CN113237050B - 一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法 - Google Patents

一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法 Download PDF

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    • F22D1/325—Schematic arrangements or control devices therefor

Abstract

一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法，包括高加进汽电动阀开度模块，高加进汽电动阀开度模块与减法模块连接，减法模块与函数模块连接，减法模块与比较模块相连，函数模块与脉冲模块连接，比较模块与脉冲模块连接，高加进汽温度专家函数曲线模块与减法模块的连接，高加进汽温度模块与减法模块连接，减法模块与函数模块连接，减法模块与比较模块相连，函数模块与脉冲模块连接，比较模块输出与脉冲模块连接，基于时间开环控制指令模块、脉冲模块同时与或块连接，或模块及自动控制高加暖管模块同时与与模块连接，与模块与控制输出模块连接。本发明实现由手动方式无扰切换至自动方式，达到灵活控制高加系统自动投运过程运行方式的目的。

Description

一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法。
背景技术
作为朗肯循环发电最重要的一个环节，回热加热是目前提升汽轮机效率的最有效手段，在刚开始投运高压加热器过程中，暖管不充分导致的高加振动、液位控制不精确导致的加热效率低及运行人员手动控制高加频繁退出，严重影响高加快速、安全、稳定投运。
目前，大部分火电厂采用运行人员手动投入高加系统，由于运行人员的操作经验不同，直接影响高加系统安全投运及投运时间，机组能量未充分利用，影响机组启动经济效益。同时，在高加系统投运初期，由于高加暖管不当而导致的高加疏水管道振动现象时有发生，严重影响高加系统的运行安全，另外如果没有控制高加给水进、出口温差上升速度，就会对高加内部产生较大的热冲击，从而引起整个高加系统的振动。系统剧烈振动会导致高压加热器水室管板上的U形管胀口因疲劳脱焊产生渗漏，加热器内部的U形管束与支架间产生动静摩擦，U形管管壁局部变薄，可能发生泄漏。从而造成恶性循环，严重影响高加系统的正常运行。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法，通过分析某电厂多次机组启动过程中，手动投入高压加热系统的过程数据，完成完善构建研究所需的数据模型，并且分别对高加抽汽电动阀门开度及高加进汽温度专家曲线进行拟合，在动态控制的基础上设置高加进汽温度温升率判断，当温升率过快时，闭锁高加抽汽电动阀修正指令保持当前状态，其中温升率过快的判断依据来自高加投入过程中的升温特性要求。结合专家线拟合过程中所得组合控制策略算法，最终得出实现高加系统自动投入控制策略。在机组启动过程中，运行人员可以通高加系统自动投入控制策略投切指令切换高加抽汽电动阀控制方式，实现由手动方式无扰切换至自动方式，以达到灵活控制高加系统自动投运过程运行方式的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统，包括高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块1、高加进汽电动阀开度模块2、高加进汽温度专家函数曲线模块3、高加进汽温度模块4和基于时间开环控制指令模块5；
