CN114483237B - 有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法 - Google Patents

有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法，使蒸发器和冷凝器的液位达到平衡，同时使得泵始终运行在高效区内。一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统，包括工质泵，工质泵的出口端通过管道依次连接工质调节阀、蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵的进口端，所述蒸发器、冷凝器均设有液位传感器，用于检测蒸发器和冷凝器的实际液位参数，所述冷凝器、工质泵的进口端之间还设有旁通管路，所述旁通管路上设有工质旁通阀，用于通过旁通管路将多余的工质返回到工质泵的进口端，使蒸发器和冷凝器的液位达到平衡，同时使得泵始终运行在高效区内。

Description

有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法
技术领域
本发明涉及透平技术领域，特别是涉及有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法。
背景技术
有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，有机工质在蒸发器中从余热流中吸收热量，生成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其他动力机械。从透平排出的水蒸气在冷凝器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到蒸发器，如此不断循环下去。因此必须维持蒸发器和冷凝器的液位平衡才能保证膨胀机正常且平稳的运行。
工质泵的主要调节方式有：1在泵出口处的管路上安装调节阀；2.改变泵的转速等。其中方法1应用较广，但此方法在小流量时，泵的效率急剧下降，导致经济上很不合理，而方法2在小流量时的压力也会随之降低，在蒸发器压力较高时，存在液体无法进入蒸发器内的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法，使蒸发器和冷凝器的液位达到平衡，同时使得泵始终运行在高效区内。
本发明的目的是这样实现的：
一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统，包括工质泵，工质泵的出口端通过管道依次连接工质调节阀、蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵的进口端，所述蒸发器、冷凝器均设有液位传感器，用于检测蒸发器和冷凝器的实际液位参数，所述冷凝器、工质泵的进口端之间还设有旁通管路，所述旁通管路上设有工质旁通阀，用于通过旁通管路将多余的工质返回到工质泵的进口端，使蒸发器和冷凝器的液位达到平衡，同时使得泵始终运行在高效区内。
优选地，所述工质旁通阀为电动调节阀。
优选地，所述工质旁通阀通过PLC控制系统进行控制，所述PLC控制系统采用模糊控制和PID控制。
优选地，所述PLC控制系统包括PLC主控制器、模糊控制器，所述PLC主控制器内置有PID控制程序，所述液位传感器、模糊控制器均与PLC主控制器信号连接；所述模糊控制器用于在蒸发器和冷凝器的实际液位与目标液位相差大于PID控制/模糊控制切换液位值时，对工质旁通阀进行调节，以及用于对数据进行模糊化处理、模糊化推理；所述PLC主控制器用于参数采集、参数分析、控制模糊控制器，以及在蒸发器和冷凝器的实际液位与目标液位相差小于PID控制/模糊控制切换液位值时，对工质旁通阀进行调节。
优选地，还包括温度传感器、压力传感器、人机界面，所述温度传感器用于检测蒸发器和冷凝器的进口温度、出口温度；所述压力传感器用于检测蒸发器和冷凝器的内部压力；人机界面用于控制参数设置和系统状态显示；所述温度传感器、压力传感器、人机界面均与PLC主控制器信号连接。
一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制方法，
通过温度传感器、压力传感器、液位传感器采集蒸发器和冷凝器的温度、压力、实际液位参数，再将采集到的参数数据传输给PLC主控制器，PLC主控制器将采集到的数据显示在人机界面上，操作者通过人机界面设置控制参数：设置值1：蒸发器和冷凝器的液位目标值；设置值2：PID控制/模糊控制切换液位值；设置值3：控制死区；
蒸发器和冷凝器的实际液位参数大于设置值2时，模糊控制器计算后，再将工质旁通阀的开度传送至PLC主控制器，再由PLC主控制器将控制信号传输至工质旁通阀；蒸发器和冷凝器的实际液位小于设置值2时，由PLC主控制器中的PID控制程序控制工质旁通阀的开度，并将控制信号传输至工质旁通阀。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明在工质泵出口处(冷凝器、工质泵的进口端之间)增加一条旁路，旁路上安装工质旁通阀(电动调节阀)，工质旁通阀采用模糊控制和PID控制共同控制，将多余的流量返回到泵入口，使蒸发器和冷凝器的液位达到平衡，同时使得泵始终运行在高效区内。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明的控制流程图；
图3是本发明的控制原理图。
具体实施方式
图1为一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统。
