CN113552911A - 火电机组主蒸汽温度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组主蒸汽温度控制装置及方法，其中装置包括：PID控制器和温控调节阀；所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。本发明能够对火电机组主蒸汽进行温度控制，保证机组安全、稳定运行。

Description

火电机组主蒸汽温度控制装置及方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组维护技术领域，尤其涉及火电机组主蒸汽温度控制装置及方法。

背景技术

当前国内电网上的电源的构成复杂，为维持电网系统的安全稳定运行，常规火力发电机组需具备更高的变负荷速率，以满足电网的安全及考核要求；另一方面，由于国内煤炭资源、及电厂经济性的要求，燃煤煤质十分不稳定。火电机组维持较高的变负荷速率运行工况下，由于煤质波动及锅炉燃烧等因素影响，造成机组主蒸汽温度波动大等问题。

机组主蒸汽温度的波动，对机组蒸汽品质及升降负荷能力有直接影响。目前主蒸汽温度控制为带有导前温度控制的PID串级控制策略，温度设定值为机组负荷曲线，PID控制设计为带有负荷变参的比例、积分、微分控制。机组升降负荷时，仅通过PID参数的变化应对温度波动的自动调节模式，温控调节阀响应快速性不足，负荷稳定时不能有效的根据锅炉燃烧情况进行自动预测调整，进而难以保证机组安全、稳定运行。

发明内容

本发明实施例提供一种火电机组主蒸汽温度控制装置，用以对火电机组主蒸汽进行温度控制，保证机组安全、稳定运行，该装置包括：PID控制器和温控调节阀；

所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；

所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。

本发明实施例提供一种火电机组主蒸汽温度控制方法，用以对火电机组主蒸汽进行温度控制，保证机组安全、稳定运行，该方法包括：

PID控制器在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；

温控调节阀根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述火电机组主蒸汽温度控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述火电机组主蒸汽温度控制方法的计算机程序。

相对于现有技术中仅通过PID参数变化应对温度波动的自动调节方案而言，本发明实施例提供的火电机组主蒸汽温度控制装置包括PID控制器和温控调节阀；所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。本发明实施例在PID控制器参数变化自动调节模式的基础上增加超驰开关作用，在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出包含超驰作用量的超驰动作指令，然后由温控调节阀根据超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制，从而实现温控调节阀快速响应，保证机组安全、稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中火电机组主蒸汽温度控制装置结构图；

图2～图3为本发明具体实施例中火电机组主蒸汽温度控制流程；

图4为本发明实施例中火电机组主蒸汽温度控制方法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了对火电机组主蒸汽进行温度控制，保证机组安全、稳定运行，本发明实施例提供一种火电机组主蒸汽温度控制装置，如图1所示，该装置可以包括：PID控制器101和温控调节阀102；

所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；

所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。

由图1所示可以得知，本发明实施例提供的火电机组主蒸汽温度控制装置包括PID控制器和温控调节阀；所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。本发明实施例在PID控制器参数变化自动调节模式的基础上增加超驰开关作用，在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出包含超驰作用量的超驰动作指令，然后由温控调节阀根据超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制，从而实现温控调节阀快速响应，保证机组安全、稳定运行。

