CN114645742B - 短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站汽轮机技术领域，公开短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法及系统，汽轮机包括用于根据需求参数计算得到功率控制定值的转速负荷控制器，其方法包括以下步骤：S1、判断是否发生短时电网故障，若是，则输出短时电网故障信号；S2、对短时电网故障信号进行延时处理，转速负荷控制器根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑。本发明具有以下有益效果：避免在短时电网故障工况下，压力控制器短时生效导致功率控制定值被误置为非预期随机值，从而降低机组意外跳机的概率，提高核电机组的安全稳定性，进而提高经济及社会效益。

Description

短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法及系统

技术领域

本发明涉及核电站汽轮机技术领域，尤其涉及一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法及系统。

背景技术

在现有技术中，核电站内的汽轮机中的转速负荷控制器在短时电网故障工况下，转速负荷控制器中的需求参数可能会出现偏差大或波动超出量程低限的异常，进而导致转速负荷控制器输出的功率控制定值异常，甚至可能将功率控制定值设置为非预期随机值，以致短时电网故障消失后机组无法稳定在原预设值，最终导致负荷控制异常乃至意外跳机。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，所述汽轮机包括用于根据需求参数计算得到功率控制定值的转速负荷控制器，所述方法包括以下步骤：

S1、判断是否发生短时电网故障，若是，则输出短时电网故障信号；

S2、对所述短时电网故障信号进行延时处理，所述转速负荷控制器根据延时后短时电网故障信号闭锁所述功率控制定值的置值逻辑。

优选的，在本发明所述的方法中，所述需求参数包括负荷测量值和有效蒸汽需求值；

所述转速负荷控制器包括可切换工作的自动控制模式和手动控制模式；

当所述转速负荷控制器处于自动控制模式时，根据所述负荷测量值计算得到所述转速负荷控制器的负荷设定值，并将所述功率控制定值设置为所述负荷设定值；

当所述转速负荷控制器处于手动控制模式时，根据所述有效蒸汽需求值设置所述转速负荷控制器的蒸汽需求设定值，并将所述功率控制定值设置为所述蒸汽需求设定值。

优选的，在本发明所述的方法中，所述方法还包括：

S3、在所述负荷测量值异常时，产生负荷测量不可用信号，并根据所述负荷测量不可用信号控制所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式；

S4、在监测到所述短时电网故障信号时，产生屏蔽信号，闭锁所述步骤S3产生的所述负荷测量不可用信号，避免所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式。

优选的，在本发明所述的方法中，所述根据负荷测量值计算得到转速负荷控制器的负荷设定值包括：

S211、判断所述转速负荷控制器的预设目标负荷值减去所述负荷测量值的差值是否大于第二预设值，并对判断结果进行前延时处理后，执行步骤S212；

S212、若是，则将所述负荷设定值设置为所述负荷测量值与第一预设值的和，否则，将所述负荷设定值设置为所述预设目标负荷值；

所述根据有效蒸汽需求值设置转速负荷控制器的蒸汽需求设定值包括：

S221、判断所述转速负荷控制器的预设目标蒸汽需求值减去所述有效蒸汽需求值的差值是否大于所述第二预设值，并对判断结果进行前延时处理后，执行步骤S222；

S222、若是，则将所述蒸汽需求设定值设置为所述有效蒸汽需求值与所述第一预设值的和，否则，将所述蒸汽需求设定值设置为所述预设目标蒸汽需求值。

优选的，在本发明所述的方法中，在所述步骤S2中的根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑包括：

当所述转速负荷控制器接收到所述短时电网故障信号时，禁止将所述负荷设定值设置为所述负荷测量值与第一预设值的和，以及禁止将所述蒸汽需求设定值设置为所述转速负荷控制器的有效蒸汽需求值与第一预设值的和。

优选的，在本发明所述的方法中，所述转速负荷控制器根据所述功率控制定值设置第一蒸汽需求值；所述汽轮机还包括用于输出第二蒸汽需求值的压力控制器和用于输出第三蒸汽需求值的规约控制器；所述汽轮机取第一蒸汽需求值、第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值中的最小值作为用于控制汽轮机汽流量的有效蒸汽需求值，所述方法所述压力控制器进行优化处理，所述优化处理包括以下步骤：

S41、判断所述压力控制器是否投入；

S42、判断所述压力控制器是否生效；

S43、若步骤S42和S43同时不成立，则将所述压力控制器的偏置量设置为所述压力控制器的压力测量值减去所述压力控制器的压力设定值的差值与第一补偿值的和；

S44、将所述压力设定值减去所述压力测量值的差值加上所述偏置量，得到第一分量，所述第一分量除以额定压力值的商为压力偏差百分比，对所述压力偏差百分比进行PI运算后，得到所述第二蒸汽需求值。

本发明还提供一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统，所述汽轮机包括用于根据需求参数计算得到功率控制定值的转速负荷控制器，包括：

短时电网故障判断单元，用于判断是否发生短时电网故障，输出用于表征是否发生短时电网故障的短时电网故障信号；

延时单元，与所述短时电网故障判断单元连接，用于对于所述短时电网故障信号进行延时处理，得到延时后短时电网故障信号；

转速负荷控制器，与所述延时单元连接，用于根据需求参数计算得到功率控制定值，还根据所述延时后短时电网故障信号闭锁所述功率控制定值的置值逻辑。

优选的，在本发明所述的系统中，所述需求参数包括负荷测量值和有效蒸汽需求值；

所述转速负荷控制器包括可切换工作的自动控制模式和手动控制模式；

当所述转速负荷控制器处于自动控制模式时，根据所述负荷测量值计算得到所述转速负荷控制器的负荷设定值，并将所述功率控制定值设置为所述负荷设定值；

当所述转速负荷控制器处于手动控制模式时，根据所述有效蒸汽需求值设置所述转速负荷控制器的蒸汽需求设定值，并将所述功率控制定值设置为所述蒸汽需求设定值；

所述系统还包括测量单元；

测量单元，用于测量所述负荷测量值，并在所述负荷测量值异常时，产生负荷测量不可用信号，并根据所述负荷测量不可用信号控制所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式；在监测到所述短时电网故障信号时，产生屏蔽信号，闭锁所述负荷测量不可用信号，避免所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式。

