CN112780600B - 基于斩波控制改善汽泵转速调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于斩波控制改善汽泵转速调节的方法，首先将汽泵控制系统设置为DCS系统，在DCS系统中新建逻辑控制器MEH，在MEH系统中设置控制方式：首先，监测现场实际被调量x，x呈不规则的正弦波曲线；然后，对x进行递归：G(x')＝Ke^‑τx/tx+1，得到相比于较为平滑的正弦波曲线x’；使y＝x‑x'，再对y进行递归：G(y')＝Ke^‑τy/ty+1，得到相比于y稍平滑的曲线y’；使y”＝y‑y'，其中，y〞是沿时间轴在0值上、下波动；当y>0时，则判断曲线处于第二、第三象限；当y”>0时能可靠判断当时的被调量x正在进入第二象限，代表曲线处于第二象限，最后，执行斩波行为，将即时的调节幅值斩掉，即使x_t+1＝x_t+(‑x_t)，其中x为被调量，t为当前时刻，将下一时刻将要出现的反调波动量消减。

Description

基于斩波控制改善汽泵转速调节的方法

技术领域

本专利所属技术领域为火力发电厂自动化控制

背景技术

机组汽泵转速控制是火力发电厂自动化控制的重要组成部分，目前国内大多采用基础PID调节策略，辅以一定的前馈逻辑进行调节。由于该技术手段下，火力发电厂汽泵均采用辅助蒸汽、四段抽汽、主蒸汽三路气源供汽配置，其在不同工况需求下进行切换。传统的PID调节器不能在气源切换的工况下迅速稳定转速，造成了气源切换功能存在较大扰动量，尤其是四段抽汽与高压气源的供汽切换，其动力介质的高差压波动对机组给水流量、汽包水位均造成较大影响，并存在小汽机飞车的风险，危害机组安全运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，现有汽泵转速控制中，由于大幅扰动导致PID调节回路不能有效抑制波动。为了解决此问题本发明提供一种抑制这种波动的方法，规避小汽机飞车风险，保护系统安全。

本发明提供的具体解决方案是：

一种基于斩波控制改善汽泵转速调节的方法，首先将汽泵控制系统设置为DCS系统，在DCS系统中新建逻辑控制器MEH，在MEH系统中设置控制方式：

首先，监测现场实际被调量x，x呈不规则的正弦波曲线；

然后，对x进行递归：G(x')＝Ke^-τx/tx+1，得到相比于较为平滑的正弦波曲线x’；

使y＝x-x'

再对y进行递归：G(y')＝Ke^-τy/ty+1，得到相比于y稍平滑的曲线y’；

使y”＝y-y'，其中，y〞是沿时间轴在0值上、下波动；

当y>0时，则判断曲线处于第二、第三象限；

当y”>0时能可靠判断当时的被调量x正在进入第二象限，代表曲线处于第二象限，

最后，执行斩波行为，将即时的调节幅值斩掉，即使x_t+1＝x_t+(-x_t)，其中x为被调量，t为当前时刻，将下一时刻将要出现的反调波动量消减。

本发明随时监测汽泵转速发生大幅波动，快速抑制超调量使被控系统参数振幅降低，本发明通过及时将波动较大的运行数据消减，抑制汽泵扰动量出现。

附图说明

图1根据被调整量波动曲线计算确定是否应进行斩波的监测曲线图；

图2被调整量进行斩波前后的波动对比图。

具体实施方式

在单一汽源出力的稳定工况下，新投入的汽源，在他介入做功的一瞬间，因为压力高会使汽轮机突然转速增加，系统消化不掉突然提升的压力，造成系统扰动。扰动是因为系统负载增加，汽泵需要更高压的气源维持负载，导致某一不确定的时间点新介入做功的高压气源(主蒸汽，14MPa)与原做功的低压气源(辅助蒸汽和四段抽汽，1-3MPa)重叠，系统原自动控制逻辑不能有效克服该能量扰动，导致被调系统周期震荡甚至被调量发散，最终导致汽泵掉闸，如果被调量发散不被及时控制，还有超速飞车的风险，造成严重的设备损坏。

本发明技术人员为解决上述问题，深入摸索现行汽泵控制规律，发现在现有的PID调节策略下，由于设计局限性，它无法有效稳定能量波动。现有PID调节往往以合适的比例、积分、微分系数使被调对象在扰动下形成衰减率0.75至0.9之间的正弦波动，从而达到稳态。但PID调节无法消除系统汽源切换时的巨大扰动，因此无法真正解决系统波动问题。动力介质的波动，造成汽泵的其实运行参数也将随之出现不稳定的现象。

解决思路是：若能将波动的峰值消减，应能使扰动得到控制。此优化思路和“斩波”理论吻合。

“斩波”控制技术原是在电子信息控制运用中，出于某种需要，将正弦波的一部分“斩掉”，从而使数字电路达到上升沿或下降沿单方向触发的目的。他通常用于开关电源、有源功率因数校正、超导储能等新技术领域中。在现有技术中还没有在小汽机转速控制系统上应用“斩波”控制策略的先例。本发明研究项目在此背景下提出。

