CN113189862B - 一种火电厂pid控制回路品质评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火电厂PID控制回路品质评价方法，技术方案是，包括以下步骤：数据预处理；筛查有效扰动；选取有效的评价区间；扰动曲线分类；计算超调量A；计算稳定时间C以及回路品质评价，本发明方法简单，通过采集各个控制回路的实时数据，筛查出有效扰动，选取有效的评价区间后将扰动曲线进行分类，根据扰动曲线分类计算，计算得到超调量A以及稳定时间C，最终将得到的超调量A以及稳定时间C与规程标准进行比较，从而实时对控制回路调节品质进行评价，对于不符合规程要求的回路进行实时参数调整，使其达到规程要求，提高的系统的控制品质，为火电厂的经济、稳定运行提供了有力保障。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂PID控制回路，特别是一种火电厂PID控制回路品质评价方法。
背景技术
火力发电控制回路众多，虽然绝大部分均可投入自动，但是存在部分控制品质不能在全负荷段均能保持较好的品质，以及部分执行机构不能在全负荷段均能保持较好的性能。两者相互影响，使运行人员不易及时发现问题根源，影响机组的运行状况以及经济指标。虽然控制器最初的参数是按照一定的性能标准来设计，但在实际应用中控制器往往达不到这些预定的性能目标或是在最初设计完成并投运的时期，控制器能达到预定目标，但在日后的运用中，控制器性能随着时间的推移而发生下降，最终导致实际性能与最初的要求相比出现较大差距。而对PID控制回路品质的评价往往需要通过定期的定值扰动试验或者查看历史曲线进行，不能实时地根据运行曲线进行评价。因此，其改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种火电厂PID控制回路品质评价方法，可有效解决通过超调量、稳定时间对控制回路品质的实时评价的问题。
本发明解决的技术方案是：
一种火电厂PID控制回路品质评价方法，包括以下步骤：
一、数据预处理
(1)检测控制回路手、自动状态，当控制回路在自动状态时进行评价；
(2)采集被调量的测点质量信号，如果坏点，则不进行回路评价；
二、筛查有效扰动
根据系统采集的实时数据，筛查出有效扰动，判断为有效扰动的具体原则如下：
(1)判断设定值变化幅度及持续时间
判断设定值变化幅度是否符合要求的原则为：扰动幅度达到规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中规定的定值扰动幅度的0.5倍即可；
判断设定值发生阶跃后维持不变的持续时间原则为：持续时间大于规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中规定的稳定时间tn的1.1倍即可；
同时设定值变化幅度和持续时间同时满足以上原则则判断为有效扰动，否则判断为无效扰动；若扰动有效，则进入下一步；
(2)判断扰动发生前t时间内，控制回路实际值偏离设定值的偏差是否在规程规定范围内，若不在规定范围内则判断为无效扰动，若在规定范围内则进入下一步骤；
(3)判断扰动发生前t时间内，判断机组负荷是否在稳定状态，具体原则如下：无升降负荷指令，且负荷稳态偏差在±1％Pe以内，即可判断负荷在稳定状态，其中，Pe为机组额定容量。
三、选取有效的评价区间
筛查出有效扰动数据后，需要选取一定时间区间内的数据进行评价，而不是计算扰动后的所有时间，选取步骤如下：
(1)记录设定值开始变化的时刻t0；
(2)计算该次扰动过程时间s：
从设定值变化开始计时，若下次设定值在3tn时间内发生变化，则停止计时并记录当前时刻t1，则选取t0～t1时间段用来计算性能指标，则s＝t1-t0，1.1tn＜s＜3tn；
反之，若设定值在3tn时间内仍未发生变化，则3tn以后的数据不再参考，记录下当前时刻t2，则s＝t2-t0＝3tn；
四、扰动曲线分类
通过计算整个有效的阶跃扰动过程中所有的波峰值m(m1、m2、…)与波谷值n(n1、n2、…)，并将波峰值、波谷值与设定值r进行比较，对响应曲线进行分类，类别包括以下几类：
(1)衰减振荡过程：若为正向扰动(记为a＝1)，则判断各个波峰值m与设计值r大小，若m1、m2、…均＞r，则判断该过程为衰减振荡过程；同理，若为负向扰动(记为a＝-1)，则判断各个波谷值n与设计值r值大小，若n1、n2、…均＜r，也判断该过程为衰减振荡过程；
