CN112973965A - 一种在dcs中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法 - Google Patents

一种在dcs中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，保留DCS中电除尘高频电源的参数设置和控制逻辑不变，增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度的自动控制逻辑；电除尘器高频电源上位机与主机DCS通过MODBUS协议建立通讯，直接采集DCS中负荷信号和烟尘浓度信号；A侧和B侧分别组态电除尘出口烟尘浓度自动控制逻辑，被控对象为A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度；电除尘出口烟尘浓度设定值与实测值经PID算法块计算后输出二次电流总指令，总指令经线性处理后再送至各个电场的高频电源。本发明的有益效果是：本发明电除尘高频电源监控纳入机组DCS，运行人员在DCS中设定二次电压、二次电流等参数实现对高频电源的监控。

Description

一种在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法
技术领域
本发明涉及闭环控制方法，具体涉及一种在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法。
背景技术
我国是电除尘器的生产和应用大国，当前在工业领域应用最为广泛的高效除尘器是电除尘器。电除尘器在我国电力行业已有数十年的应用历史。从20世纪80年代至今，环保领域电除尘器所使用的高压供电电源基本上都是采用输入为两相的晶闸管工频相控电源，这样就消耗了巨大的电能。随着高频电源技术的不断成熟，高频电源具有体积小、重量轻、便于安装、电能转换效率高、三相平衡供电等特点，在电除尘器中的应用越来越广泛。
高频电源是电除尘器供电装置，电除尘器高频电源是利用高频开关技术而形成的逆变式电源，其供电电流是一系列窄脉冲构成，可以给电除尘器提供具有从接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形。高频电源控制方式灵活多样，可根据电除尘器运行工况选择最合适的电压波形，减少电除尘能耗，提高除尘效率。高频整流电源应用后，二次电压纹波很小，基本是平稳直流，工作时电场内极不易放电，可以把运行电压、电流大幅提升，从而提高除尘效率。
现使用高频电源主要运行控制方式：
(1)火花率整定控制方式
适用于粉尘浓度高、容易产生电晕闭塞、除尘效率低的场合，它能加强粉尘荷电，提高除尘效率。但这种控制方式消耗的电能较大。
(2)脉冲和间歇供电控制方式
此方式运行时，按脉冲宽度、脉冲周期以及高能频率、低能频率设定的参数运行，受额定二次电压，额定二次电流限制运行，闪络时，受闪频的控制。
(3)手动固定频率
此方式运行时，按手动频率设定值运行，受额定二次电压，额定二次电流限制运行，闪络时，受闪频的控制。
(4)上位机监控系统
通过以太网通讯实现对每台电除尘器高频电源的运行参数、报警状态、故障信息和通讯状态的监控，保证整个电除尘控制系统正常运行。运行人员在上位机中设定二次电压、二次电流等参数实现对高频电源的监控。
现有的电除尘器高频电源的控制由上位机监控系统、高频电源两部分组成，利用上位机监控系统实现电除尘器管理系统和操作人员之间人机交流，完成参数设定；实现高频电源设定参数、运行数据和PLC控制程序之间数据交换；实现PLC和高频电源通讯数据的通讯，完成对高频电源极限电流给定值的开环控制。少数电厂通过后期优化，在高频电源的PLC控制器中增加PID闭环控制系统，以“电流电压双值优先控制系统”为内环，在内环的外围增加一个“PID闭环控制系统”作为外环，整个控制系统以内环为主，外环为辅。外环由高压监控系统和本体低压PLC控制系统组成，PLC内部采用结构化文本编程，并采用PID算法实现高频电源二次电压和二次电流的调节。控制原理图如图1所示。
根据电场内部工况以及二次电压的变化，二次电流值始终接近电流极限设定值，电流极限值通过增加或减少跟踪电场动态变化，让电场运行在少火花状态，在保证电场的收尘效果前提下达到最佳节能状态。
宁夏枣泉发电有限责任公司现有两台660MW超超临界机组，每台机组配置两台双室五电场的电除尘器，每台电场出口烟道处安装一台烟尘浓度仪，电除尘器本体由浙江菲达环保股份有限公司设计制造。电除尘高频电源供电装置由浙江佳环电子有限公司生产，配套采用JHGP型控制系统，其具有输出直流电压纹波小、电能转换效率高、三相平衡供电等特点。机组运行中，烟尘排放浓度达到新环保标准的排放要求，烟尘排放浓度降低到＜5mg/Nm3近零排放，由于原控制系统存在的不能动态地对高频电源进行自动跟踪调节，只能通过操作人员手动设定高频电源参数，出现电除尘器出口烟尘排放浓度长时间维持在15mg/Nm3以下运行，有时会出现调整不及时烟尘排放浓度超标的问题。
