CN113803121B - 低压汽轮机的自动控制方法及系统、发电系统 - Google Patents

低压汽轮机的自动控制方法及系统、发电系统 Download PDF

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Abstract

本申请属于自动控制技术领域，具体涉及一种拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法，低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，该方法包括：S10、获取异步发电机实时的电功率测量值、预设的电功率设定值和电功率限定值；S20、计算电功率测量值和电功率限定值的偏差值，根据偏差值选择通过PID运算得到开度调节值、反馈控制进汽调节阀的开度或者通过比例调节器输出增益值控制进汽调节阀关闭。通过本申请的方法调节汽轮机的进汽量可以有效控制汽轮异步发电机的输出电功率，防止汽轮机因超额定出力而损坏，满足低压汽轮机的控制需求。

Description

低压汽轮机的自动控制方法及系统、发电系统
技术领域
本申请属于自动控制技术领域，具体涉及一种低压汽轮机的自动控制方法。
背景技术
在拖动异步发电机的低压汽轮机的控制系统中，现有的控制方式是通过功率(或电流)表测量发电机功率(或电流)，与目标功率(或电流)值进行比较，根据偏差通过调节器或DCS等控制系统的PID算法来实现自动调节，也可手动调整。
由于低压汽轮机附属于实现主要工业生产流程的主系统，其进汽参数是波动的，且进汽调整门开度为确定的合理开度值α％，一般不投入自动调节，从而在实际的应用当中，低压汽轮机输出的电功率会随着进汽参数的波动而波动。由于低压汽轮机在作为工业生产流程中的辅机系统运行时，容易出现边界条件偏离设计值的情况，因此现有的控制方式易导致汽轮机因超额定出力而损坏，无法满足低压汽轮机的控制需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法及系统、发电系统。
(二)技术方案
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法，所述低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，所述第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，该方法包括：
S10、获取所述异步发电机实时的电功率测量值、预设的电功率设定值和电功率限定值；
S20、计算所述电功率测量值和所述电功率限定值的偏差值，根据所述偏差值选择通过PID运算得到开度调节值、反馈控制所述进汽调节阀的开度或者通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭。
可选地，S20包括：
当所述电功率测量值大于或等于所述电功率限定值时，通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭；
当所述电功率测量值小于所述电功率限定值时，通过PID运算得到开度调节值，反馈控制所述进汽调节阀的开度。
可选地，所述PID运算为：
其中，u(x)为开度调节值，Kp为比例系数，Ti为积分时间常量，Td为微分时间常量，e(t)为所述偏差值。
可选地，所述比例调节器的运算为：
f(x)＝Kp2[e(t)]
其中，Kp2为第二比例系数，f(x)为增益值。
可选地，通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭包括：
当所述电功率测量值大于或等于所述电功率限定值时，控制所述进汽调节阀减小进汽量，直至所述电功率测量值减小至预设的安全值。
可选地，所述预设的安全值等于所述电功率设定值。
第二方面，本申请实施例提供一种拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制系统，所述低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，所述第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，该系统包括：功率传感器、比较器、选择器、PID调节器、比例调节器；所述功率传感器设置于所述异步发电机的输出端，所述功率传感器的输出端分别与所述比较器、所述PID调节器以及所述比例调节器的输入端连接，所述比较器、所述PID调节器以及所述比例调节器的输出端分别与所述选择器输入端的相应端口连接，所述选择器的输出端与所述进汽调节阀的控制端口连接。
可选地，所述功率传感器，用于实时测量所述异步发电机的输出的电功率值，得到电功率测量值；
所述比较器，用于以所述电功率测量值作为输入，与预设的电功率限定值比较，得到第一比较结果并输出至所述选择器；
所述PID调节器，用于以所述电功率测量值、预设的电功率设定值作为输入，通过PID运算得到开度调节值并输出至所述选择器；
所述比例调节器，用于以所述电功率测量值、所述电功率设定值作为输入，通过比例运算得到增益值并输出至所述选择器；
所述选择器，用于以所述第一比较结果作为判断条件，选择输出所述开度调节值或所述增益值至所述进汽调节阀的控制端口。
可选地，所述功率传感器为功率表、电流表和多功能表中的一种。
第三方面，本申请实施例提供一种发电系统，该系统包括异步发电机、拖动所述异步发电机的低压汽轮机，以及如上第二方面中任一项所述的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制系统。
(三)有益效果
本申请的有益效果是：本申请提出了一种拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法，低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，该方法包括：S10、获取异步发电机实时的电功率测量值、预设的电功率设定值和电功率限定值；S20、计算电功率测量值和电功率限定值的偏差值，根据偏差值选择通过PID运算得到开度调节值，反馈控制进汽调节阀的开度或者通过比例调节器输出增益值控制进汽调节阀关闭。通过本申请的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法调节汽轮机的进汽量，可以有效控制汽轮异步发电机的输出电功率，防止汽轮机因超额定出力而损坏，满足低压汽轮机的控制需求。
附图说明
本申请借助于以下附图进行描述：
图1为本申请一个实施例中的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法流程示意图；
图2为本申请另一个实施例中的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制系统结构示意图；
图3为本申请又一实施例中的发电系统结构示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
实施例一
本申请实施例一提供一种拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法，其中，低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀。图1为本申请一个实施例中的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法流程示意图，如图1所示，本实施例的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法包括：