(2)非周期过渡过程(有超调)：若正向扰动过程中只有一个波峰值m1且m1＞r，或负向扰动过程中只有一个波谷值n1且n1＜r，则判断该过程为非周期过渡过程(有超调)；
(3)非周期过渡过程(无超调)：若正向扰动过程中无波峰值且实际值始终小于设定值或负向扰动过程中无波谷值且实际值始终大于设定值，则判断该过程为非周期过渡过程(无超调)；
(4)等幅振荡过程：若扰动过程中几个波峰值m之间数值接近，几个波谷值之间数值也接近，同时，m-r≈r-n(两者偏差在5％以内)，则判断该过程为等幅振荡过程；
此处几个波峰值m之间数值接近表示m1、m2、…之间的偏差均在5％以内；
几个波谷值之间数值接近表示n1、n2、…之间的偏差均在5％以内；
(5)发散振荡过程：若扰动过程中几个波峰值满足m1＜m2＜m3…，同时几个波谷值满足n1＞n2＞n3…，则判断该过程为发散振荡过程；
五、计算超调量A
(1)根据步骤四的扰动曲线分类，若扰动曲线为衰减振荡过程、或非周期过渡过程(有超调)、或等幅振荡过程、或发散振荡过程则开始计算扰动量及超调量，若为其他过程，则不计算扰动量及超调量，具体计算方法为：
A、扰动量b
扰动量b为设定值扰动前后的差值，并取绝对值，记为扰动量b；
B、超调量A
若为正向扰动(记为a＝1)，则超调量
若为负向扰动(记为a＝-1)，则超调量/>
六、计算稳定时间C
在扰动过程时间s内，实际值第一次进入稳态值且不再超出的时间计算，具体计算方法如下：
在扰动过程时间s内，从设定值发生扰动的时间t0开始计算，到实际值与设定值偏差的绝对值第一次在规程规定范围内且不再越出该范围的时间ts为止，前后的时间差，即为稳定时间C＝ts-t0；
若在扰动过程时间s内仍未稳定，则取稳定时间C＝s；
七、回路品质评价
将步骤五、六计算得到的超调量A以及稳定时间C与规程标准进行比较，得到火电厂PID控制回路品质：
若无超调或超调量A＜规程要求的25％且稳定时间C满足规程要求，则该PID控制回路品质优良，无需调整；
若超调量A＞规程要求的25％且稳定时间C满足规程要求，则该PID控制回路系统调节作用偏强；需通过调整控制回路的PI参数，减弱比例作用；
若无超调或超调量A＜规程要求的25％且稳定时间C超出规程要求，则该PID控制回路系统调节偏慢；需通过调整控制回路的PI参数，增强积分作用；
若超调量A＞规程要求的25％且稳定时间C超出规程要求，则该PID控制回路系统调节作用偏强且调节偏慢；需通过调整控制回路的PI参数，减弱比例作用，同时增强积分作用。
优选的，所述步骤二及步骤六所述的规程规定范围为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中要求的稳态品质指标。
优选的，所述步骤二判断扰动发生前t时间内中t的取值为1min。
优选的，所述步骤七的规程标准为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T657—2015)》中要求火电厂各个控制回路的超调量以及稳定时间。
本发明方法简单，通过采集各个控制回路的实时数据，筛查出有效扰动，选取有效的评价区间后将扰动曲线进行分类，根据扰动曲线分类计算，计算得到超调量A以及稳定时间C，最终将得到的超调量A以及稳定时间C与规程标准进行比较，从而实时对控制回路调节品质进行评价，对于不符合规程要求的回路进行实时参数调整，使其达到规程要求，提高的系统的控制品质，为火电厂的经济、稳定运行提供了有力保障。
附图说明
图1为本发明控制回路超调量、稳定时间计算流程图。
图2为本发明衰减振荡过程扰动曲线图。
图3为本发明非周期过渡过程(有超调)扰动曲线图。
图4为本发明非周期过渡过程(无超调)扰动曲线图。
图5为本发明等幅振荡过程扰动曲线图。
图6为本发明发散振荡过程扰动曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-6给出，本发明一种火电厂PID控制回路品质评价方法，包括以下步骤：
一、数据预处理
(1)检测控制回路手、自动状态，当控制回路在自动状态时进行评价；
(2)采集被调量的测点质量信号，如果坏点，则不进行回路评价；
(3)对正常工况下频繁波动的被调量进行滤波处理，如炉膛负压；
二、筛查有效扰动
根据系统采集的实时数据，筛查出有效扰动，判断为有效扰动的具体原则如下：
(1)判断设定值变化幅度及持续时间