优选的，在本发明所述的系统中，所述转速负荷控制器包括自动控制模式置值单元和手动控制模式置值单元；

其中，所述自动控制模式置值单元包括：

第一减法单元，与所述测量单元连接，用于将所述转速负荷控制器的预设目标负荷值减去所述负荷测量值，输出第一差值；

第一比较单元，与所述第一减法单元连接，用于比较所述第一差值和第二预设值的大小，输出第一比较信号；

第一前延时单元，连接于所述第一比较单元连接，用于对所述第一比较信号进行前延时处理，输出延时后第一比较信号；

第一与门逻辑单元，与所述第一前延时单元和延时单元连接，用于对所述延时后第一比较信号、以及延时后短时电网故障信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第一逻辑信号；

第一加法单元，用于将所述负荷测量值和第一预设值进行加法运算，输出第一设定值；

第一限速逻辑单元，与所述第一与门逻辑单元和第一加法单元连接，用于根据所述第一逻辑信号设置所述负荷设定值，若所述第一逻辑信号为低电平，则将所述负荷设定值设置为所述预设目标负荷值，若所述第一逻辑信号为高电平，则将所述负荷设定值设置为第一设定值；

所述手动控制模式置值单元包括：

第二减法单元，与所述测量单元连接，用于将所述转速负荷控制器的预设目标蒸汽需求值减去所述转速负荷控制器的有效蒸汽需求值，输出第二差值；

第二比较单元，与所述第二减法单元连接，用于比较所述第二差值和所述第二预设值的大小，输出第二比较信号；

第二前延时单元，连接于所述第二比较单元连接，用于对所述第二比较信号进行前延时处理，输出延时后第二比较信号；

第二与门逻辑单元，与第二前延时单元和延时单元连接，用于对所述延时后第二比较信号、以及延时后短时电网故障信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第二逻辑信号；

第二加法单元，用于将所述有效蒸汽需求值和所述第一预设值进行加法运算，输出第二设定值；

第二限速逻辑单元，与所述第二与门逻辑单元和第二加法单元连接，用于根据所述第二逻辑信号设置所述蒸汽需求设定值，若所述第二逻辑信号为低电平，则将所述蒸汽需求设定值设置为所述预设目标蒸汽需求值，若所述第二逻辑信号为高电平，则将所述蒸汽需求设定值设置为第二设定值。

优选的，在本发明所述的系统中，所述转速负荷控制器根据所述功率控制定值设置第一蒸汽需求值；所述系统还包括用于输出第二蒸汽需求值的优化后压力控制器和用于输出第三蒸汽需求值的规约控制器；所述汽轮机取所述第一蒸汽需求值、第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值中的最小值作为用于控制汽轮机汽流量的有效蒸汽需求值；

其中，所述优化后压力控制器包括：

第三与门逻辑单元，用于将所述压力控制器的投入状态信号和所述压力控制器的生效状态信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第三逻辑信号；

第一运算单元，用于将所述压力测量值减去所述压力控制器的压力设定值的差值加上所述第一补偿值，输出偏置补偿值；

第三限速逻辑单元，与所述第三与门逻辑单元和第一运算单元连接，用于根据所述第三逻辑信号输出的偏置量，若所述第三逻辑信号为高电平，则将所述偏置量设置为所述偏置补偿值，若所述第三逻辑信号为低电平，则将所述偏置量设置为零；

第二运算单元，与所述第三限速逻辑单元连接，用于将所述压力设定值与所述偏置量的和减去所述压力测量值，输出第一分量；

除法单元，与所述第二运算单元连接，用于计算所述第一分量除以额定压力值的商，输出压力偏差百分比；

第二PI调节器，与所述除法单元连接，用于对所述压力偏差百分比进行PI运算，输出所述第二蒸汽需求值。

实施本发明具有以下有益效果：提供一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，若发生短时电网故障，则输出短时电网故障信号，并对短时电网故障信号进行延时处理，再根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑，避免在短时电网故障工况下，由于压力控制器短时生效导致功率控制定值被误置为非预期随机值，并且将短时电网故障信号引入到负荷测量不可用信号闭锁条件，在发生短时电网故障时，闭锁负荷测量不可用信号，以避免转速负荷控制器从自动控制模式非预期性切换至手动控制模式，还对压力控制器进行优化处理，以避免压力控制器在短时电网故障工况下非预期性切至压力控制模式，从而降低机组意外跳机的概率，提高核电机组的安全稳定性，进而提高经济及社会效益。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是核电站内汽轮机的有效蒸汽需求值的置值逻辑示意图；