实施例中，主蒸汽温度偏差值为主蒸汽温度设定值与主蒸汽温度测量值的差值。

实施例中，所述PID控制器为PID串级控制器，所述PID串级控制器包含主调节PID控制器和副调节PID控制器。

实施例中，所述PID控制器具体用于：

在主蒸汽温度偏差值大于第一设定值且主蒸汽温变速率大于第二设定值时，向温控调节阀发出第一超驰动作指令，所述第一超驰动作指令中包含第一超驰作用量；

所述温控调节阀具体用于：根据所述第一超驰动作指令中包含的第一超驰作用量，调整阀门开度。

本实施例中，所述PID控制器进一步用于：

在主蒸汽温度偏差值大于第三设定值时，向温控调节阀发出第二超驰动作指令，所述第二超驰动作指令中包含第一超驰作用量和第二超驰作用量，所述第三设定值大于第一设定值；

所述温控调节阀进一步用于：根据所述第二超驰动作指令中包含的第一超驰作用量和第二超驰作用量，调整阀门开度。

本实施例中，所述温控调节阀进一步用于：根据所述第一超驰作用量与第二超驰作用量的加权结果，调整阀门开度。

本实施例中，所述PID控制器具体用于：

在主蒸汽温度偏差值小于第四设定值且主蒸汽温变速率小于第五设定值时，向温控调节阀发出第三超驰动作指令，所述第三超驰动作指令中包含第三超驰作用量；

所述温控调节阀具体用于：根据所述第三超驰动作指令中包含的第三超驰作用量，调整阀门开度。

本实施例中，所述PID控制器进一步用于：

在主蒸汽温度偏差值小于第六设定值时，向温控调节阀发出第四超驰动作指令，所述第四超驰动作指令中包含第三超驰作用量和第四超驰作用量，所述第六设定值小于第四设定值；

所述温控调节阀进一步用于：根据所述第四超驰动作指令中包含的第三超驰作用量和第四超驰作用量，调整阀门开度。

本实施例中，所述温控调节阀进一步用于：根据所述第三超驰作用量与第四超驰作用量的加权结果，调整阀门开度。

发明人发现，火电机组主蒸汽温度通常通过二级减温器调节阀门，从而调整减温水流量实现温度的控制。在机组正常运行下，主蒸汽温度控制分为手动、自动状态，手动状态下，由运行人员自主判断温度变化情况及温度目标值的需要，进行调节阀的开关动作；自动状态下，由运行人员在DCS画面操作端中，点击按钮投入自动，根据机组负荷的需要改变温度设定值，实现调节阀自动开关动作。火电机组主蒸汽温度控制当前常规设计为PID串级控制，如图2所示。其中，PID串级控制器包含主调节PID控制器和副调节PID控制器。其中，主调节PID控制器中，主蒸汽温度作为被控对象，机组负荷对应温度作为设定值，主调节PID控制器输出为副调节PID控制器的设定值，即：二级减温器出口温度设定值；副调节PID控制器中，二级减温器出口温度作为被控对象，副调输出为温控调节阀指令。主、副调控制器的比例、积分参数分别为机组负荷对应的函数曲线。其中，比例、积分的曲线通过扰动试验获得：机组处于各稳定负荷工况下，通过对主蒸汽温度控制系统进行扰动试验，获得每个工况下的最优参数；将此作为参数函数的基础，在机组升降负荷过程中，对参数曲线进行验证及优化，以避免参数变化造成的温度控制波动。然而，机组升降负荷时，仅通过PID参数的变化应对温度波动的自动调节模式，温控调节阀响应快速性不足，负荷稳定时不能有效的根据锅炉燃烧情况进行自动预测调整，进而难以保证机组安全、稳定运行。因此，为实现温度控制的超前预测控制及自调整动作，发明人在PID控制器上增加了温控调节阀的基于温度偏差及温度变化速率的超驰开关作用。在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出包含超驰作用量的超驰动作指令，然后由温控调节阀根据超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制，从而实现温控调节阀快速响应，保证机组安全、稳定运行。

具体实施时，当机组主蒸汽温度处于自动控制状态时，当出现主蒸汽温度偏差值大于第一设定值K1且主蒸汽温变速率大于第二设定值V1时，立即向温控调节阀发出第一超驰动作指令，根据第一超驰动作指令中的第一超驰作用量对调节温控调节阀进行超驰开关动作，对温度变化趋势快速响应，当任一条件不满足时，将超驰动作的开度复位，恢复正常PID自动控制；

当出现主蒸汽温度偏差值在上述基础上，继续增大到第三设定值K2(K1的绝对值小于K2的绝对值)时，立即向温控调节阀发出第二超驰动作指令，根据第二超驰动作指令中的第一超驰作用量和第二超驰作用量对调节温控调节阀进行超驰开关动作，其中，对第一超驰作用量与第二超驰作用量进行加权计算，权重根据需要进行设定，并根据加权的结果调整阀门开度，做到迅速响应，当温度偏差恢复到该数值范围内，将超驰动作的开度复位，恢复正常PID控制；

当机组主蒸汽温度处于自动控制状态时，当出现主蒸汽温度偏差值小于第四设定值(可以设置为K1的相反数-K1)且主蒸汽温变速率小于第五设定值(可以设置为V1的相反数-V1)时，立即向温控调节阀发出第三超驰动作指令，根据第三超驰动作指令中的第三超驰作用量对调节温控调节阀进行超驰开关动作，对温度变化趋势快速响应，当任一条件不满足时，将超驰动作的开度复位，恢复正常PID自动控制；

当出现主蒸汽温度偏差值在上述基础上，继续下降到第六设定值(可以设置为K2的相反数-K2，其中K1的绝对值小于K2的绝对值)时，立即向温控调节阀发出第四超驰动作指令，根据第四超驰动作指令中的第三超驰作用量和第四超驰作用量对调节温控调节阀进行超驰开关动作，其中，对第三超驰作用量与第四超驰作用量进行加权计算，权重根据需要进行设定，并根据加权的结果调整阀门开度，做到迅速响应，当温度偏差恢复到该数值范围内，将超驰动作的开度复位，恢复正常PID控制；