判断设定值变化幅度是否符合要求的原则为：扰动幅度达到规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》(简称为657规程)中规定的定值扰动幅度的0.5倍即可；
如一次风压扰动，657规程要求达到±500Pa，本方法定义达到±250Pa以上即可；
如炉膛负压扰动，657规程要求达到±200Pa，本方法定义达到±100Pa以上即可；
判断设定值发生阶跃后维持不变的持续时间原则为：持续时间大于规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中规定的稳定时间tn的1.1倍即可；
如一次风压扰动，657规程要求的稳定时间为60s，本方法规定设定值发生阶跃后维持不变的时间为大于66s；
如炉膛负压扰动，657规程要求的稳定时间为3min，本方法规定设定值发生阶跃后维持不变的时间为大于3.3min；
同时设定值变化幅度和持续时间同时满足以上原则则判断为有效扰动，否则判断为无效扰动；
(2)判断扰动发生前t时间内，控制回路实际值偏离设定值的偏差是否在规程规定范围内，若不在规定范围内则判断为无效扰动，若在规定范围内则进入下一步骤；
所述的规程规定范围为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T657—2015)》中要求的稳态品质指标；
(3)判断扰动发生前1min时间内，判断机组负荷是否在稳定状态，具体原则如下：无升降负荷指令，且负荷稳态偏差在±1％Pe(±10MW)以内，即可判断负荷在稳定状态，其中，Pe为机组额定容量；
三、选取有效的评价区间
筛查出有效扰动数据后，需要选取一定时间区间内的数据进行评价，而不是计算扰动后的所有时间，选取步骤如下：
(1)记录设定值开始变化的时刻t0；
(2)计算该次扰动过程时间s：
从设定值变化开始计时，若下次设定值在3tn时间内发生变化，则停止计时并记录当前时刻t1，则选取t0～t1时间段用来计算性能指标，则s＝t1-t0，1.1tn＜s＜3tn；
反之，若设定值在3tn时间内仍未发生变化，则3tn以后的数据不再参考，记录下当前时刻t2，则s＝t2-t0＝3tn；(注：扰动时间最多计算3tn，目的是防止因其他系统扰动给当前正在评价的控制系统带来干扰，从而导致系统稳定时间的计算结果失准，不具参考意义)
四、扰动曲线分类
通过计算整个有效的阶跃扰动过程中所有的波峰值m(m1、m2、…)与波谷值n(n1、n2、…)，并将波峰值、波谷值与设定值r进行比较，对响应曲线进行分类，类别包括以下几类：
(1)衰减振荡过程：如图2所示，若为正向扰动(记为a＝1)，则判断各个波峰值m与设计值r大小，若m1、m2、…均＞r，则判断该过程为衰减振荡过程；同理，若为负向扰动(记为a＝-1)，则判断各个波谷值n与设计值r值大小，若n1、n2、…均＜r，也判断该过程为衰减振荡过程；
(2)非周期过渡过程(有超调)：如图3所示，若正向扰动过程中只有一个波峰值m1且m1＞r，或负向扰动过程中只有一个波谷值n1且n1＜r，则判断该过程为非周期过渡过程(有超调)；
(3)非周期过渡过程(无超调)：如图4所示，若正向扰动过程中无波峰值且实际值始终小于设定值或负向扰动过程中无波谷值且实际值始终大于设定值，则判断该过程为非周期过渡过程(无超调)；
(4)等幅振荡过程：如图5所示，若扰动过程中几个波峰值m之间数值接近，几个波谷值之间数值也接近，同时，m-r≈r-n(两者偏差在5％以内)，则判断该过程为等幅振荡过程；
此处几个波峰值m之间数值接近表示m1、m2、…之间的偏差均在5％以内；
几个波谷值之间数值接近表示n1、n2、…之间的偏差均在5％以内；
(5)发散振荡过程：如图6所示，若扰动过程中几个波峰值满足m1＜m2＜m3…，同时几个波谷值满足n1＞n2＞n3…，则判断该过程为发散振荡过程；
五、计算超调量A
(1)根据步骤四的扰动曲线分类，若扰动曲线为衰减振荡过程、或非周期过渡过程(有超调)、或等幅振荡过程、或发散振荡过程则开始计算扰动量及超调量，若为其他过程，则不计算扰动量及超调量，具体计算方法为：
A、扰动量b
扰动量b为设定值扰动前后的差值，并取绝对值，记为扰动量b；
如一次风压系统，其一次风压设定值在某一时刻从8700Pa变到9000Pa，则扰动量b＝|9000-8700|＝300；
B、超调量A
若为正向扰动(记为a＝1)，则超调量
若为负向扰动(记为a＝-1)，则超调量/>
六、计算稳定时间C
在扰动过程时间s内，实际值第一次进入稳态值且不再超出的时间计算，具体计算方法如下：