现有技术中存在以下问题：
(1)电耗率较高的问题
机组投产后，电除尘高频电源的输出调节一直采用操作人员手动设定参数的方法，运行人员为降低操作频次，往往把高频电源运行参数设定的很高，出现电除尘器出口烟尘排放浓度长时间维持在15mg/Nm3以下运行，增大了电除尘器电耗率。
(2)烟尘排放浓度超标的问题
高频电源的控制方式为手动操作方式，不能适应负荷及煤质变化，频繁出现变负荷时运行人员不能及时控制高频电源运行参数，烟尘排放浓度短时不能达到排放标准的问题。
(3)运行人员操作强度大的问题
手动操作高频电源的方式不能适应负荷及煤质变化，靠操作人员定时调节给定极限电流，每天长时间、重复操作，劳动强度很大，很难保证调节质量。因此鉴于原控制系统存在的不能动态地对二次电流值进行自动反馈调节，因此有必要在现有设备基础上自行设计一套高频电源二次电流闭环控制系统。
随着火电机组的经营形式愈发严峻且环保考核更严重的情况下，如何在保证烟尘排放达标的前提下尽可能降低电除尘的功耗是摆在面前的新课题，因此非常有必要在现有设备基础上对控制系统进行优化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法。
这种在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法：
保留DCS中电除尘高频电源的参数设置和控制逻辑不变，增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度的自动控制逻辑；
电除尘器高频电源上位机与主机DCS通过MODBUS协议建立通讯，直接采集DCS中负荷信号和烟尘浓度信号；
A侧和B侧分别组态电除尘出口烟尘浓度自动控制逻辑，被控对象为A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度；电除尘出口烟尘浓度设定值与实测值经PID算法块计算后输出二次电流总指令，总指令经线性处理后再送至各个电场的高频电源。
作为优选：加入机组负荷指令变化对二次电流自动调节计算的前馈，实时根据当前的负荷指令来修正闭环回路的二次电流指令输出参数。
作为优选：在PID输入前进行烟尘浓度突升逻辑判断，当出现突升至最大值时，被调量保持突升前的烟尘浓度值。
作为优选：自动控制回路的二次电流指令与原二次电流手动输入指令经速率限制后进行切换，当某一电场高频电源投入自动控制后，接受PID的指令输出；当电场高频电源不投入自动控制时，通过原有操作面板进行二次电流手动设定。
作为优选：A侧和B侧一电场二次电流自动控制上下限值为200—500mA；A侧和B侧二电场至五电场二次电流自动控制上下限值为300—1500mA，二电场至五电场二次电流呈逐步增大的方式设定。
作为优选：机组负荷指令至控制回路前馈量根据机组50％，60％，70％，80％，90％，100％负荷工况下，高频电源运行参数与烟尘排放浓度之间的关系进行曲线设定。
作为优选：PID闭环控制逻辑中加入被调量信号短时间坏质量后保持好值的判断逻辑、负荷变化前馈和手自动无扰切换。
作为优选：在DCS干式电除尘操作画面中分别增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度自动控制投入与切除操作按钮，增加A侧一电场至五电场、B侧一电场至五电场的自动投入与偏置设置操作面板。
本发明的有益效果是：
1.本发明电除尘高频电源监控纳入机组DCS，运行人员在DCS中设定二次电压、二次电流等参数实现对高频电源的监控。
2.本发明采集DCS中负荷信号、烟尘浓度信号等，直接在DCS中以电除尘器出口烟尘浓度为调节对象，实现闭环控制逻辑的组态。
3.本发明基于PID算法的闭环控制逻辑，根据电除尘不同电场的集灰量，实现对电除尘五个电场的二次电流调节。
附图说明
图1为高频电源闭环控制原理图；
图2为A电除尘A1电场高频电源二次电流控制逻辑图；
图3为增加闭环控制功能后干式电除尘DCS画面示意图；
图4为A电除尘A电场高频电源二次电流控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例一