图2是本发明提供的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法的流程图；

图3是本发明中的转速负荷控制器处于自动控制模式时功率控制定值的置值逻辑流程图；

图4是本发明中的转速负荷控制器处于手动控制模式时功率控制定值的置值逻辑流程图；

图5是本发明中的转速负荷控制器处于自动控制模式时第一蒸汽需求值的置值逻辑流程图；

图6是本发明中的转速负荷控制器处于手动控制模式时第一蒸汽需求值的置值逻辑流程图；

图7是本发明中的测量单元的第一实施例原理图；

图8是本发明中的测量单元的第二实施例原理图；

图9是本发明中的压力控制器的原理图；

图10是本发明提供的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统的流程图；

图11是本发明提供的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统中自动控制模式置值单元的原理图；

图12是本发明提供的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统中手动控制模式置值单元的原理图；

图13是本发明提供的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统中优化后压力控制器的原理图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，核电站内的汽轮机包括用于输出第一蒸汽需求值的转速负荷控制器、用于输出第二蒸汽需求值的压力控制器和用于输出第三蒸汽需求值的规约控制器。

汽轮机通过小选逻辑单元获取第一蒸汽需求值、第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值中的最小值作为汽轮机的有效蒸汽需求值，用于控制汽轮机阀门。

转速负荷控制器根据转速设定值、转速测量值、功率控制定值和需求参数经内部逻辑运算输出第一蒸汽需求值。其中，需求参数包括负荷测量值和有效蒸汽需求值，而功率控制定值由需求参数计算得到。

压力控制器则根据压力测量值与压力设定值计算得到第二蒸汽需求值。

规约控制器根据汽轮机的负荷速降信号和操作员蒸汽需求限值输出第三蒸汽需求值。

正常运行工况下，第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值均置为最大值，第一蒸汽需求值为最小值，被小选逻辑单元选择生效，即转速负荷控制器生效，进而控制汽轮机阀门。而第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值则用于限制有效蒸汽需求值，对汽轮机及反应堆等外部系统起到保护作用。

此外，第一蒸汽需求值、第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值为百分比数值，用于表征汽轮机对进汽流量的需求。正常工况下，无负荷速降信号触发且操作员设置蒸汽需求限值默认为最大，即第三蒸汽需求值保持为最大值；并且压力测量值低于压力设定值，使第二蒸汽需求值保持为最大值，即第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值均不会对第一蒸汽需求值产生限制作用。

如图2所示，本发明提供了一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，方法包括步骤S1和步骤S2。

S1、判断是否发生短时电网故障，若是，则输出短时电网故障信号。短时电网故障信号的触发条件如下：负荷测量值突降，或者负荷测量值与设定值偏差较大，触发短时电网故障信号。如负荷测量值从较高功率平台快速下降，在设定时间内超过设定阈值；机组在并网运行状态下，负荷测量值小于两倍厂用电负荷、转速负荷控制器的输出偏差值大于两倍厂用电负荷、负荷测量值大于负荷测量值的负向限值；只要满足上述任一条件，均会触发短时电网故障信号。

S2、对短时电网故障信号进行延时处理，转速负荷控制器根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑，以避免在短时电网故障工况下，功率控制定值被设置为非预期随机值。由于机组发生电网故障的持续时间可能非常短暂，甚至小于置值逻辑的计算周期，因此对短时电网故障信号进行延时处理可以针对性地滤除时效性较短的短时电网故障信号，以确保机组的工作稳定性。

一些实施例中，转速负荷控制器包括可切换工作的自动控制模式和手动控制模式。

一些实施例中，如图3所示，当转速负荷控制器处于自动控制模式时，根据负荷测量值计算得到转速负荷控制器的负荷设定值，并将功率控制定值设置为负荷设定值。

具体的，根据负荷测量值计算得到转速负荷控制器的负荷设定值的计算步骤包括步骤S211和步骤S212。

S211、判断转速负荷控制器的预设目标负荷值减去负荷测量值的差值是否大于第二预设值，并对判断结果进行前延时处理后，执行步骤S212。其中，第二预设值可以为2％。

S212、若是，则将负荷设定值设置为负荷测量值与第一预设值的和，否则，将负荷设定值设置为预设目标负荷值。其中，第一预设值可以为2％。

步骤S211和S212的作用是：使负荷设定值跟随负荷测量值变化，当预设目标负荷值减去负荷测量值的差值大于第二预设值时，说明汽轮机转速还未到达预设目标负荷值，根据步骤S211和步骤S212的计算逻辑可知，此时负荷设定值略高于负荷测量值，进而使第一蒸汽需求值略高于第二蒸汽需求值，以便汽轮机从压力控制模式压力控制器生效的情况切回到负荷控制模式中的自动控制模式转速负荷控制器生效且处于自动控制模式的情况时，避免有效蒸汽需求值出现大幅的波动，进而通过负荷设定值将核电站的电功率稳定在当前水平，以实现无扰切换控制模式，还能避免汽轮机非预期性退出压力控制模式。其中，前延时处理是指与门运算结果从是翻转到非或从非翻转到是时，不能立即翻转，需要经过延时后才能翻转。