在扰动过程时间s内，从设定值发生扰动的时间t0(设定值开始变化的时刻)开始计算，到实际值与设定值偏差的绝对值第一次在规程规定范围内且不再越出该范围的时间ts为止，前后的时间差，即为稳定时间C＝ts-t0；
若在扰动过程时间s内仍未稳定，则取稳定时间C＝s；
规程规定范围的定义，跟步骤二中相同，即所述的规程规定范围为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中要求的稳态品质指标；
如一次风压控制系统稳态指标为±100Pa；
炉膛负压控制系统稳态指标为±100Pa；
以一次风压扰动为例，则从设定值发生扰动开始计算，到一次风压实际值与设定值偏差的绝对值第一次＜100Pa且不再越出该范围的时间为止，前后的时间差，即为稳定时间C＝ts-t0。
若系统在扰动过程时间s内仍未稳定，则取稳定时间C＝s；
除了发散振荡过程不需要计算稳定时间外，其他过程均可计算稳定时间，需要特殊说明的是，针对等幅振荡过程，如果m-r≈r-n＜该系统的稳态偏差，则仍认为该系统为稳定状态，仍会计算稳定时间，反之，则认为系统不稳定，不计算稳定时间。
七、回路品质评价
将步骤五、六计算得到的超调量A以及稳定时间C与规程标准进行比较，得到火电厂PID控制回路品质：
若无超调或超调量A＜规程要求的25％且稳定时间C满足规程要求，则该PID控制回路品质优良，无需调整；
若超调量A＞规程要求的25％且稳定时间C满足规程要求，则该PID控制回路系统调节作用偏强；需通过调整控制回路的PI参数，减弱比例作用；
若无超调或超调量A＜规程要求的25％且稳定时间C超出规程要求，则该PID控制回路系统调节偏慢；需通过调整控制回路的PI参数，增强积分作用；
若超调量A＞规程要求的25％且稳定时间C超出规程要求，则该PID控制回路系统调节作用偏强且调节偏慢；需通过调整控制回路的PI参数，减弱比例作用，同时增强积分作用。
所述规程要求为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中要求火电厂各个控制回路的超调量以及稳定时间。
经实际应用，本发明均取得了相同或相类似的结果，在某1000MW火电机组上实施后该评价方法后，取得的效果如下，选取一次风压系统和炉膛负压两个系统进行说明，如下表所示：
注：比例增益越大，比例作用越强；积分时间越小，积分作用越强。
如上表所示，针对一次风压系统，通过本发明方法计算得出系统无超调，稳定时间为97s(超出规程要求的60s)，判断为该系统调节偏慢，通过调整一次风压PID控制回路的PI参数，增强积分作用，在参数优化后，系统超调量为12.5％(满足规程要求的<25％)，稳定时间为55s(满足规程要求的<60s)。
针对炉膛负压系统，通过本发明方法计算得出系统超调量为32.3％(超出规程要求的25％)，稳定时间为122s(满足规程要求的180s)，判断为该系统调节作用偏强，需减弱调节作用，通过调整炉膛负压PID控制回路的PI参数，减弱比例作用，在参数优化后，系统超调量为14.8％(满足规程要求的<25％)，稳定时间为156s(满足规程要求的<60s)。
可见通过本方法中实时对控制回路调节品质进行评价，对于不符合规程要求的回路进行动态参数调整，使其达到规程要求，提高的系统的控制品质，为火电厂的经济、稳定运行提供了有力保障。
Claims (2)
1.一种火电厂PID控制回路品质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、数据预处理
(1)检测控制回路手、自动状态，当控制回路在自动状态时进行评价；
(2)采集被调量的测点质量信号，如果坏点，则不进行回路评价；
二、筛查有效扰动
根据系统采集的实时数据，筛查出有效扰动，判断为有效扰动的具体原则如下：
(1)判断设定值变化幅度及持续时间
判断设定值变化幅度是否符合要求的原则为：扰动幅度达到规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中规定的定值扰动幅度的0.5倍；
判断设定值发生阶跃后维持不变的持续时间原则为：持续时间大于规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中规定的稳定时间tn的1.1倍；
同时设定值变化幅度和持续时间同时满足以上原则则判断为有效扰动，否则判断为无效扰动；若扰动有效，则进入下一步；