所述高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块1与减法模块7的被减数端连接，高加进汽电动阀开度模块2与减法模块7的减数端连接，减法模块7输出与函数模块9的输入端连接，减法模块7输出与比较模块10第一端相连，函数模块9与脉冲模块13的脉冲时间端连接，比较模块10输出与脉冲模块13连接，高加进汽温度专家函数曲线模块3与减法模块8的被减数端连接，高加进汽温度模块4与减法模块8的减数端连接，减法模块8输出与调整函数模块11的输入端连接，减法模块8输出与比较模块12第一端相连，调整函数模块11与脉冲模块14的脉冲时间端连接，比较模块12输出与脉冲模块14连接，基于时间开环控制指令模块5、脉冲模块13输出、脉冲模块14输出同时与或模块15连接，或模块15及自动控制高加暖管模块6输出同时与与模块16输入端连接，与模块16输出与控制输出模块17输入端连接。
所述调整函数模块9的对应关系根据现场实际情况实时调整，调整函数模块9调整方向根据t时刻高加进汽电动阀指令专家线输出值模块1与t时刻高加进汽电动阀开度模块2偏差值调整，减法模块7输出偏差越大时，则调整函数模块9输出值越大，反之，减法模块7输出偏差越小，调整函数模块9输出越小。
所述调整函数模块11的对应关系根据现场实际情况实时调整，调整函数模块11调整方向根据高加进汽温度专家函数曲线模块3与高加进汽温度模块4偏差调整，减法模块8输出偏差越大时，则调整函数模块(11)输出值越大，反之，减法模块8输出偏差越小，调整函数模块11输出越小。
所述高加抽汽电动阀指令输出模块17输出端通过DCS系统开关量输出卡件控制高加抽汽电动阀。
一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统的运行方法，包括以下步骤；
步骤一：
通过分析多次手动投运高加暖管数据，拟合得到自变量为t的高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块1及高加进汽温度专家函数曲线模块3；
步骤二：
通过投入自动控制高加暖管模块6开始计时，用t时刻高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块1输出开度值减去t时刻高加抽汽电动阀反馈值模块2，比较模块10输入偏差大于一定值时，比较模块10输出为1，即自动开高加进汽电动阀，并通过减法模块7输出偏差大小调整自动开高加进汽电动阀模块17时间；
步骤三：
用t时刻高加进汽温度专家函数曲线模块3输出开度值减去t时刻高加进汽温度模块4，比较模块12输入偏差大于一定值时，比较模块12输出为1，即自动开高加进汽电动阀，并通过减法模块8输出偏差大小调整自动开高加进汽电动阀模块17时间；
步骤四：
得到所述步骤二与步骤三专家曲线修正结果后，通过叠加常规基于时间开度指令模块5，最终得到基于数据模型高压加热器自动暖管控制算法输出。
所述步骤一为获取多次手动高加暖管数据，应用仿真拟合软件Matlab(R2019b)得到高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块1及高加进汽温度专家函数曲线模块3。
所述步骤二为应用在t时刻高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块1输出值减去t时刻高加进汽电动阀开度模块2得到闭环修正量，再通过函数模块9修正，得到高加进汽电动阀闭环修正量。
所述步骤三为应用在t时刻高加进汽温度专家函数曲线模块3输出值减去t时刻高加进汽温度模块4得到闭环修正量，再通过调整函数模块11修正，得到根据实时温度修正的闭环修正量。
所述步骤四为根据实时开度修正的闭环修正量叠加实时温度修正的闭环修正量及在t时刻基于时间开环控制指令模块5作用，最终得到自动控制高加进汽电动阀指令。
本发明的有益效果：
基于数据模型高压加热器自动暖管技术的应用进行了研究，通过对多次手动高加投运数据进行拟合得出高加抽汽阀门开度专家线与高加进汽温度升温专家线，再根据高加运行特性融合至控制策略中。在投运本控制策略后，缩短高加系统暖管时间，高加疏水得到快速回收，减少机组启动耗时及耗能，同时从根本上杜绝了由于人为操作不当等原因可能造成设备系统运行安全的风险，达到了节能增效及无人值守的目的。