为了解决电除尘器高频电源的节能和环保问题，采用了电除尘出口烟尘浓度来实现闭环控制，最大限度的提高除尘效率和节约能耗。电除尘器高频电源闭环控制能根据不同运行工况和电除尘器出口烟尘浓度调整高频电源的控制参数。首先需要电除尘器高频电源上位机(即控制电除尘器高频电源的上位机)与主机DCS通过MODBUS协议建立通讯，直接采集DCS中负荷信号、烟尘浓度信号等，利用DCS强大的组态功能和友好的可视界面可方便的实现闭环控制逻辑的组态。基本思路为保留现有DCS中电除尘高频电源的参数设置和控制逻辑不变，增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度的自动控制逻辑。A侧和B侧分别组态电除尘出口烟尘浓度自动控制逻辑，被控对象为A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度。电除尘出口烟尘浓度设定值与实测值经PID算法块计算后输出二次电流总指令，总指令经线性处理后再送至各个电场的高频电源。
作为一种优选的实施例，负荷的高低直接影响烟尘浓度，在不同的负荷下烟尘浓度的波动范围是不同的。为增强变负荷工况自动调节高频电源二次电流的适应性，加入机组负荷指令变化对二次电流自动调节计算的前馈，实时根据当前的负荷指令来修正闭环回路的二次电流指令输出参数，由此达到更精确的进行烟尘浓度闭环控制。
作为一种优选的实施例，在自动控制回路中，考虑到当出现五电场阴阳极振打时二次扬尘的问题，在PID输入前做了烟尘浓度突升逻辑判断，当出现突升至最大值时，被调量保持突升前的烟尘浓度值，避免各电场高频电源出现短时的二次电流突升突降。
作为一种优选的实施例，自动控制回路的二次电流指令与原二次电流手动输入指令经速率限制后进行切换，当某一电场高频电源投入自动控制后，接受PID的指令输出，并可进行手动二次电流偏置设定，当电场高频电源不投自动控制时，通过原有操作面板进行二次电流手动设定。以A电除尘A1电场高频电源二次电流控制逻辑为例，具体组态如图2所示。电除尘分AB两侧(分别为A电除尘和B电除尘)，每一侧又有AB两个室(名称分别为A电除尘A电场、A电除尘B电场、B电除尘A电场、B电除尘B电场)，每个电场顺烟道流向又有一、二、三、四、五个电场，总共20个电场(名称分别为【A电除尘A1电场、A电除尘A2电场、A电除尘A3电场、A电除尘A4电场、A电除尘A5电场】、【A电除尘B1电场、A电除尘B2电场、A电除尘B3电场、A电除尘B4电场、A电除尘B5电场】、【B电除尘A1电场、B电除尘A2电场、B电除尘A3电场、B电除尘A4电场、B电除尘A5电场】、【B电除尘B1电场、B电除尘B2电场、B电除尘B3电场、B电除尘B4电场、B电除尘B5电场】)。
作为一种优选的实施例，考虑到电场输灰情况和后续电场对二次扬尘的捕捉作用情况，A侧和B侧一电场二次电流自动控制上下限值为200—500mA，A侧和B侧二电场至五电场二次电流自动控制上下限值为300—1500mA，二电场至五电场二次电流呈逐渐增大的方式设定。机组负荷指令至控制回路前馈量根据机组50％，60％，70％，80％，90％，100％负荷工况下，高频电源运行参数与烟尘排放浓度之间的关系进行曲线设定。
作为一种优选的实施例，PID闭环控制逻辑中加入被调量(电除尘出口烟尘浓度)信号短时间坏质量后保持好值的判断逻辑、负荷变化前馈、手自动无扰切换等优化措施，使闭环控制的效果更明显。其中被调量信号短时间坏质量后保持好值的判断逻辑是指：当被调量(电除尘出口烟尘浓度)信号短时间出现坏质量后，将被调量(电除尘出口烟尘浓度)信号保持为信号坏前的值，避免信号短时坏点后PID闭环控制自动频繁退出的问题。
实施例二
干式电除尘出口烟尘浓度闭环控制主要功能实现A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度与相应的高频电源形成闭环调节系统，根据电除尘出口烟尘浓度的目标值与实测值偏差自动调节高频电源的输出二次电流设定值，由此使除尘器出口烟尘浓度处于合理区间的同时降低高频电源的能耗。DCS中的具体实施方案如下：
(1)画面部分：
增加闭环控制功能后干式电除尘DCS画面如图3所示。在现有DCS干式电除尘操作画面中分别增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度自动控制投入与切除操作按钮共两个，实现单侧10个电除尘高频电源的自动控制投入与切除。增加A侧一电场至五电场(A电除尘A1—A5电场高频电源、A电除尘B1—B5电场高频电源)、B侧一电场至五电场(B电除尘A1—A5电场高频电源、B电除尘B1—B5电场高频电源)的自动投入与偏置设置操作面板共20个(图3中画面下部方框内)，实现各电场根据电场输灰情况和运行方式的调整进行二次电流参数单独设置。
(2)逻辑部分：
保留现有DCS中电除尘高频电源的参数设置和控制逻辑不变，增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度的自动控制逻辑。A侧和B侧分别组态电除尘出口烟尘浓度自动控制逻辑，被控对象为A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度。如图4所示逻辑图为实际DCS中组态后A电除尘A电场高频电源二次电流控制逻辑图。