进一步地，步骤S211之前还包括步骤S210。

S210、判断负荷控制器是否生效，若不生效，则执行步骤S211。避免汽轮机处于负荷控制模式时，将负荷设定值设置为负荷测量值与第一预设值的和。

一些实施例中，如图4所示，当转速负荷控制器处于手动控制模式时，根据有效蒸汽需求值设置转速负荷控制器的蒸汽需求设定值，并将功率控制定值设置为蒸汽需求设定值。

具体的，根据有效蒸汽需求值设置转速负荷控制器的蒸汽需求设定值的计算步骤包括步骤S221和步骤S222。

S221、判断转速负荷控制器的预设目标蒸汽需求值减去有效蒸汽需求值的差值是否大于第二预设值，并对判断结果进行前延时处理后，执行步骤S222。

S222、若是，则将蒸汽需求设定值设置为有效蒸汽需求值与第一预设值的和，否则，将蒸汽需求设定值设置为预设目标蒸汽需求值。

步骤S221和S222的作用是：使蒸汽需求设定值跟随有效蒸汽需求值变化，当预设目标蒸汽需求值减去有效蒸汽需求值的差值大于第二预设值时，说明汽轮机转速还未到达预设目标蒸汽需求值，根据步骤S221和步骤S222的计算逻辑可知，此时蒸汽需求设定值略高于有效蒸汽需求值，进而使第一蒸汽需求值略高于第二蒸汽需求值，以便汽轮机从压力控制模式切回到负荷控制模式中的手动控制模式时，避免有效蒸汽需求值出现大幅的波动，进而通过蒸汽需求设定值将核电站的电功率稳定在当前水平，以实现无扰切换控制模式，还能避免汽轮机非预期性退出压力控制模式。

进一步地，步骤S221之前还包括步骤S220。

S220、判断负荷控制器是否生效，若不生效，则执行步骤S221。避免汽轮机处于负荷控制模式时，将蒸汽需求设定值设置为有效蒸汽需求值与第一预设值的和。

由于在短时电网故障工况下，电网扰动可能导致负荷测量值和有效蒸汽需求值短时大幅扰动，进而导致功率控制定值亦随之波动，使功率控制定值非预期性增大，导致第一蒸汽需求值增大，可能导致压力控制器短时期内生效从负荷控制模式切至压力控制模式，瞬时使功率控制定值跟随负荷测量值或有效蒸汽需求值的变化。并且在短时电网故障工况下，负荷测量值和有效蒸汽需求值不稳定，使功率控制定值可能被置为非预期的随机值，导致第一蒸汽需求值亦被置为非预期的随机值，短时电网故障消失后，机组无法稳定在原目标设定值，最终可能导致机组控制异常乃至意外跳机。因此，对步骤S211和步骤S221的判断结果进行前延时处理有利于避免汽轮机在短时电网故障工况下，因负荷测量值和有效蒸汽需求值短时大幅扰动，而导致功率控制定值被设置为负荷测量值与第一预设值的和、或有效蒸汽需求值与第一预设值的和。

为了进一步避免短时电网故障工况下，压力控制器短时生效导致功率控制定值被置为非预期的随机值，步骤S2中的根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑包括：当转速负荷控制器接收到短时电网故障信号时，禁止将负荷设定值设置为负荷测量值与第一预设值的和，以及禁止将蒸汽需求设定值设置为转速负荷控制器的有效蒸汽需求值与第一预设值的和。

此外，自动控制模式和手动控制模式的主要区别在于，转速负荷控制器的设定值信号和反馈信号不同。机组通常以自动控制模式运行，如图5所示，转速负荷控制器的设定值信号为负荷设定值，反馈信号为负荷测量值，两者偏差作为第一PI调节器的输入参数，负荷设定值亦可通过前馈作用于第一PI调节器的输出端。第一PI调节器的输出端叠加前馈作用，输出转速负荷控制器的第一蒸汽需求值，然后传输到小选逻辑单元参与有效蒸汽需求值的计算。在接收到模式切换信号情况下，例如，负荷测量通道故障导致负荷测量值不可用，则自动切换为手动控制模式。如图6所示，手动模式下，转速负荷控制器的设定值信号为蒸汽需求设定值，反馈信号为有效蒸汽需求值，两者偏差作为第一PI调节器的输入参数，蒸汽需求设定值亦可通过前馈作用于第一PI调节器的输出端。此外，在自动控制模式与手动控制模式互相切换瞬间还会触发SB脉冲信号，参与负荷设定值和蒸汽需求设定值的置值逻辑，以实现无扰切换。具体的，在手动控制模式切至自动控制模式时，将负荷设定值设置为负荷测量值；在自动控制模式切至手动控制模式时，则将蒸汽需求设定值设置为有效蒸汽需求值，从而实现无扰切换。

如图7所示，汽轮机包括用于处理负荷测量值的测量单元，测量单元的工作原理如下：三路负荷测量通道分别测得三路负荷信号PEL1、PEL2和PEL3，经三取一逻辑单元100处理得到最终的负荷测量值。

为了避免三路负荷信号PEL1、PEL2和PEL3异常，而导致负荷测量值异常，一些实施例中，本发明方法还包括步骤S3。

S3、在负荷测量值异常时，产生负荷测量不可用信号，并根据负荷测量不可用信号控制转速负荷控制器从自动控制模式切换至手动控制模式。

如图7所示，负荷测量值异常的判据如下：当两路及以上负荷信号故障，或三路负荷信号被判断为负荷测量通道偏差大时，判定为负荷测量值异常。其中，负荷测量通道偏差大的判据如下：通过三取一逻辑单元100对PEL1、PEL2和PEL3之间的偏差值进行比较监视，如至少一路负荷信号的偏差值超过偏差阈值参数时，则判定为负荷测量通道偏差大。进一步的，由于机组并网合闸瞬间，负荷测量值不稳定，令三路负荷信号可能出现短时负荷测量通道偏差大的情况，因此通过获取并网合闸信号GLSE，在并网合闸信号GLSE的脉冲信号时间内闭锁触发负荷测量不可用信号NOT_AVAIL，以避免误触发负荷测量不可用信号NOT_AVAIL。此外，并网合闸信号GLSE的脉冲间长参数、偏差阈值参数可根据工程需求进行设置。