附图说明
图1为本发明的系统逻辑示意图。
其中，1为高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块、2为高加进汽电动阀开度模块、3为高加进汽温度专家函数曲线模块、4为高加进汽温度模块、5为基于时间开度指令模块、6为自动暖管投入模块、7为减法模块、8为减法模块、9为调整函数模块、10为比较模块、11为调整函数模块、12为比较模块、13为脉冲模块、14为脉冲模块、15为或模块、16为与模块、17为高加抽汽电动阀指令输出模块。
图2为高压加热器自动投运数据示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
在十堰某电厂进行动态投运验证，以1号高加全自动投运为例，参考图1，本发明所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统及方法，一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统，包括高加进汽电动阀指令专家函数曲线)模块1、高加进汽电动阀开度模块2、高加进汽温度专家函数曲线F(t2)模块3、高加进汽温度模块4、基于时间开度指令模块5、自动暖管投入模块6、减法模块7、减法模块8、调整函数模块9、比较模块10、调整函数模块11、比较模块12、脉冲模块13、脉冲模块14、或模块15、与模块16、高加抽汽电动阀指令输出模块17。
通过采用Matlab(R2019b)对多次手动高加系统暖管启动过程数据汇总分析，分别得到高加抽汽电动阀阀门开(％)与高加进汽温度(℃)随时间变化的具体点值范围，通过对点值范围进行数据分析和相应计算，继而通过进行曲线拟合，分别得到高加进汽电动阀指令专家函数曲线F(t1)＝106.7*e(-0.05008*t1)-5.643*e(-1.799*t1)与高加进汽温度专家函数曲线F(t2)＝266.6*e(0.04104*t2)-0.004745*e(-6.047*t2)。
所述应用高加进汽电动阀指令专家线F(t1)模块1与减法模块7的被减数端连接，高加进汽电动阀开度模块2与减法模块7的减数端连接，减法模块7输出与函数模块9的输入端连接，减法模块7输出与比较模块10第一端相连，函数模块9与脉冲模块13的脉冲时间端连接，比较模块10输出与脉冲模块13连接，高加进汽温度专家函数曲线模块3与减法模块8的被减数端连接，高加进汽温度模块4与减法模块8的减数端连接，减法模块8输出与函数模块11的输入端连接，减法模块8输出与比较模块12第一端相连，函数模块11与脉冲模块14的脉冲时间端连接，比较模块12输出与脉冲模块14连接，基于时间开环控制指令模块5、脉冲模块13输出、脉冲模块14输出同时与或块15连接，或模块15输出及自动暖管投入同时与与模块16输入端连接，与模块16输出与控制输出模块17输入端连接。
所述调整函数模块9的对应关系根据现场实际情况实时调整，调整函数模块9调整方向根据t时刻高加进汽电动阀指令专家线输出值模块1与t时刻高加进汽电动阀开度模块2偏差值调整，减法模块7输出偏差越大时，则调整函数模块9输出值越大，反之，减法模块7输出偏差越小，调整函数模块9输出越小。
所述调整函数模块11的对应关系根据现场实际情况实时调整，调整函数模块11调整方向根据高加进汽温度专家函数曲线模块3与高加进汽温度模块4偏差调整，减法模块8输出偏差越大时，则调整函数模块(11)输出值越大，反之，减法模块8输出偏差越小，调整函数模块11输出越小。高加进汽温度专家函数曲线模块
所述高加抽汽电动阀指令输出模块17输出端通过DCS系统开关量输出卡件控制高加抽汽电动阀。
如图2所示在高加自动投运暖管初期，基于数据模型高压加热器自动暖管方法自动控制温升率比专家线的温升率更为平缓，能有效降低高加系统在投运初期暖管时汽水冲击所造成的振动现象，在投运后期本控制策略很快将高加抽汽电动阀全开，相比于手动暖管专家线更快，缩短高加系统暖管时间，提高机组启动运行的安全性能及经济效益。

