CN113325693A - 用于scr脱硝系统的改进型pid控制方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脱硝技术领域，是一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法、装置，前者包括当前脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；主PID控制器微调输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值；副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。本发明中在典型PID的基础上，将微分项乘以被控对象传递函数达到最优控制目的，克服现有基于典型PID控制算法的SCR脱硝系统大迟延、大惯性、非线性的控制难点。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱硝技术领域，是一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法、装置。
背景技术
现有SCR脱硝系统具有大迟延、大惯性、非线性的控制难点，并存在未知的外部干扰因素。为了提高控制效果，目前多使用典型PID控制算法进行SCR脱硝系统的控制，但该方式易使众多机组SCR脱硝系统都无法投入自动运行，此时需通过手动控制运行，手动控制会增加运行人员劳动量，即为了不让SCR脱硝系统出口NOX化物超标，运行人员会适当的增大喷氨流量控制阀开度，由此会造成电厂的耗氨量会增加，使得SCR脱硝系统的经济性要下降，因此型PID控制算法无法达到对SCR脱硝系统的理想控制效果。
发明内容
本发明提供了一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法、装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决用于SCR脱硝系统的典型PID控制算法存在的易引入高频干扰，对于大迟延、大惯性的SCR脱硝系统的调节作用小，造成易使众多机组SCR脱硝系统都无法投入自动运行的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，包括：
获取当前脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；
主PID控制器微调输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值；
副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法的主PID控制器算法，包括：
获取SCR脱硝系统的被控对象传递函数G(s)：
主PID控制器算法为：
其中，KP为比例增益；KI为积分增益；TI为积分时间；KD为微分增益；TD为微分时间；E(s)为输入变量。
上述获取当前脱硝所需的喷氨需求量，包括：
获取入口NOx含量与出口NOx设定值的差值；
获得烟气流量，将入口NOx含量与出口NOx设定值的差值和烟气流量做乘法，确定烟气中的NOx含量；
根据烟气中的NOx含量，确定当前脱硝所需的喷氨需求量。
上述主PID控制器对喷氨需求量进行微调时，通过出口NOx含量与出口NOx设定值的差值对喷氨需求量进行微调。
上述副PID控制器调整输出的喷氨控制阀开度作用于喷氨控制阀，调节尿素溶液流量。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制装置，包括：
第一变量获取单元，获取当前脱硝所需的喷氨需求量；
主PID控制器，将脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；
副PID控制器，副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述第一变量获取单元包括：
差值确定模块，获取入口NOx含量与出口NOx设定值的差值；
第一处理模块，获得烟气流量，将入口NOx含量与出口NOx设定值的差值和烟气流量做乘法，确定烟气中的NOx含量；
第二处理模块，根据烟气中的NOx含量，确定当前脱硝所需的喷氨需求量。
本发明中在典型PID的基础上，将其微分项乘以被控对象传递函数来达到最优控制目的，克服现有基于典型PID控制算法的SCR脱硝系统大迟延、大惯性、非线性的控制难点。使得众多机组SCR脱硝系统都能系自动投入自动运行，无需通过手动控制运行，保证了对SCR脱硝系统的控制效果。
附图说明
附图1为本发明实施例1的方法流程图。
附图2为本发明实施例2的方法流程图。
附图3为本发明SCR脱硝系统的摩尔比串级控制SAMA图。
附图4为本发明实施例3的结构框图。
附图5为本发明实施例4中典型PID控制算法对SCR脱硝系统控制的响应曲线。
附图6为本发明实施例4中改进PID控制算法对SCR脱硝系统控制的响应曲线。
附图7为本发明实施例5中改进型PID控制算法对SCR脱硝系统控制的效果图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1、3所示，本实施例公开了一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，包括：
S101，获取当前脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；这里主PID控制器对喷氨需求量进行微调时，通过出口NOx含量与出口NOx设定值的差值对喷氨需求量进行微调；
S102，主PID控制器微调输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值；
S103，副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。这里副PID控制器调整输出的喷氨控制阀开度作用于喷氨控制阀，调节尿素溶液流量。
上述步骤S101和步骤S103中主PID控制器和副PID控制器的微分项均需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法，微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法的主PID控制器算法与副PID控制器算法相同，其中，微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法的主PID控制器算法，包括：
1、获取SCR脱硝系统的被控对象传递函数G(s)：
其中，Y(s)为被调量，即SCR脱硝系统出口的NOX化物浓度；U(s)为调节量，即尿素溶液流量；
2、主PID控制器算法为：
其中，KP为比例增益；KI为积分增益；TI为积分时间；KD为微分增益；TD为微分时间；E(s)为输入变量。
由于在典型PID控制算法中，微分可改善系统的动态特性，加快系统的动作速度，减少调节时间，但也易引入高频干扰，在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足，典型PID控制算法
其中微分项CD(s)＝KD×TDs×E(s)，微分项也可以写成CD(k)＝KD×TDs×(e(k)-e(k-1))，微分项的输出仅在第一个周期起激励作用，对于大迟延、大惯性的系统，其调节作用很小，不能达到超前控制误差的目的；CD(k)的幅值KD×TD一般比较大，容易造成计算机数据溢出；此外CD(k)过大、过快的变化，对执行机构也会造成不利的影响。