在短时电网故障工况下，可能导致短时间内三路负荷信号出现负荷测量通道偏差大或超量程低限的情况，触发负荷测量不可用信号，若汽轮机处于自动控制模式下，可能导致汽轮机从自动控制模式非预期切至手动控制模式，触发SB脉冲信号，使蒸汽需求设定值被置为有效蒸汽需求值，而在瞬态工况下，有效蒸汽需求值很不稳定，使蒸汽需求设定值可能被置为非预期的随机值，导致短时电网故障消失后，机组最终无法稳定在原设定值，转速负荷控制器异常乃至意外跳机。因此，如图8所示，本发明方法还包括步骤S4

S4、在监测到短时电网故障信号时，产生屏蔽信号，闭锁步骤S3产生的负荷测量不可用信号，避免转速负荷控制器从自动控制模式切换至手动控制模式，以避免短时电网故障工况下，转速负荷控制器非预期切至手动控制模式。

一些实施例中，压力控制器的原理图如图9所示。压力控制器包括第三与门逻辑单元31、补偿值选择单元33、第一运算单元34、第三限速逻辑单元35、第二运算单元36、除法单元37和第二PI调节器38。

补偿值选择单元33的工作特性为：当控制端输入为高电平时，输出第一补偿值，若控制端输入为低电平，则输出第二补偿值。

其中，第三限速逻辑单元35为标准逻辑块，其工作特性是：当S端条件均不满足时，其输出端Y跟踪输入端X；当S端有条件满足时，则输出端Y输出SV端的对应值。

压力控制器的工作原理如下：在压力控制器未投入RRPRA信号为高电平，其中，压力控制器未投入是指第二PI调节器38处于积分饱和冻结状态，这时第二PI调节器38输出始终为最大值，且压力控制模式未生效情况下RRPRIE信号为低电平，根据图9的计算逻辑，第三限速逻辑单元35的输入端X保持为第一补偿值，即稳态工况下，输出端Y保持第一补偿值。并且在压力控制未投入情况下，压力设定值跟随压力测量值，即压力设定值等于压力测量值，因此，除法单元37的被除数保持为第一补偿值经第二运算单元36处理后，被除数等于压力设定值减去压力测量值再加上第一补偿值，而除法单元37的除数恒为额定压力值，即第二PI调节器38的压力偏差百分比恒为正偏差值，经PI运算后，第二PI调节器38输出的第二蒸汽需求值保持为最大值，压力控制器不生效。而在压力控制投入且生效状态下RRPRA为低电平，RRPRIE为高电平，第三限速逻辑单元35的输出端Y保持第二补偿值，此时压力设定值不再跟随压力测量值，第二PI调节器38的压力偏差百分比为压力设定值减去压力测量值的差值再除以额定压力值，即第二蒸汽需求值按实际压力偏差计算。其中，压力控制器是否投入是指压力控制器的第二PI调节器保持为积分饱和冻结状态，这时压力控制器输出的第二蒸汽需求值始终为最大值。其中，第一补偿值可以为1bar，第二补偿值可以为0bar。

由于电网扰动可能导致负荷测量值短时大幅扰动，转速负荷控制器对应的响应会带来调节阀开度波动，进而导致压力测量值大幅波动。由于DCS平台程序扫描周期等原因，实际参与上述压力控制器逻辑的压力设定值可能出现与压力测量值瞬时偏差大的情况。一旦压力测量值减去压力设定值的差大于第一补偿值，根据压力控制器的工作原理可知，第二PI调节器38输入的压力偏差百分比转为负值，可能导致瞬时压力控制器输出的第二蒸汽需求值小于第一蒸汽需求值，此时，即使压力控制未投入，根据小选逻辑单元的工作原理，压力控制器也会短时生效。一旦压力控制生效，会瞬时将负荷设定值或蒸汽需求设定值置为随机值，短时电网故障消失后，使机组无法稳定在原设定值，导致负荷控制异常乃至逆功率跳机。因此，为避免在短时电网故障等瞬态工况下第二PI调节器38输入的压力偏差百分比转为负值，而导致非预期进入压力限制模式，本发明方法还对压力控制器进行优化处理，优化处理包括步骤：S41、S42、S43和S44。

S41、判断压力控制器是否投入。

S42、判断压力控制器是否生效。

S43、若步骤S42和S43同时不成立，则将压力控制器的偏置量设置为压力控制器的压力测量值减去压力控制器的压力设定值的差值与第一补偿值的和。其中，偏置量即为图9中的第三限速逻辑单元35的输出值。

S44、将压力设定值减去压力测量值的差值加上偏置量，得到第一分量，第一分量除以额定压力值的商为压力偏差百分比，对压力偏差百分比进行PI运算后，得到第二蒸汽需求值。其中，第一分量对应为图9中的除法单元37的被除数，

对压力控制器进行优化处理的目的是：在压力控制器未投入且压力控制器未生效情况下，由步骤S43和S44可知，第一分量等于压力设定值减去压力测量值加上压力测量值减去压力设定值加上第一补偿值，即第一分量等于第一补偿值，而压力偏差百分比等于第一分量除以额定压力值的商，即只要确保第一补偿值为正数且大于一定值，便能保证第二PI调节器38输出的第二蒸汽需求值保持为最大值，从避免非预期进入压力限制模式。

进一步地，在步骤S44之前还包括以下步骤：

S401、判断压力控制器是否接收到压力控制生效脉冲信号。

S402、若步骤S401不成立，且步骤S42和S43中至少一个成立，则将偏置量设置为零。

S403、若步骤S401成立，且步骤S42和S43中至少一个成立，则将偏置量设置为压力测量值减去压力设定值的差值与第二补偿值的和。

如图10所示，本发明还构造了一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统，包括短时电网故障判断单元、延时单元和转速负荷控制器。