S10、获取异步发电机实时的电功率测量值、预设的电功率设定值和电功率限定值；
S20、计算电功率测量值和电功率限定值的偏差值，根据偏差值选择通过PID运算得到开度调节值，反馈控制进汽调节阀的开度或者通过比例调节器输出增益值控制进汽调节阀关闭。
通过本实施例的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法调节汽轮机的进汽量，可以有效控制汽轮异步发电机的输出电功率，有效防止汽轮机因超额定出力而损坏，满足低压汽轮机的控制需求。
为了更好地理解本发明，以下对本实施例中的各步骤进行展开说明。
本实施例S10中，电功率设定值可以是工作人员根据工作经验预先设定的固定值，也可以是计算机设备根据实时工作环境计算出的功率值，本申请实施例对此不做限制。
电功率限定值可以是根据异步发电机最大输出电功率计算得到的功率值。
具体地，电功率设定值、电功率限定值可以由操纵员根据实际情况进行手动输入，也可以是预存在服务器中，系统从服务器获取的。电功率测量值可以是通过在发电机出口安装的功率传感器获得的。
本实施例S20中，由于低压汽轮机，所涉及的设计边界条件包括进汽压力、排汽压力、进汽量、进汽温度、排汽温度；在上述参数确定的情况下，汽轮机的输出功率是一定的，该输出功率通过汽轮机转子拖动发电机，实现可确定的发电能力(功率/电流)，因此通过调整调节阀的开度，可实现对外输出的电功率连续可调。
具体地，S20包括：
当电功率测量值大于或等于电功率限定值时，通过比例调节器输出增益值控制进汽调节阀关闭；
当电功率测量值小于电功率限定值时，通过PID运算得到开度调节值，反馈控制进汽调节阀的开度。
本实施例中，PID指的是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”；PID算法是一种常见的控制算法，应用于需要将某一物理量保持稳定的场合，比如维持平衡、稳定电功率、稳定转速等。在本实施例中，PID用来控制异步发电机的输出电功率实际值调节至电功率设定值。
具体地，PID运算为：
其中，u(x)为开度调节值，Kp1为第一比例系数，Ti为积分时间常量，Td为微分时间常量，e(t)为所述偏差值。
本实施例S20中，比例调节器的运算为：
f(x)＝Kp2[e(t)]
其中，Kp2为第二比例系数，f(x)为增益值。
需要说明的是，第二比例系数大于第一比例系数，例如，可预设KP2等于2～3倍的*KP1。
由于比例调节器有更大的比例系数，调节质量虽有所下降，但能适应输出功率的这种变化，可实现较PID调节器更快调节。比例调节器目标功率的预设值可与PID调节器的设定值同步，也可预设为某一经验安全输出功率设定值，例如50％Pe(额定功率)。
本实施例中，S20中的通过比例调节器输出增益值控制进汽调节阀关闭可以包括：
当电功率测量值大于或等于电功率限定值时，控制进汽调节阀减小进汽量，直至电功率测量值减小至预设的安全值。
优选地，预设的安全值等于电功率设定值。
综上所述，本申请所提供的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制方法，当电功率测量值小于电功率限定值时，将电功率测量值与电功率设定值的偏差进行PID计算，由此可以达到快速响应，达到快速、稳定的控制效果，并且当电功率测量值大于或等于电功率限定值时，通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭，防止汽轮机因超额定出力而损坏。
实施例二
图2为本申请另一个实施例中的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制系统结构示意图，低压汽轮机100设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，如图2所示，该系统包括：功率传感器310、比较器320、选择器340、PID调节器332、比例调节器331；功率传感器310设置于异步发电机的输出端，功率传感器310的输出端分别与比较器320、PID调节器332以及比例调节器331的输入端连接，比较器320、PID调节器332以及比例调节器331的输出端分别与选择器340输入端的相应端口连接，选择器340的输出端与进汽调节阀的控制端口连接。其中，P1是电功率限定值，P0是电功率设定值。
以下对系统的结构进行具体说明。
本实施例中，第一进汽支路设置有第一主汽速关阀411和第一进汽调节阀412，第二进汽支路设置有第二主汽速关阀421和第二进汽调节阀422。
本实施例中，功率传感器310，用于实时测量异步发电机200的输出的电功率值，得到电功率测量值；
比较器320，用于以电功率测量值作为输入，与预设的电功率限定值比较，得到第一比较结果并输出至选择器340；
PID调节器332，用于以电功率测量值、预设的电功率设定值作为输入，通过PID运算得到开度调节值并输出至选择器340；
比例调节器331，用于以电功率测量值、电功率设定值作为输入，通过比例运算得到增益值并输出至选择器340；
选择器340，用于以第一比较结果作为判断条件，选择输出开度调节值或增益值至进汽调节阀的控制端口。
具体地，功率传感器310可以为功率表、电流表和多功能表中的一种。
需要说明的是，上述的功率传感器310仅仅是示例性的说明，并不构成对功率传感器310的具体限定。
本实施例的控制系统中，将电功率设定值，电功率测量信号二者比较的偏差，作为PID调节器332的输入，PID调节器332的输出接入一个选择器340，选择器340的输出首先接入手动给定器(可完成给定、指示功能)，其中的电功率测量信号可通过在发电机出口安装的功率表(或电流表、多功能表)获得；为了符合辅助系统的特性，即随着机组的进汽压力变化而输出功率变化，则前述按照电功率设定值与电功率测量信号比较偏差实现调节器输出的方式指示本调节系统的一种工作方式，调节器的PID参数根据系统特性可整定为合理值，调节器的输出经过强制切手动选择环节后形成开(关)阀指令，测量值小于设定值时，开阀；反之，关阀。同时，当电功率测量值大于或等于电功率限定值时，执行带有超驰控制的工作方式。在这种方式下，进汽调节阀在一般情况下，根据期望的输出电功率水平保持在一个合理的开度不变，输出的电功率随着进汽参数波动而变化，当发生输出电功率(或发电机电流)超限时，执行进汽调节阀的超驰控制，超限时自动关小调节阀，直至电功率(或发电机)电流恢复到安全合理值后停止关小动作，进汽调节阀维持在一个新开度上继续输出连续随进汽参数波动而变化的电功率。
实施例三
图3为本申请又一实施例中的发电系统结构示意图。
本申请第三方面通过实施例三提供了一种发电系统，该系统包括异步发电机200、拖动异步发电机的低压汽轮机100，以及如上实施例二中任意一项所述的的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制系统300。
其中，低压汽轮机100设置有与低压汽轮机100的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀。自动控制系统300基于异步发电机的电功率测量值控制进汽调节阀的开度。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (8)

