CN115030888A - 一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法 - Google Patents

一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，包括以下步骤：采用变参数PI调节回路控制闭冷水泵变频器的频率；当有一台闭冷水泵变频投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F1(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F3(x)的输出；当有两台闭冷水泵变频器投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F2(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F4(x)的输出，该方法能够实现闭式冷却水母管压力的自适应控制。

Description

一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法
技术领域
本发明属于发电过程控制技术领域，涉及一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法。
背景技术
随着发电企业对节能降耗的需求越来越强，降低厂用电率和减少系统运行的经济性损失是实现此目标的主要途径。闭式冷却水泵(即水电厂的技术供水泵)是发电机组中的主要辅机设备，考虑配置工频闭式冷却水泵的设计裕度，以及不同负荷工况下所需消耗的电能，原工频配置的闭式冷却水系统存在巨大的节能潜能。当前，以安全稳定和节能降耗为准，配备3台变频闭式冷却水泵替代原工频系统，主要功能是适应机组处于不同工况时对于闭式冷却水量的需求，降低了因阀门节流、管道损耗造成的损失。
根据机组处于不同的负荷段，变频闭式冷却水系统的运行模式为低负荷的一用两备方式和高负荷的两用一备方式。为了实现变频电机转速跟随负荷的波动进行调节，需要对闭式冷却水母管压力进行自动调整，然而现有技术中并没有给出类似的公开。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，该方法能够实现闭式冷却水母管压力的自适应控制。
为达到上述目的，本发明所述的应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法包括以下步骤：
以闭冷水母管的实际压力为实测值，以闭冷水母管的设定压力为设定值，采用变参数PI调节回路控制闭冷水泵变频器的频率；
当有一台闭冷水泵变频投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F1(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F3(x)的输出；
当有两台闭冷水泵变频器投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F2(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F4(x)的输出；
当第三台闭冷水泵启动后，则处于手动运行状态。
当两台闭冷水泵变频投入自动时，则手动设置的频率偏置回路为：
当闭冷水泵A及闭冷水泵B变频投入自动时，则闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
当闭冷水泵A及闭冷水泵C变频投入自动时，则闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
当闭冷水泵B及闭冷水泵C变频投入自动时，则闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值。
两台闭冷水泵变频投入自动且变频器电流偏差超出死区时，电流自动平衡回路为：
当闭冷水泵A及闭冷水泵B变频投入自动且闭冷水泵A及闭冷水泵B的变频器电流偏差超出死区时，则电流自动平衡PI控制回路计算电流平衡偏置值，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值，得闭冷水泵A及闭冷水泵B变频投入自动的频率输出指令；
当闭冷水泵A及闭冷水泵C变频投入自动且闭冷水泵A及闭冷水泵C的变频器电流偏差超出死区时，则电流自动平衡PI控制回路计算电流平衡偏置值，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值，得闭冷水泵A及闭冷水泵C变频投入自动的频率输出指令；
当闭冷水泵B及闭冷水泵C变频投入自动且闭冷水泵B及闭冷水泵C的变频器电流偏差超出死区时，则电流自动平衡PI控制回路计算电流平衡偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值，得闭冷水泵B及闭冷水泵C变频投入自动的频率输出指令。
安全闭锁条件为：
手动开启闭冷水泵A、闭冷水泵B或闭冷水泵C，设置变频器的初始频率；闭式水系统发生跳闸联启或压力低联启工况时，被联启的闭冷水泵变频器处于手动状况，且输出频率为之前运行系统变频输出的最大值；其中。
变频器的初始频率设置为15～30Hz。
最多仅有两台闭冷水泵变频投入自动。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法在具体操作时，利用变参数PI调节回路，根据机组当前所处负荷段，得到运行的闭式冷却水泵变频输出指令，同时通过手动设置的频率偏置回路和电流自动平衡PI控制回路，实现闭式冷却水系统的自适应控制，提高闭式冷却水系统运行的经济性和安全性，达到节能和稳定的目的。
附图说明
图1为变频闭式冷却水系统的原理图；
图2为本发明中变参数PI调节闭式冷却水系统的组态图；
图3为本发明中频率偏置回路的组态图；
图4为本发明中变频器电流自动平衡回路的组态图；
图5为本发明中变频器指令设定值的组态图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图2至图5，本发明所述的应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法包括以下步骤：
1)以闭冷水母管的实际压力为实测值，以闭冷水母管的设定压力为设定值，采用变参数PI调节回路控制闭冷水泵变频器的频率；
2)当仅有一台闭冷水泵变频投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节(P值)为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F1(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节(I值)为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F3(x)的输出。
F1(x)及F3(x)的设定原则为压差越大，则对应P值越大，I值越小；
3)当有两台闭冷水泵变频投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节(P值)为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F2(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节(I值)为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F4(x)的输出；
F2(x)及F4(x)的设定原则为压差越大，则对应P值越大，I值越小；
4)当所有闭冷水泵均未投入自动时，变参数PI调节回路处于跟踪状态，跟踪值为所有闭冷水泵当前变频输出的最大值；
5)当两台闭冷水泵变频投入自动时，手动设置的频率偏置回路。
当闭冷水泵A/B变频投入自动时，则闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
当闭冷水泵A/C变频投入自动时，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
当闭冷水泵B/C变频投入自动时，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
6)当两台闭冷水泵变频投入自动时，电流自动平衡PI控制回路。
当闭冷水泵A/B变频投入自动且变频器A/B电流偏差超出死区时，则计算电流平衡偏置值，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值；
当闭冷水泵B/C变频投入自动且变频器B/C电流偏差超出死区时，则计算电流平衡偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值；
当闭冷水泵A/C变频投入自动且变频器A/C电流偏差超出死区时，则计算电流平衡偏置值，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值；
7)变频闭式冷却水泵的自适应控制的安全闭锁条件。
跟随机组负荷变动设定闭式冷却水系统的运行模式，低负荷时为一用两备的运行方式和高负荷时为两用一备的运行方式；
即，手动开启任意一台闭冷水泵时，变频器的初始频率设定为15～30Hz；
闭式水系统发生跳闸联启备用泵或压力低联启备用泵时，被联启的闭冷水泵变频器设置为手动状况，且输出频率为运行系统变频输出的最大值；
最多仅有两台闭冷水泵变频可投入自动，第三台运行的闭冷水泵闭锁为手动状态。
参考图5，A/B/C闭冷水泵变频器指令设定值的组态图。由图5可知，基于分散控制系统的图形化程序语言，综合使用延时保持块TOF、与门and、非门not、脉冲块PLS以及切换块T等逻辑块实现变频冷却水系统自适应控制的功能，对应图5内各变频器指令设定值的具体操作为：
1a)以闭冷水泵A变频器为例，当闭冷水泵A变频器不是由联启条件触发启动，则闭冷水泵A变频器指令的初始设定值为15～30Hz；
2a)以闭冷水泵A变频器为例，当闭冷水泵A变频器由联启条件触发启动且闭冷水泵B/C均停止，则闭冷水泵A变频器指令的设定值为闭冷水泵B/C跳闸前的最大输出频率；
3a)以闭冷水泵A变频器为例，当闭冷水泵A变频器由联启条件触发启动且闭冷水泵B/C任一台运行，闭冷水泵A变频器指令的设定值为当前所有闭冷水泵变频器的最大输出频率；
4a)参照1a)、2a)、3a)，得到闭冷水泵B/C变频器指令的设定值。
本发明所使用的图形化程序语言，重要逻辑块包括延时TON、与门AND、非门NOT、或门OR、脉冲块PLC、延时块TON、延时保持块TOF、取最大值MAX、常数块、累加块SUM、PID模块、手动/自动切换站M/A以及切换块T。其中，各逻辑块内的主要管脚代表含义包括TS为跟踪标志位、TR为跟踪信号、MI为强制手动位、SP为设定值、PV为实测值、CO为PID输出、DB为死区值等。
本发明克服了闭冷水系统多台变频器投入自动后，容易发生相互扰动且出力不平衡的缺点，同时能够根据负荷变化自适应实时调节输出频率，充分挖掘闭冷水系统的节能潜能。