触发条件发生后，在原自动控制状态下的阀门动作基础上，将阀门开度快速开启或关闭K3数值的开度，待触发条件消失，动作的K3数值量恢复，整个超驰动作不影响PID自动控制的运算。

需要说明的是，K2确定依据为：电厂的运行规程对机组正常运行下，主蒸汽温度波动的范围有要求，另外，结合机组设备特性、机组经济性、及安全性因素，将规程规定的温度波动裕度设定为K2；V及K1确定依据为：根据电厂运行规程，当温度波动偏离正常目标的报警值作为K1，而温变速率V则是机组保护逻辑中，规定的温变速率值，维持机组逻辑统一性；K3确定依据为：根据调节阀特性试验所得数据而定，在一稳定工况下，使温度变化K2数值量，所需动作的阀门开度量。

具体实施时，如图3所示，条件1与条件2不可能同时存在；条件3与条件4不可能同时存在；在加权计算中，针对每一路信号的加权系数可设定为1，也可根据调节阀特性进行系数修正。当仅条件1发生时，超驰动作量由0切换至常量1(第一超驰作用量)，经过两层加权计算至最终超驰作用量(其他为0，得到的最终结果为第一超驰作用量)中，叠加到调节阀开度上，也即将超驰量与副调PID输出值，经过加法功能块计算，结果作为调节阀开度指令；当仅条件2发生时，超驰动作量由0切换至常量2(第三超驰作用量)，经过两层加权计算至最终超驰作用量(其他为0，得到的最终结果为第三超驰作用量)中，叠加到调节阀开度上；当条件3发生时，超驰动作量由0切换至常量3，经过两层加权计算，至最终超驰作用量中，叠加到调节阀开度上；当条件4发生时，超驰动作量由0切换至常量4，经过两层加权计算，至最终超驰作用量中，叠加到调节阀开度上；当条件1与条件3均发生时，则超驰作用为常量1+常量3，同时叠加值调节阀开度上；当条件2与条件4均发生时，则超驰作用为常量2+常量4，同时叠加值调节阀开度上。需要说明的是，应用中存在条件3单独发生的情况，条件1单独发生的情况，也存在条件1与条件3同时发生的情况；同理存在条件4单独发生的情况，条件2单独发生的情况，也存在条件2与条件4同时发生的情况，但条件1、3与条件2、4是对立的，不可能同时发生。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种利用上述装置进行火电机组主蒸汽温度控制的方法，如下面的实施例所述。由于这些解决问题的原理与火电机组主蒸汽温度控制装置相似，因此方法的实施可以参见装置的实施，重复之处不再赘述。

图4为本发明实施例中火电机组主蒸汽温度控制方法示意图，如图4所示，该方法包括：

步骤401、PID控制器在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；

步骤402、温控调节阀根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。

一个实施例中，PID控制器在主蒸汽温度偏差值大于第一设定值且主蒸汽温变速率大于第二设定值时，向温控调节阀发出第一超驰动作指令，所述第一超驰动作指令中包含第一超驰作用量，所述温控调节阀根据所述第一超驰动作指令中包含的第一超驰作用量，调整阀门开度；

所述PID控制器在主蒸汽温度偏差值大于第三设定值时，向温控调节阀发出第二超驰动作指令，所述第二超驰动作指令中包含第一超驰作用量和第二超驰作用量，所述第三设定值大于第一设定值，所述温控调节阀根据所述第二超驰动作指令中包含的第一超驰作用量和第二超驰作用量，调整阀门开度，其中，所述温控调节阀根据所述第一超驰作用量与第二超驰作用量的加权结果，调整阀门开度；

所述PID控制器在主蒸汽温度偏差值小于第四设定值且主蒸汽温变速率小于第五设定值时，向温控调节阀发出第三超驰动作指令，所述第三超驰动作指令中包含第三超驰作用量，所述温控调节阀根据所述第三超驰动作指令中包含的第三超驰作用量，调整阀门开度；

所述PID控制器在主蒸汽温度偏差值小于第六设定值时，向温控调节阀发出第四超驰动作指令，所述第四超驰动作指令中包含第三超驰作用量和第四超驰作用量，所述第六设定值小于第四设定值，所述温控调节阀根据所述第四超驰动作指令中包含的第三超驰作用量和第四超驰作用量，调整阀门开度，其中，所述温控调节阀根据所述第三超驰作用量与第四超驰作用量的加权结果，调整阀门开度。

