、进汽压力、排汽压力三个信号将汽轮机低压缸运行状态细分为多个工况区，并记录每一个工况区内稳态运行工况下最优的低压缸次末级蒸汽温度和其对应的低压缸进汽流量，作为此工况区的典型样本；当机组实际运行工况处于某一工况区内时，如果低压缸次末级蒸汽温度典型样本值与低压缸次末级蒸汽温度的差值超过设定值，则控制低压缸旁路进汽流量向低压缸旁路进汽流量典型样本值方向移动；

当机组进入稳态工况时，将当前低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值与此稳态工况区下低压缸次末级蒸汽温度典型样本值进行比较，如果低压缸次末级蒸汽温度典型样本值与当前低压缸次末级蒸汽温度稳态工况值的差超过设定的阈值，则用当前低压缸次末级蒸汽温度和低压缸进汽流量的稳态工况值替换掉原低压缸次末级蒸汽温度典型样本值，从而实现典型样本值的优化更新；

将汽轮机低压缸运行状态细分为多个工况区的具体方法如下：

设置低压缸进汽温度分区编号函数y1=f（x1）、低压缸进汽压力分区编号函数y2=f（x2）和低压缸排汽压力分区编号函数y3=f（x3），其中：x1、x2、x3分别为低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力；y1、y2、y3分别为各自信号对应的分区编号函数的输出；各函数中自变量与因变量之间的关系如下：

当TLI0≤x1＜TLI1时，y1=0；当TLI1≤x1＜TLI2时，y1=1；当TLI2≤x1＜TLI3时，y1=2；当TLI3≤x1≤TLI4时，y1=3；其中：TLI0、TLI1、TLI2、TLI3、TLI4分别为低压缸进汽温度分区温度点，TLI0＜TLI1＜TLI2＜TLI3＜TLI4；

当PLI0≤x2＜PLI1时，y2=0；当PLI1≤x2＜PLI2时，y2=1；当PLI2≤x2＜PLI3时，y2=2；当PLI3≤x2≤PLI4时，y2=3；其中：PLI0、PLI1、PLI2、PLI3、PLI4分别为低压缸进汽压力分区压力点，PLI0＜T PLI1＜T PLI2＜T PLI3＜T PLI4；

当PLO0≤x3＜PLO1时，y3=0；当PLO1≤x3＜PLO2时，y3=1；当PLO2≤x3＜PLO3时，y3=2；当PLO3≤x3≤PLO4时，y3=3；其中：PLO0、PLO1、PLO2、PLO3、PLO4分别为低压缸排汽压力分区压力点，PLO0＜PLO1＜PLO2＜PLO3＜PLO4；

将低压缸进汽温度、低压缸进汽压力、低压缸排汽压力信号分别输入y1=f（x1）、y2=f（x2）和y3=f（x3），得到工况分区编号：

Yd=y1+4×y2+16×y3

其中：Yd为工况分区编号。

2.根据权利要求1所述的低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，其特征是，所述方法所采用的控制系统包括信号滤波保持、稳态工况分区、实时工况分区、典型样本库、低压缸进汽流量指令计算和低压缸进汽流量控制六部分，所述信号滤波保持部分对低压缸的进汽流量、次末级蒸汽温度、进汽温度、进汽压力、排汽压力五个信号进行滤波保持后，输出五个信号的稳态工况值和汽轮机非稳态运行状态信号；稳态工况分区部分和实时工况分区部分采用相同的编号原则分别依据低压缸进汽温度、进汽压力、排汽压力的稳态工况值和实时运行工况值对低压缸稳态运行工况和实时运行工况进行划分，得到稳态运行工况和实时运行工况的分区编号；典型样本库部分依据稳态运行工况分区编号、实时运行工况分区编号及低压缸进汽流量、次末级蒸汽温度稳态工况值和汽轮机非稳态运行状态信号，给出当前运行工况下低压缸进汽流量、次末级蒸汽温度的典型样本值；低压缸进汽流量指令计算部分依据低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度信号和典型样本库部分的输出信号，计算出低压缸进汽流量自动指令信号；低压缸进汽流量控制部分根据低压缸进汽流量和低压缸进汽流量自动指令信号，给出低压缸旁路进汽调阀开度指令信号。

3.根据权利要求2所述的低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，其特征是，所述信号滤波保持部分包括或运算模块OR和五个结构相同的滤波保持单元，五个滤波保持单元分别接收低压缸的次末级蒸汽温度、进汽流量、进汽温度、进汽压力、排汽压力信号，并在汽轮机低压缸进入稳态运行工况时输出对应信号的稳态值；每个滤波保持单元包括两个惯性模块、第一求和模块SUM1、越限指示模块H//L、关延时模块P-TD和信号选择模块T，滤波保持单元的输入信号经过第一惯性模块LAG1滤波后得到一阶惯性滤波信号，一阶惯性滤波信号再经过第二惯性模块LAG2滤波后得到二阶惯性滤波信号；输入信号与一阶惯性滤波信号经过第一求和模块SUM1求差后，得到输入信号变化信号，越限指示模块H//L对输入信号变化信号的值进行检测，得到输入信号变化状态信号，关延时模块P-TD对输入信号变化状态信号进行抗干扰处理，并将得到的输入信号变化状态延时信号送入信号选择模块T的模式切换信号输入端，信号选择模块T的“N”输入端接二阶惯性滤波信号，“Y”输入端接输出端的输入信号稳态值；五个滤波保持单元中的关延时模块P-TD输出的输入信号变化状态延时信号分别接或运算模块OR的不同输入端，所述或运算模块OR的输出信号为汽轮机非稳态运行状态信号。

4.根据权利要求3所述的低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，其特征是，所述低压缸进汽流量指令计算部分依据低压缸进汽流量、低压缸次末级蒸汽温度信号和典型样本库部分的输出信号，计算低压缸进汽流量自动指令信号的具体方法为：

判断当前低压缸次末级蒸汽温度与其典型样本值之差是否超过设定值，如果未超过则保持低压缸进汽流量自动指令不变，如果超过则按下式更新低压缸进汽流量自动指令：

QLI_N=0.5×QLI_O +0.5×QLI_YB

其中：QLI_N为新输出的低压缸进汽流量自动指令；QLI_O为前一执行周期的低压缸流量自动指令；QLI_YB为低压缸进汽流量典型样本值。

5.根据权利要求4所述的低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，其特征是，所述低压缸进汽流量控制部分包括三个求和模块、偏置值设置模块BIAS、比例积分微分控制器模块PID和手/自动站模块M/A，低压缸进汽流量与低压缸进汽流量自动指令通过第二求和模块SUM2计算出的差值进入偏置值设置模块BIAS的T输入端，偏置值设置模块BIAS的输出信号和低压缸进汽流量自动指令由第三求和模块SUM3求得的和通过第四求和模块SUM4与低压缸进汽流量求差，第四求和模块SUM4输出的差值信号依次经比例积分微分控制器模块PID和手/自动站模块M/A处理，得到低压缸旁路进汽调阀开度指令，手/自动站模块M/A输出的手/自动转换信号接至偏置值设置模块BIAS和比例积分微分控制器模块PID的模式切换信号输入端，比例积分微分控制器模块PID的T输入端接低压缸旁路进汽调阀开度指令。

Images