(2)判断扰动发生前t时间内，控制回路实际值偏离设定值的偏差是否在规程规定范围内，若不在规定范围内则判断为无效扰动，若在规定范围内则进入下一步骤；
所述规程规定范围为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中要求的稳态品质指标；
(3)判断扰动发生前t时间内，判断机组负荷是否在稳定状态，具体原则如下：无升降负荷指令，且负荷稳态偏差在±1％Pe以内，即判断负荷在稳定状态，其中，Pe为机组额定容量；
三、选取有效的评价区间
筛查出有效扰动数据后，需要选取一定时间区间内的数据进行评价，而不是计算扰动后的所有时间，选取步骤如下：
(1)记录设定值开始变化的时刻t0；
(2)计算筛查出的有效扰动的过程时间s：
从设定值变化开始计时，若下次设定值在3tn时间内发生变化，则停止计时并记录当前时刻t1，则选取t0～t1时间段用来计算性能指标，则s＝t1-t0，1.1tn＜s＜3tn；
反之，若设定值在3tn时间内仍未发生变化，则3tn以后的数据不再参考，记录下当前时刻t2，则s＝t2-t0＝3tn；
四、扰动曲线分类
通过计算整个有效的阶跃扰动过程中所有的波峰值m与波谷值n，其中，波峰值m分别为m1、m2、…，波谷值n分别为n1、n2、…，并将波峰值、波谷值与设定值r进行比较，对响应曲线进行分类，类别包括以下几类：
(1)衰减振荡过程：若为正向扰动，则判断各个波峰值m与设计值r大小，若m1、m2、…均＞r，则判断该过程为衰减振荡过程；同理，若为负向扰动，则判断各个波谷值n与设计值r值大小，若n1、n2、…均＜r，也判断该过程为衰减振荡过程；
(2)有超调的非周期过渡过程：若正向扰动过程中只有一个波峰值m1且m1＞r，或负向扰动过程中只有一个波谷值n1且n1＜r，则判断该过程为有超调的非周期过渡过程；
(3)无超调的非周期过渡过程：若正向扰动过程中无波峰值且实际值始终小于设定值或负向扰动过程中无波谷值且实际值始终大于设定值，则判断该过程为无超调的非周期过渡过程；
(4)等幅振荡过程：若扰动过程中几个波峰值m之间数值接近，几个波谷值之间数值也接近，同时，m-r≈r-n，则判断该过程为等幅振荡过程；
(5)发散振荡过程：若扰动过程中几个波峰值满足m1＜m2＜m3…，同时几个波谷值满足n1＞n2＞n3…，则判断该过程为发散振荡过程；
五、计算超调量A
(1)根据步骤四的扰动曲线分类，若扰动曲线为衰减振荡过程、或有超调的非周期过渡过程、或等幅振荡过程、或发散振荡过程则开始计算扰动量及超调量，若为其他过程，则不计算扰动量及超调量，具体计算方法为：
A、扰动量b
扰动量b为设定值扰动前后的差值，并取绝对值，记为扰动量b；
B、超调量A
若为正向扰动，则超调量
若为负向扰动，则超调量/>
六、计算稳定时间C
在扰动过程时间s内，实际值第一次进入稳态值且不再超出的时间计算，具体计算方法如下：
在扰动过程时间s内，从设定值发生扰动的时间t0开始计算，到实际值与设定值偏差的绝对值第一次在规程规定范围内且不再越出该范围的时间ts为止，前后的时间差，即为稳定时间C＝ts-t0；所述规程规定范围为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T
657—2015)》中要求的稳态品质指标；
若在扰动过程时间s内仍未稳定，则取稳定时间C＝s；
七、回路品质评价
将步骤五、六计算得到的超调量A以及稳定时间C与规程标准进行比较，得到火电厂PID控制回路品质：
所述规程标准为规程《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程(DL/T 657—2015)》中要求火电厂各个控制回路的超调量以及稳定时间
若无超调或超调量A＜规程要求的25％且稳定时间C满足规程要求，则该PID控制回路品质优良，无需调整；
若超调量A＞规程要求的25％且稳定时间C满足规程要求，则该PID控制回路系统调节作用偏强；
若无超调或超调量A＜规程要求的25％且稳定时间C超出规程要求，则该PID控制回路系统调节偏慢；
若超调量A＞规程要求的25％且稳定时间C超出规程要求，则该PID控制回路系统调节作用偏强且调节偏慢。
2.根据权利要求1所述的火电厂PID控制回路品质评价方法，其特征在于，所述步骤二判断扰动发生前t时间内中t的取值为1min。
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