短时电网故障判断单元，用于判断是否发生短时电网故障，输出用于表征是否发生短时电网故障的短时电网故障信号。

延时单元，与短时电网故障判断单元连接，用于对于短时电网故障信号进行延时处理，得到延时后短时电网故障信号。

转速负荷控制器，与延时单元连接，用于根据需求参数计算得到功率控制定值，还根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑。

一些实施例中，转速负荷控制器包括可切换工作的自动控制模式和手动控制模式。当转速负荷控制器处于自动控制模式时，根据负荷测量值计算得到转速负荷控制器的负荷设定值，并将功率控制定值设置为负荷设定值；当转速负荷控制器处于手动控制模式时，根据有效蒸汽需求值设置转速负荷控制器的蒸汽需求设定值，并将功率控制定值设置为蒸汽需求设定值。

一些实施例中，本发明系统还包括测量单元。

测量单元，用于测量负荷测量值，并在负荷测量值异常时，产生负荷测量不可用信号，并根据负荷测量不可用信号控制转速负荷控制器从自动控制模式切换至手动控制模式；在监测到短时电网故障信号时，产生屏蔽信号，闭锁负荷测量不可用信号，避免转速负荷控制器从自动控制模式切换至手动控制模式。

一些实施例中，转速负荷控制器包括自动控制模式置值单元和手动控制模式置值单元。

如图11所示，自动控制模式置值单元包括第一减法单元11、第一比较单元12、第一前延时单元13、第一与门逻辑单元15、第一加法单元16和第一限速逻辑单元17。其中，第一限速逻辑单元17为标准逻辑块，其工作特性是：当S端条件均不满足时，其输出端Y跟踪输入端X；当S端有条件满足时，则输出端Y输出SV端的对应值。

第一减法单元11，与测量单元连接，用于将转速负荷控制器的预设目标负荷值减去负荷测量值，输出第一差值。

第一比较单元12，与第一减法单元11连接，用于比较第一差值和第二预设值的大小，输出第一比较信号。若第一差值大于第二预设值，则输出的第一比较信号为高电平，反之为低电平。

第一前延时单元13，连接于第一比较单元12连接，用于对第一比较信号进行前延时处理，输出延时后第一比较信号。

第一与门逻辑单元15，与第一前延时单元13和延时单元4连接，用于对延时后第一比较信号、以及延时后短时电网故障信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第一逻辑信号。

第一加法单元16，用于将负荷测量值和第一预设值进行加法运算，输出第一设定值。

第一限速逻辑单元17，与第一与门逻辑单元15和第一加法单元16连接，用于根据第一逻辑信号设置负荷设定值，若第一逻辑信号为低电平，则将负荷设定值设置为预设目标负荷值，若第一逻辑信号为高电平，则将负荷设定值设置为第一设定值。

进一步的，如图11，第一与门逻辑单元15还获取负荷控制生效信号，还根据负荷控制生效信号的取反值输出第一逻辑信号。当负荷控制器生效时，负荷控制生效信号为高电平，反之为低电平；即当负荷控制器生效时，负荷控制生效信号为高电平时，第一逻辑信号则为低电平，从而避免汽轮机处于负荷控制模式时，将负荷设定值设置为第一设定值。

如图12所示，手动控制模式置值单元包括第二减法单元21、第二比较单元22、第二前延时单元23、第二与门逻辑单元25、第二加法单元26和第二限速逻辑单元27。其中，第二限速逻辑单元27与第一限速逻辑单元17的工作原理相同，在此不再叙述。

第二减法单元21，与测量单元连接，用于将转速负荷控制器的预设目标蒸汽需求值减去转速负荷控制器的有效蒸汽需求值，输出第二差值。

第二比较单元22，与第二减法单元21连接，用于比较第二差值和第二预设值的大小，输出第二比较信号。若第二差值大于第二预设值，则输出的第二比较信号为高电平，反之为低电平。

第二前延时单元23，连接于第二比较单元22连接，用于对第二比较信号进行前延时处理，输出延时后第二比较信号。

第二与门逻辑单元25，与第二前延时单元23和延时单元4连接，用于对延时后第二比较信号、以及延时后短时电网故障信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第二逻辑信号。

第二加法单元26，用于将有效蒸汽需求值和第一预设值进行加法运算，输出第二设定值。

第二限速逻辑单元27，与第二与门逻辑单元25和第二加法单元26连接，用于根据第二逻辑信号设置蒸汽需求设定值，若第二逻辑信号为低电平，则将蒸汽需求设定值设置为预设目标蒸汽需求值，若第二逻辑信号为高电平，则将蒸汽需求设定值设置为第二设定值。

进一步的，如图12，第二与门逻辑单元25还获取负荷控制生效信号，还根据负荷控制生效信号的取反值输出第二逻辑信号。当负荷控制器生效时，负荷控制生效信号为高电平，反之为低电平；即当负荷控制器生效时，负荷控制生效信号为高电平时，第二逻辑信号则为低电平，从而避免汽轮机处于负荷控制模式时，将蒸汽需求设定值设置为第二设定值。

一些实施例中，如图13所示，优化后压力控制器包括第三与门逻辑单元31、第一运算单元34、第三限速逻辑单元35、第二运算单元36、除法单元37和第二PI调节器38。

第三与门逻辑单元31，用于将压力控制器的投入状态信号和压力控制器的生效状态信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第三逻辑信号。其中，投入状态信号用于表征压力控制器是否投入，若压力控制器未投入，投入状态信号为高电平，反之则为低电平；生效状态信号用于表征压力控制器是否生效，若压力控制器未生效，生效状态信号为低电平，反之则为高电平。