负荷的高低直接影响烟尘浓度，在不同的负荷下烟尘浓度的波动范围是不同的。为增强变负荷工况自动调节高频电源二次电流的适应性，加入机组负荷指令变化对二次电流自动调节计算的前馈，实时根据当前的负荷指令来修正闭环回路的二次电流指令输出参数，由此达到更精确的进行烟尘浓度闭环控制。
在自动控制回路中，考虑到当出现五电场阴阳极振打时二次扬尘的问题，在PID输入前做了烟尘浓度突升逻辑判断，当出现突升至最大值时，被调量保持突升前的烟尘浓度值，避免各电场高频电源出现短时的二次电流突升突降。
自动控制回路的二次电流指令与原二次电流手动输入指令经速率限制后进行切换，当某一电场高频电源投入自动控制后，接受PID的指令输出，并可进行手动二次电流偏置设定，当电场高频电源不投自动控制时，通过原有操作面板进行二次电流手动设定。
考虑到电场输灰负荷不同，A侧和B侧一电场二次电流自动控制上下限值为200—500mA(调试确定)，A侧和B侧二电场至五电场二次电流自动控制上下限值为300—1500mA(调试确定)。机组负荷指令至控制回路前馈量，根据调试确定。
本发明实现电除尘器出口烟尘浓度闭环控制在DCS中的组态。随着电厂自动化水平越来越高，电除尘高频电源利用MODBUS通讯协议实现上位机与机组DCS的通讯，电除尘高频电源监控纳入机组DCS，运行人员在DCS中设定二次电压、二次电流等参数实现对高频电源的监控。采集DCS中负荷信号、烟尘浓度信号等，利用DCS强大的组态功能和友好的可视界面，以电除尘器出口烟尘浓度为调节对象，实现闭环控制逻辑的组态。

Claims (8)

1.一种在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：
保留DCS中电除尘高频电源的参数设置和控制逻辑不变，增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度的自动控制逻辑；
电除尘器高频电源上位机与主机DCS通过MODBUS协议建立通讯，直接采集DCS中负荷信号和烟尘浓度信号；
A侧和B侧分别组态电除尘出口烟尘浓度自动控制逻辑，被控对象为A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度；电除尘出口烟尘浓度设定值与实测值经PID算法块计算后输出二次电流总指令，总指令经线性处理后再送至各个电场的高频电源。
2.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：加入机组负荷指令变化对二次电流自动调节计算的前馈，实时根据当前的负荷指令来修正闭环回路的二次电流指令输出参数。
3.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：在PID输入前进行烟尘浓度突升逻辑判断，当出现突升至最大值时，被调量保持突升前的烟尘浓度值。
4.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：自动控制回路的二次电流指令与原二次电流手动输入指令经速率限制后进行切换，当某一电场高频电源投入自动控制后，接受PID的指令输出；当电场高频电源不投入自动控制时，通过原有操作面板进行二次电流手动设定。
5.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：A侧和B侧一电场二次电流自动控制上下限值为200—500mA；A侧和B侧二电场至五电场二次电流自动控制上下限值为300—1500mA，二电场至五电场二次电流呈逐步增大的方式设定。
6.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：机组负荷指令至控制回路前馈量根据机组50％，60％，70％，80％，90％，100％负荷工况下，高频电源运行参数与烟尘排放浓度之间的关系进行曲线设定。
7.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：PID闭环控制逻辑中加入被调量信号短时间坏质量后保持好值的判断逻辑、负荷变化前馈和手自动无扰切换。
8.根据权利要求1所述的在DCS中实现的电除尘出口烟尘浓度闭环控制方法，其特征在于：在DCS干式电除尘操作画面中分别增加A侧和B侧电除尘出口烟尘浓度自动控制投入与切除操作按钮，增加A侧一电场至五电场、B侧一电场至五电场的自动投入与偏置设置操作面板。
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