故而本发明中在典型PID的基础上，将其微分项乘以CR脱硝系统的被控对象传递函数，从而采用一个带惯性的微分环节克服现有基于典型PID控制算法的SCR脱硝系统大迟延、大惯性、非线性的控制难点，实现对SCR脱硝系统最优控制的目的。使得众多机组SCR脱硝系统都能系自动投入自动运行，无需通过手动控制运行，保证了对SCR脱硝系统的控制效果。
实施例2：如附图2、3所示，本实施例公开了一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，包括：
S201，获取入口NOx含量与出口NOx设定值的差值；
S202，获得烟气流量，将入口NOx含量与出口NOx设定值的差值和烟气流量做乘法，确定烟气中的NOx含量；
S203，根据烟气中的NOx含量，确定当前脱硝所需的喷氨需求量；这里通过设定的函数，根据烟气中的NOx含量确定当前脱硝所需的喷氨需求量，其函数根据烟气中的NOx含量与当前脱硝所需的喷氨需求量的历史对应值推到产生，其函数关系如表1所示；
S204，当前脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；S205，主PID控制器微调输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值；
S206，副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。
实施例3：如附图4所示，本实施例公开了一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制装置，包括：
第一变量获取单元，获取当前脱硝所需的喷氨需求量；
主PID控制器，将脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；
副PID控制器，副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。
其中第一变量获取单元包括：
差值确定模块，获取入口NOx含量与出口NOx设定值的差值；
第一处理模块，获得烟气流量，将入口NOx含量与出口NOx设定值的差值和烟气流量做乘法，确定烟气中的NOx含量；
第二处理模块，根据烟气中的NOx含量，确定当前脱硝所需的喷氨需求量。
实施例4：用典型PID控制算法对SCR脱硝系统进行控制，设定输入为单位阶跃函数，运用matlab仿真典型PID控制算法对SCR脱硝系统的控制，整定出的调节器参数如下：主调比例增益KP＝0.9，积分时间TI＝760s(秒)，微分增益KD＝0，微分时间TD＝0，副调比例增益KP＝1.0，积分时间TI＝200s(秒)，微分增益KD＝0，微分时间TD＝0，matlab仿真典型PID控制算法对SCR脱硝系统控制的响应曲线如附图5所示；
用本发明改进型PID控制算法对SCR脱硝系统进行控制，设定输入为单位阶跃函数，运用matlab仿真改进型PID控制算法对SCR脱硝系统的控制，整定出的调节器参数如下：主调比例增益KP＝0.6，积分时间TI＝470s(秒)，微分增益KD＝0.72，微分时间TD＝1；副调比例增益KP＝1.0，积分时间TI＝200s(秒)，微分增益KD＝0，微分时间TD＝0，matlab仿真改进型PID控制算法对SCR脱硝系统控制的响应曲线如附图6所示；
比较附图5和附图6可知，本发明改进型PID控制算法对SCR脱硝系统控制的更稳、更准、更快。
实施例5：在某电厂分别使用本发明对SCR脱硝系统进行控制，获得如附图7所示的出口NOx浓度与出口NOx浓度设定值的比较结果，可以看出改进型PID控制算法对SCR脱硝系统控制的效果稳定且有效。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
烟气中的NOx含量与脱硝所需的喷氨需求量的函数关系表
| X(m3/h) | 6000 | 7500 | 15000 | 16000 |
| Y(m3/h) | 20 | 23 | 149 | 154 |
Claims (10)
1.一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，包括：
获取当前脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；主PID控制器微调输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值；
副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。
2.根据权利要求1所述的用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法的主PID控制器算法，包括：
获取SCR脱硝系统的被控对象传递函数G(s)：
主PID控制器算法为：
其中，KP为比例增益；KI为积分增益；TI为积分时间；KD为微分增益；TD为微分时间；E(s)为输入变量。
3.根据权利要求1或2所述的用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述获取当前脱硝所需的喷氨需求量，包括：
获取入口NOx含量与出口NOx设定值的差值；
获得烟气流量，将入口NOx含量与出口NOx设定值的差值和烟气流量做乘法，确定烟气中的NOx含量；
根据烟气中的NOx含量，确定当前脱硝所需的喷氨需求量。
4.根据权利要求1或2所述的用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述主PID控制器对喷氨需求量进行微调时，通过出口NOx含量与出口NOx设定值的差值对喷氨需求量进行微调。
5.根据权利要求3所述的用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述主PID控制器对喷氨需求量进行微调时，通过出口NOx含量与出口NOx设定值的差值对喷氨需求量进行微调。
6.根据权利要求1或2或5所述的用于SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述副PID控制器调整输出的喷氨控制阀开度作用于喷氨控制阀，调节尿素溶液流量。
7.根据权利要求3所述的SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述副PID控制器调整输出的喷氨控制阀开度作用于喷氨控制阀，调节尿素溶液流量。
8.根据权利要4所述的SCR脱硝系统的改进型PID控制方法，其特征在于，所述副PID控制器调整输出的喷氨控制阀开度作用于喷氨控制阀，调节尿素溶液流量。
9.一种用于SCR脱硝系统的改进型PID控制装置，其特征在于，包括：
第一变量获取单元，获取当前脱硝所需的喷氨需求量；
主PID控制器，将脱硝所需的喷氨需求量作为主PID控制器的前馈，主PID控制器对喷氨需求量进行微调，输出的喷氨需求量作为副PID控制器的喷氨设定值，其中主PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法；
副PID控制器，副PID控制器根据喷氨设定值与喷氨流量之差，调整输出喷氨控制阀开度，其中副PID控制器的微分项需与SCR脱硝系统的被控对象传递函数做乘法。
10.根据权利要求9所述的用于SCR脱硝系统的改进型PID控制装置，其特征在于，所述第一变量获取单元包括：
差值确定模块，获取入口NOx含量与出口NOx设定值的差值；
第一处理模块，获得烟气流量，将入口NOx含量与出口NOx设定值的差值和烟气流量做乘法，确定烟气中的NOx含量；
第二处理模块，根据烟气中的NOx含量，确定当前脱硝所需的喷氨需求量。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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