第一运算单元34，用于将压力测量值减去压力控制器的压力设定值的差值加上第一补偿值，输出偏置补偿值。

第三限速逻辑单元35，与第三与门逻辑单元31和第一运算单元34连接，用于根据第三逻辑信号输出的偏置量，若第三逻辑信号为高电平，则将偏置量设置为偏置补偿值，若第三逻辑信号为低电平，则将偏置量设置为零。

第二运算单元36，与第三限速逻辑单元35连接，用于将压力设定值与偏置量的和减去压力测量值，输出第一分量。

除法单元37，与第二运算单元36连接，用于计算第一分量除以额定压力值的商，输出压力偏差百分比。

第二PI调节器38，与除法单元37连接，用于对压力偏差百分比进行PI运算，输出第二蒸汽需求值。

进一步的，如图所示，压力控制器还包括第一或门逻辑单元32和补偿值选择单元33。

第一或门逻辑单元32，连接于第三与门逻辑单元31与第三限速逻辑单元35之间，用于将第三逻辑信号和压力控制器的生效脉冲信号进行或门逻辑运算，得到第四逻辑信号，使第三限速逻辑单元35根据第四逻辑信号输出的偏置量，若第四逻辑信号为高电平，则将偏置量设置为偏置补偿值，若第四逻辑信号为低电平，则将偏置量设置为零。

补偿值选择单元33，连接于第三与门逻辑单元31与第一运算单元34之间，用于根据第三逻辑信号输出补偿值，若第三逻辑信号为高电平，将补偿值设置为第一补偿值，若第三逻辑信号为低电平，则将补偿值设置为第二补偿值，第一运算单元34则根据补偿值计算偏置补偿值。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，所述汽轮机包括用于根据需求参数计算得到功率控制定值的转速负荷控制器，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、判断是否发生短时电网故障，若是，则输出短时电网故障信号；

S2、对所述短时电网故障信号进行延时处理，所述转速负荷控制器根据延时后短时电网故障信号闭锁所述功率控制定值的置值逻辑；

其中，所述需求参数包括负荷测量值和有效蒸汽需求值；所述转速负荷控制器包括可切换工作的自动控制模式和手动控制模式；当所述转速负荷控制器处于自动控制模式时，根据所述负荷测量值计算得到所述转速负荷控制器的负荷设定值，并将所述功率控制定值设置为所述负荷设定值；当所述转速负荷控制器处于手动控制模式时，根据所述有效蒸汽需求值设置所述转速负荷控制器的蒸汽需求设定值，并将所述功率控制定值设置为所述蒸汽需求设定值；

所述根据负荷测量值计算得到转速负荷控制器的负荷设定值包括：

S211、判断所述转速负荷控制器的预设目标负荷值减去所述负荷测量值的差值是否大于第二预设值，并对判断结果进行前延时处理后，执行步骤S212；

S212、若是，则将所述负荷设定值设置为所述负荷测量值与第一预设值的和，否则，将所述负荷设定值设置为所述预设目标负荷值；

所述根据有效蒸汽需求值设置转速负荷控制器的蒸汽需求设定值包括：

S221、判断所述转速负荷控制器的预设目标蒸汽需求值减去所述有效蒸汽需求值的差值是否大于所述第二预设值，并对判断结果进行前延时处理后，执行步骤S222；

S222、若是，则将所述蒸汽需求设定值设置为所述有效蒸汽需求值与所述第一预设值的和，否则，将所述蒸汽需求设定值设置为所述预设目标蒸汽需求值。

2.根据权利要求1所述的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，其特征在于，所述方法还包括：

S3、在所述负荷测量值异常时，产生负荷测量不可用信号，并根据所述负荷测量不可用信号控制所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式；

S4、在监测到所述短时电网故障信号时，产生屏蔽信号，闭锁所述步骤S3产生的所述负荷测量不可用信号，避免所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式。

3.根据权利要求2所述的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，其特征在于，在所述步骤S2中的根据延时后短时电网故障信号闭锁功率控制定值的置值逻辑包括：

当所述转速负荷控制器接收到所述短时电网故障信号时，禁止将所述负荷设定值设置为所述负荷测量值与第一预设值的和，以及禁止将所述蒸汽需求设定值设置为所述转速负荷控制器的有效蒸汽需求值与第一预设值的和。

4.根据权利要求3所述的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的方法，所述转速负荷控制器根据所述功率控制定值设置第一蒸汽需求值；所述汽轮机还包括用于输出第二蒸汽需求值的压力控制器和用于输出第三蒸汽需求值的规约控制器；所述汽轮机取第一蒸汽需求值、第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值中的最小值作为用于控制汽轮机汽流量的有效蒸汽需求值，其特征在于，所述方法所述压力控制器进行优化处理，所述优化处理包括以下步骤：

S41、判断所述压力控制器是否投入；

S42、判断所述压力控制器是否生效；

S43、若步骤S42和S43同时不成立，则将所述压力控制器的偏置量设置为所述压力控制器的压力测量值减去所述压力控制器的压力设定值的差值与第一补偿值的和；

S44、将所述压力设定值减去所述压力测量值的差值加上所述偏置量，得到第一分量，所述第一分量除以额定压力值的商为压力偏差百分比，对所述压力偏差百分比进行PI运算后，得到所述第二蒸汽需求值。

5.一种短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统，所述汽轮机包括用于根据需求参数计算得到功率控制定值的转速负荷控制器，其特征在于，包括：