本发明尝试利用“斩波”控制技术解决汽泵气源切换的系统波动问题时遇到难以攻克的难题，即该功能在传统PID调节策略下不能抑制转速波动的技术壁垒。

本发明首先对控制系统进行了升级，以DCS系统替代原汽泵转速黑箱控制器模式，从而实现在开放的DCS系统中新建逻辑控制器MEH。

在MEH系统中新增控制逻辑功能如下：

(1)汽泵冲转功能。

在冲转流程中设置正常冲转模式或高压汽源冲转模式两种控制逻辑，在高压模式冲转模式中设计‘斩波’控制逻辑。“高压冲转模式”采用：1、快速开启被隔绝的低压汽源调节阀区间，以克服等待低压汽源开启时间造成的目标转速与实际转速偏差大；2、采用高压汽源冲转过程PID参数变参，使高压汽源冲转过程能克服较大的动态偏差；3、在高压汽源切换低压汽源过程中，自动逻辑判断触发“斩波”控制逻辑，抑制汽源介入高压冲转过程的转速飞升。

(2)自动冲临界功能。

汽泵转速在临界范围内2000rpm-2900rpm，自动设置升速率为1800rpm/min；出临界区后，自动恢复原升速率。在画面显示加入“过临界”状态显示。

(3)转速自动控制。

在汽泵投入遥控状态下，给水泵投入自动控制后，汽泵跟随给水泵指令进行自动调节。

本发明在DCS控制系统之下，实现汽泵的控制方式。结合图1，本发明提供的基于斩波控制改善汽泵转速调节的方法，具体步骤如下：

1)监测现场实际被调量x，x呈不规则的正弦波曲线；

2)对x进行递归，其中：G(x')＝Ke^-τx/tx+1，得到相比于较为平滑的正弦波曲线x＇；

3)使y＝x-x'

4)再对y进行递归，其中：G(y')＝Ke^-τy/ty+1，得到相比于y稍平滑的曲线y＇；

5)使y”＝y-y'，y〞是沿时间轴在0值上、下波动；

当y>0时，则判断曲线处于第二、第三象限；

当y”>0时能可靠判断当时的被调量x正在进入第二象限，

代表曲线处于第二象限，执行x_t+1＝x_t+(-x_t)，将下一时刻将要出现的波动量消减，其中x为被调量，t为当前时刻。

在汽泵转速调节过程中时，如果人为选择投入斩波功能，则控制逻辑自动判断调节波动进入“第二象限”触发斩波的条件，判断逻辑采用对曲线进行一阶滞后的递归判断法则：

本调节方法首先判断调节的正弦波进入第二象限时刻，对指令输出进行强行赋值，该赋值为系统扰动对输出的增量的负值，从而使系统波动后回调峰值无法出现。赋值与正在执行的指令对冲“斩掉”系统回调时刻的指令输出，使小汽机能够在快速波动克服扰动的下一阶段不至于回调过猛而造成系统波动，从而自动稳定转速。

参考图2所示，图2中各波动曲线中间的垂线左侧为斩波前被调量的波动样式，右侧为斩波后的曲线样式。斩波控制方案介入汽泵转速调节后，汽泵控制能自动适应转速波动，在控制汽源异常、汽源切换的过程中控制效果更为明显。

在逻辑功能实施后，项目组分别对机组高、低符合段工况下进行“斩波”功能的实际投入实验，实验数据如图2所示，无论汽泵转速调节在高负荷段还是低负荷段进行汽源切换都会导致的工况波动。通过曲线可以明显看到，斩波前变更均有大幅摆动，并出现传动PID不能消除的等幅振荡现象，并偶尔出现大幅波动引起调节自动系统切除的工况。投入“斩波”功能后，汽泵转速调节舍弃了正弦波的第二象限，从而快速抑制波动，右侧区间可以直观的看到，汽泵转速调节工况有明显的好转，并进入调节稳态。

本发明引入“斩波”技术的目的是现场控制设备波动状态下，快速准确的判断系统调节进入第二象限，从而使系统快速自动适应流量特性变化，具备自适应能力。本发明以“斩波”控制方案在汽泵转速调节过程中全程介入，使其快速自动适应流量特性变化，使其具备非常高的自适应能力，自动稳定转速，在汽泵控制汽源异常、汽源切换的过程中控制效果更为明显。本发明实现对小汽机控制功能进行完善，使之具备在异常工况下快速调节的能力。它在高压汽源冲转的工况下，设计强制赋值回路等措施，抑制低压汽源介入高压冲转过程的转速飞升。

Claims (1)

1.一种基于斩波控制改善汽泵转速调节的方法，首先将汽泵控制系统设置为DCS系统，在DCS系统中新建逻辑控制器MEH，在MEH系统中设置控制方式：

首先，监测现场实际被调量x，x呈不规则的正弦波曲线；

然后，对x进行递归：G(x')＝Ke^-τx/tx+1，得到相比于较为平滑的正弦波曲线x’；

使y＝x-x'

再对y进行递归：G(y')＝Ke^-τy/ty+1，得到相比于y稍平滑的曲线y’；

使y”＝y-y'，其中，y〞是沿时间轴在0值上、下波动；

当y>0时，则判断曲线处于第二、第三象限；

当y”>0时能可靠判断当时的被调量x正在进入第二象限，代表曲线处于第二象限，

最后，执行斩波行为，将即时的调节幅值斩掉，即使x_t+1＝x_t+(-x_t)，其中x为被调量，t为当前时刻，将下一时刻将要出现的反调波动量消减。

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