1.一种低压汽轮机的自动控制方法，其特征在于，所述低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，所述第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，该方法包括：
S10、获取异步发电机实时的电功率测量值、预设的电功率设定值和电功率限定值；
S20、计算所述电功率测量值和所述电功率限定值的偏差值，根据所述偏差值选择通过PID运算得到开度调节值、反馈控制所述进汽调节阀的开度或者通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭；
S20包括：
当所述电功率测量值大于或等于所述电功率限定值时，通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭；
当所述电功率测量值小于所述电功率限定值时，通过PID运算得到开度调节值，反馈控制所述进汽调节阀的开度；
所述PID运算为：
其中，u(x)为开度调节值，Kp为比例系数，Ti为积分时间常量，Td为微分时间常量，e(t)为所述偏差值。
2.根据权利要求1所述的低压汽轮机的自动控制方法，其特征在于，所述比例调节器的运算为：
f(x)＝Kp2[e(t)]
其中，Kp2为第二比例系数，f(x)为增益值。
3.根据权利要求1所述的低压汽轮机的自动控制方法，其特征在于，通过比例调节器输出增益值控制所述进汽调节阀关闭包括：
当所述电功率测量值大于或等于所述电功率限定值时，控制所述进汽调节阀减小进汽量，直至所述电功率测量值减小至预设的安全值。
4.根据权利要求3所述的低压汽轮机的自动控制方法，其特征在于，所述预设的安全值等于所述电功率设定值。
5.一种低压汽轮机的自动控制系统，其特征在于，所述控制系统基于权利要求1所述的自动控制方法实现，所述低压汽轮机设置有与低压汽轮机的进汽口连通的并联的第一进汽支路和第二进汽支路，所述第一进汽支路和第二进汽支路均设置有主汽速关阀和进汽调节阀，该系统包括：功率传感器、比较器、选择器、PID调节器、比例调节器；所述功率传感器设置于所述异步发电机的输出端，所述功率传感器的输出端分别与所述比较器、所述PID调节器以及所述比例调节器的输入端连接，所述比较器、所述PID调节器以及所述比例调节器的输出端分别与所述选择器输入端的相应端口连接，所述选择器的输出端与所述进汽调节阀的控制端口连接。
6.根据权利要求5所述的低压汽轮机的自动控制系统，其特征在于，
所述功率传感器，用于实时测量所述异步发电机的输出的电功率值，得到电功率测量值；
所述比较器，用于以所述电功率测量值作为输入，与预设的电功率限定值比较，得到第一比较结果并输出至所述选择器；
所述PID调节器，用于以所述电功率测量值、预设的电功率设定值作为输入，通过PID运算得到开度调节值并输出至所述选择器；
所述比例调节器，用于以所述电功率测量值、所述电功率设定值作为输入，通过比例运算得到增益值并输出至所述选择器；
所述选择器，用于以所述第一比较结果作为判断条件，选择输出所述开度调节值或所述增益值至所述进汽调节阀的控制端口。
7.根据权利要求6所述的低压汽轮机的自动控制系统，其特征在于，所述功率传感器为功率表、电流表和多功能表中的一种。
8.一种发电系统，其特征在于，该系统包括异步发电机、拖动所述异步发电机的低压汽轮机，以及如权利要求5-7中任一项所述的拖动异步发电机的低压汽轮机的自动控制系统。
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