短时电网故障判断单元，用于判断是否发生短时电网故障，输出用于表征是否发生短时电网故障的短时电网故障信号；

延时单元，与所述短时电网故障判断单元连接，用于对于所述短时电网故障信号进行延时处理，得到延时后短时电网故障信号；

转速负荷控制器，与所述延时单元连接，用于根据需求参数计算得到功率控制定值，还根据所述延时后短时电网故障信号闭锁所述功率控制定值的置值逻辑；

其中，所述需求参数包括负荷测量值和有效蒸汽需求值；所述转速负荷控制器包括可切换工作的自动控制模式和手动控制模式；当所述转速负荷控制器处于自动控制模式时，根据所述负荷测量值计算得到所述转速负荷控制器的负荷设定值，并将所述功率控制定值设置为所述负荷设定值；当所述转速负荷控制器处于手动控制模式时，根据所述有效蒸汽需求值设置所述转速负荷控制器的蒸汽需求设定值，并将所述功率控制定值设置为所述蒸汽需求设定值；

所述转速负荷控制器包括自动控制模式置值单元和手动控制模式置值单元；

其中，所述自动控制模式置值单元包括：

第一减法单元(11)，与所述测量单元连接，用于将所述转速负荷控制器的预设目标负荷值减去所述负荷测量值，输出第一差值；

第一比较单元(12)，与所述第一减法单元(11)连接，用于比较所述第一差值和第二预设值的大小，输出第一比较信号；

第一前延时单元(13)，连接于所述第一比较单元(12)连接，用于对所述第一比较信号进行前延时处理，输出延时后第一比较信号；

第一与门逻辑单元(15)，与所述第一前延时单元(13)和延时单元4连接，用于对所述延时后第一比较信号、以及延时后短时电网故障信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第一逻辑信号；

第一加法单元(16)，用于将所述负荷测量值和第一预设值进行加法运算，输出第一设定值；

第一限速逻辑单元(17)，与所述第一与门逻辑单元(15)和第一加法单元(16)连接，用于根据所述第一逻辑信号设置所述负荷设定值，若所述第一逻辑信号为低电平，则将所述负荷设定值设置为所述预设目标负荷值，若所述第一逻辑信号为高电平，则将所述负荷设定值设置为第一设定值；

所述手动控制模式置值单元包括：

第二减法单元(21)，与所述测量单元连接，用于将所述转速负荷控制器的预设目标蒸汽需求值减去所述转速负荷控制器的有效蒸汽需求值，输出第二差值；

第二比较单元(22)，与所述第二减法单元(21)连接，用于比较所述第二差值和所述第二预设值的大小，输出第二比较信号；

第二前延时单元(23)，连接于所述第二比较单元(22)连接，用于对所述第二比较信号进行前延时处理，输出延时后第二比较信号；

第二与门逻辑单元(25)，与第二前延时单元(23)和延时单元连接，用于对所述延时后第二比较信号、以及延时后短时电网故障信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第二逻辑信号；

第二加法单元(26)，用于将所述有效蒸汽需求值和所述第一预设值进行加法运算，输出第二设定值；

第二限速逻辑单元(27)，与所述第二与门逻辑单元(25)和第二加法单元(26)连接，用于根据所述第二逻辑信号设置所述蒸汽需求设定值，若所述第二逻辑信号为低电平，则将所述蒸汽需求设定值设置为所述预设目标蒸汽需求值，若所述第二逻辑信号为高电平，则将所述蒸汽需求设定值设置为第二设定值。

6.根据权利要求5所述的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统，其特征在于，所述系统还包括测量单元；

测量单元，用于测量所述负荷测量值，并在所述负荷测量值异常时，产生负荷测量不可用信号，并根据所述负荷测量不可用信号控制所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式；在监测到所述短时电网故障信号时，产生屏蔽信号，闭锁所述负荷测量不可用信号，避免所述转速负荷控制器从所述自动控制模式切换至所述手动控制模式。

7.根据权利要求6所述的短时电网故障工况下汽轮机稳定运行的系统，所述转速负荷控制器根据所述功率控制定值设置第一蒸汽需求值；其特征在于，所述系统还包括用于输出第二蒸汽需求值的优化后压力控制器和用于输出第三蒸汽需求值的规约控制器；所述汽轮机取所述第一蒸汽需求值、第二蒸汽需求值和第三蒸汽需求值中的最小值作为用于控制汽轮机汽流量的有效蒸汽需求值；

其中，所述优化后压力控制器包括：

第三与门逻辑单元(31)，用于将所述压力控制器的投入状态信号和所述压力控制器的生效状态信号的取反值进行与门逻辑运算，输出第三逻辑信号；

第一运算单元(34)，用于将所述压力控制器的压力测量值减去所述压力控制器的压力设定值的差值加上第一补偿值，输出偏置补偿值；

第三限速逻辑单元(35)，与所述第三与门逻辑单元(31)和第一运算单元(34)连接，用于根据所述第三逻辑信号输出的偏置量，若所述第三逻辑信号为高电平，则将所述偏置量设置为所述偏置补偿值，若所述第三逻辑信号为低电平，则将所述偏置量设置为零；

第二运算单元(36)，与所述第三限速逻辑单元(35)连接，用于将所述压力设定值与所述偏置量的和减去所述压力测量值，输出第一分量；

除法单元(37)，与所述第二运算单元(36)连接，用于计算所述第一分量除以额定压力值的商，输出压力偏差百分比；

第二PI调节器(38)，与所述除法单元(37)连接，用于对所述压力偏差百分比进行PI运算，输出所述第二蒸汽需求值。