综上所述，本发明实施例提供的火电机组主蒸汽温度控制装置包括PID控制器和温控调节阀；所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。本发明实施例在PID控制器参数变化自动调节模式的基础上增加超驰开关作用，在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出包含超驰作用量的超驰动作指令，然后由温控调节阀根据超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制，从而实现温控调节阀快速响应，保证机组安全、稳定运行。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，包括：PID控制器和温控调节阀；

所述PID控制器，用于在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；

所述温控调节阀，用于根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。

2.如权利要求1所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述PID控制器为PID串级控制器，所述PID串级控制器包含主调节PID控制器和副调节PID控制器。

3.如权利要求1所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述PID控制器具体用于：

在主蒸汽温度偏差值大于第一设定值且主蒸汽温变速率大于第二设定值时，向温控调节阀发出第一超驰动作指令，所述第一超驰动作指令中包含第一超驰作用量；

所述温控调节阀具体用于：根据所述第一超驰动作指令中包含的第一超驰作用量，调整阀门开度。

4.如权利要求3所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述PID控制器进一步用于：

在主蒸汽温度偏差值大于第三设定值时，向温控调节阀发出第二超驰动作指令，所述第二超驰动作指令中包含第一超驰作用量和第二超驰作用量，所述第三设定值大于第一设定值；

所述温控调节阀进一步用于：根据所述第二超驰动作指令中包含的第一超驰作用量和第二超驰作用量，调整阀门开度。

5.如权利要求4所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述温控调节阀进一步用于：根据所述第一超驰作用量与第二超驰作用量的加权结果，调整阀门开度。

6.如权利要求1所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述PID控制器具体用于：

在主蒸汽温度偏差值小于第四设定值且主蒸汽温变速率小于第五设定值时，向温控调节阀发出第三超驰动作指令，所述第三超驰动作指令中包含第三超驰作用量；

所述温控调节阀具体用于：根据所述第三超驰动作指令中包含的第三超驰作用量，调整阀门开度。

7.如权利要求6所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述PID控制器进一步用于：

在主蒸汽温度偏差值小于第六设定值时，向温控调节阀发出第四超驰动作指令，所述第四超驰动作指令中包含第三超驰作用量和第四超驰作用量，所述第六设定值小于第四设定值；

所述温控调节阀进一步用于：根据所述第四超驰动作指令中包含的第三超驰作用量和第四超驰作用量，调整阀门开度。

8.如权利要求7所述的火电机组主蒸汽温度控制装置，其特征在于，所述温控调节阀进一步用于：根据所述第三超驰作用量与第四超驰作用量的加权结果，调整阀门开度。

9.一种利用权利要求1-8任一所述的装置进行火电机组主蒸汽温度控制方法，其特征在于，包括：

PID控制器在主蒸汽温度偏差值和主蒸汽温变速率同时超出设定范围时向温控调节阀发出超驰动作指令，所述超驰动作指令中包含超驰作用量；

温控调节阀根据所述超驰动作指令进行火电机组主蒸汽温度控制。

10.如权利要求9所述的火电机组主蒸汽温度控制方法，其特征在于，PID控制器在主蒸汽温度偏差值大于第一设定值且主蒸汽温变速率大于第二设定值时，向温控调节阀发出第一超驰动作指令，所述第一超驰动作指令中包含第一超驰作用量，所述温控调节阀根据所述第一超驰动作指令中包含的第一超驰作用量，调整阀门开度；

所述PID控制器在主蒸汽温度偏差值大于第三设定值时，向温控调节阀发出第二超驰动作指令，所述第二超驰动作指令中包含第一超驰作用量和第二超驰作用量，所述第三设定值大于第一设定值，所述温控调节阀根据所述第二超驰动作指令中包含的第一超驰作用量和第二超驰作用量，调整阀门开度，其中，所述温控调节阀根据所述第一超驰作用量与第二超驰作用量的加权结果，调整阀门开度；

所述PID控制器在主蒸汽温度偏差值小于第四设定值且主蒸汽温变速率小于第五设定值时，向温控调节阀发出第三超驰动作指令，所述第三超驰动作指令中包含第三超驰作用量，所述温控调节阀根据所述第三超驰动作指令中包含的第三超驰作用量，调整阀门开度；

所述PID控制器在主蒸汽温度偏差值小于第六设定值时，向温控调节阀发出第四超驰动作指令，所述第四超驰动作指令中包含第三超驰作用量和第四超驰作用量，所述第六设定值小于第四设定值，所述温控调节阀根据所述第四超驰动作指令中包含的第三超驰作用量和第四超驰作用量，调整阀门开度，其中，所述温控调节阀根据所述第三超驰作用量与第四超驰作用量的加权结果，调整阀门开度。

Images