Claims (9)

1.一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统，其特征在于，包括高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块(1)、高加进汽电动阀开度模块(2)、高加进汽温度专家函数曲线模块(3)、高加进汽温度模块(4)和基于时间开环控制指令模块(5)；
所述高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块(1)与减法模块一(7)的被减数端连接，高加进汽电动阀开度模块(2)与减法模块一(7)的减数端连接，减法模块一(7)输出与调整函数模块一(9)的输入端连接，减法模块一(7)输出与比较模块一(10)第一端相连，调整函数模块一(9)与脉冲模块一(13)的脉冲时间端连接，比较模块一(10)输出与脉冲模块一(13)连接，高加进汽温度专家函数曲线模块(3)与减法模块二(8)的被减数端连接，高加进汽温度模块(4)与减法模块二(8)的减数端连接，减法模块二(8)输出与调整函数模块二(11)的输入端连接，减法模块二(8)输出与比较模块二(12)第一端相连，调整函数模块二(11)与脉冲模块二(14)的脉冲时间端连接，比较模块二(12)输出与脉冲模块二(14)连接，基于时间开环控制指令模块(5)、脉冲模块一(13)输出、脉冲模块二(14)输出同时与或模块(15)连接，或模块(15)及自动控制高加暖管模块(6)输出同时与与模块(16)输入端连接，与模块(16)输出与高加抽汽电动阀指令输出模块(17)输入端连接；
高加进汽电动阀指令专家函数曲线F1(t)＝106.7*e(-0.05008*t)-5.643*e(-1.799*t)与高加进汽温度专家函数曲线F2(t)＝266.6*e(0.04104*t)-0.004745*e(-6.047*t)。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统，其特征在于，所述调整函数模块一(9)的对应关系根据现场实际情况实时调整，调整函数模块一(9)调整方向根据高加进汽电动阀指令专家线与高加进汽电动阀开度偏差调整，输入偏差大，则输出值大，反之，输入偏差小，输出小值。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统，其特征在于，所述调整函数模块二(11)的对应关系根据现场实际情况实时调整，调整函数模块二(11)调整方向根据高加进汽温度专家线与高加进汽温度偏差调整，输入偏差大，则输出值大，反之，输入偏差小，输出小值。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统，其特征在于，所述高加抽汽电动阀指令输出模块(17)输出端通过DCS系统开关量输出卡件控制高加抽汽电动阀。
5.基于权利要求1-4任一项所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一：
通过分析多次手动投运高加暖管数据，拟合得到自变量为t的高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块(1)及高加进汽温度专家函数曲线模块(3)；
步骤二：
通过投入自动控制高加暖管模块(6)开始计时，用t时刻高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块(1)输出开度值减去t时刻高加抽汽电动阀反馈值模块(2)，比较模块一(10)输入偏差大于一定值时，比较模块一(10)输出为1，即自动开高加进汽电动阀，并通过减法模块一(7)输出偏差大小调整自动开高加进汽电动阀模块(17)时间；
步骤三：
用t时刻高加进汽温度专家函数曲线模块(3)输出开度值减去t时刻高加进汽温度模块(4)，比较模块二(12)输入偏差大于一定值时，比较模块二(12)输出为1，即自动开高加进汽电动阀，并通过减法模块二(8)输出偏差大小调整自动开高加进汽电动阀模块(17)时间；
步骤四：
得到所述步骤二与步骤三专家曲线修正结果后，通过叠加常规基于时间开度指令模块(5)，最终得到基于数据模型高压加热器自动暖管控制算法输出。
6.根据权利要求5所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统的运行方法，其特征在于，所述步骤一为获取多次手动高加暖管数据，应用仿真拟合软件Matlab(R2019b)得到高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块(1)及高加进汽温度专家函数曲线模块(3)。
7.根据权利要求5所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统的运行方法，其特征在于，所述步骤二为应用在t时刻高加进汽电动阀指令专家函数曲线模块(1)输出值减去t时刻高加进汽电动阀开度模块(2)得到闭环修正量，再通过调整函数模块一(9)修正，得到高加进汽电动阀闭环修正量。
8.根据权利要求5所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统的运行方法，其特征在于，所述步骤三为应用在t时刻高加进汽温度专家函数曲线模块(3)输出值减去t时刻高加进汽温度模块(4)得到闭环修正量，再通过调整函数模块二(11)修正，得到根据实时温度修正的闭环修正量。
9.根据权利要求5所述的一种基于数据模型高压加热器自动暖管系统的运行方法，其特征在于，所述步骤四为根据实时开度修正的闭环修正量叠加实时温度修正的闭环修正量及在t时刻基于时间开环控制指令模块(5)作用，最终得到自动控制高加进汽电动阀指令。
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