余热蒸汽进入到蒸发器，其中的有机工质吸收余热后变为蒸汽，将蒸汽通入膨胀机，推动膨胀机做工，带动发电机旋转，发出电能。做功后的有机工质进入冷凝器冷却，冷却成液体的有机工质通过工质泵的作用在进入蒸发器进行下一次循环。作为发电设备，必须保证主机转速维持在一个非常小的区域以保证电能质量。当蒸发器和冷凝器达到热平衡时整个系统最稳定。其中，蒸汽快关阀和进口快关阀用于保护主机系统在超速情况下快速切断进口蒸汽，保护主机系统；主机调节阀和主机旁通阀用于调节主机转速，其中主机调节阀采用自动调节，根据转速设置值自动调节；工质调节阀主要用于工质压力的调节，维持工质压力；工质旁通阀采用模糊控制加PID控制主要用于调节液位平衡。
为了维持蒸发器和冷凝器的热平衡，采用了基于模糊控制和PID控制的PLC控制系统(具有PLC信号输入输出模块)，包括有PLC主控制器、模糊控制器、人机界面、温度传感器、液位传感器、压力传感器、调节阀门。温度传感器主要用于检测蒸发器和冷凝器进出口管道的温度；压力传感器用于检测蒸发器和冷凝器的内部压力；液位传感器用于检测蒸发器和冷凝器的液位，为本方案的控制目标；调节阀门为图1(有机工质分布式供能系统流程图)中的工质旁通阀；工质泵用于将冷凝器中冷凝后的工质输送至蒸发器进行蒸发；人机界面用于控制参数设置和系统状态显示；模糊控制器用于在实际液位与目标液位相差过大时对工质旁通阀进行调节，以及对数据进行模糊化处理、模糊化推理，其中系统偏差e(t)1＝|设定值2-实际值|，将系统偏差值作为输入值，将偏差e(t)1分为5个模糊子集，负大(NB)，负小(NS)，零(O)，正小(PS)，正大(PB)，根据系统偏差e(t)的变化范围，分成七个等级：-3.-2，-1,0,1,2,3。控制量u(t)为阀门开度，将其分为五个模糊集：负大(NB)，负小(NS)，零(O)，正小(PS)，正大(PB)，根据系统偏差u(t)的变化范围，分成九个等级：-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4；根据经验，设置以下模糊规则：1.“若e(t)1负大，则u(t)负大；2.“若e(t)1负小，则u(t)负小；”3.“若e(t)1为0，则u(t)为0；4.“若e(t)1正小，则u(t)正小；5.“若e(t)1正大，则u(t)正大。根据以上经验，得到模糊关系R，模糊控制器的输出为误差与模糊关系的合成：u(t)＝e(t)1*R；PLC主控制器用于信号采集，信号分析，PID控制器用于在实际液位与目标液位相差较小时对工质旁通阀进行精确调节,PID控制是一种闭环控制，通过比例(Kp)、积分(KI)、微分(KD)的计算结果来控制工质旁通阀开度，以达到控制液位的目的，其中系统偏差e(t)2＝|设定值1-实际值|,PID输出结果 比例(Kp)、积分(KI)、微分(KD)三个参数为设置值。
控制方法：首先通过温度、压力(温度压力传感器在液位平衡控制中显示蒸发器和冷凝器进出口物质的状态)、液位传感器采集蒸发器和冷凝器的参数，再将采集到的数据传输给PLC主控制器。PLC主控制器将采集到的数据显示在人机界面上，操作者通过人机界面设置液位目标值(设置值1)，设置PID控制/模糊控制切换值(设置值2，也是模糊控制的目标值，首先通过模糊控制将阀门开度控制在切换值，再通过PID控制将阀门开度调整至目标值。)，控制死区(实际值在控制死区内控制程序不执行)。PLC主控制器和模拟控制器之间通过通讯连接，蒸发器和冷凝器的温度、压力、液位由PLC主控制器通过通讯传输至模糊控制器。蒸发器和冷凝器中液位|液位设定值1-液位实际值|＝液位差值，液位差值大于设置值2，模糊控制器计算后，将工质旁通阀的开度再传送至PLC，再由PLC将控制信号传输至工质旁通阀；液位小于设置值2，由PLC主控制器中的PID控制程序进行控制，此时，PLC的输出切换至PID控制程序的输出。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制方法，其特征在于：
采用有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统，包括工质泵，工质泵的出口端通过管道依次连接工质调节阀、蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵的进口端，所述蒸发器、冷凝器均设有液位传感器，用于检测蒸发器和冷凝器的实际液位参数，所述冷凝器、工质泵的出口端之间还设有旁通管路，所述旁通管路上设有工质旁通阀，用于通过旁通管路将工质泵出口多余的工质返回到工质泵的进口端，使蒸发器和冷凝器的液位达到平衡；
所述工质旁通阀为电动调节阀；
所述工质旁通阀通过PLC控制系统进行控制，所述PLC控制系统采用模糊控制和PID控制；
所述PLC控制系统包括PLC主控制器、模糊控制器，所述PLC主控制器内置有PID控制程序，所述液位传感器、模糊控制器均与PLC主控制器信号连接；所述模糊控制器用于在蒸发器和冷凝器的实际液位与目标液位相差大于PID控制/模糊控制切换液位值时，对工质旁通阀进行调节，以及用于对数据进行模糊化处理、模糊化推理；所述PLC主控制器用于参数采集、参数分析、控制模糊控制器，以及在蒸发器和冷凝器的实际液位与目标液位相差小于PID控制/模糊控制切换液位值时，对工质旁通阀进行调节；
还包括温度传感器、压力传感器、人机界面，所述温度传感器用于检测蒸发器和冷凝器的进口温度、出口温度；所述压力传感器用于检测蒸发器和冷凝器的内部压力；人机界面用于控制参数设置和系统状态显示；所述温度传感器、压力传感器、人机界面均与PLC主控制器信号连接；
通过温度传感器、压力传感器、液位传感器采集蒸发器和冷凝器的温度、压力、实际液位参数，再将采集到的参数数据传输给PLC主控制器，PLC主控制器将采集到的数据显示在人机界面上，操作者通过人机界面设置控制参数：设置值1：蒸发器和冷凝器的液位目标值；设置值2：PID控制/模糊控制切换液位值；设置值3：控制死区；
蒸发器和冷凝器的实际液位参数大于设置值2时，模糊控制器计算后，再将工质旁通阀的开度传送至PLC主控制器，再由PLC主控制器将控制信号传输至工质旁通阀；蒸发器和冷凝器的实际液位小于设置值2时，由PLC主控制器中的PID控制程序控制工质旁通阀的开度，并将控制信号传输至工质旁通阀。
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