Claims (6)

1.一种应用于变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
以闭冷水母管的实际压力为实测值，以闭冷水母管的设定压力为设定值，采用变参数PI调节回路控制闭冷水泵变频器的频率；
当有一台闭冷水泵变频投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F1(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F3(x)的输出；
当有两台闭冷水泵变频器投入自动时，则变参数PI调节回路的比例环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的比例函数F2(x)的输出，变参数PI调节回路的积分环节为闭冷水母管实际压力与设定压力之间的压差对应的积分函数F4(x)的输出；
当第三台闭冷水泵启动后，则处于手动运行状态。
2.根据权利要求1所述的变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，其特征在于，当两台闭冷水泵变频投入自动时，则手动设置的频率偏置回路为：
当闭冷水泵A及闭冷水泵B变频投入自动时，则闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
当闭冷水泵A及闭冷水泵C变频投入自动时，则闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值；
当闭冷水泵B及闭冷水泵C变频投入自动时，则闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值。
3.根据权利要求1所述的变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，其特征在于，两台闭冷水泵变频投入自动且变频器电流偏差超出死区时，电流自动平衡回路为：
当闭冷水泵A及闭冷水泵B变频投入自动且闭冷水泵A及闭冷水泵B的变频器电流偏差超出死区时，则电流自动平衡PI控制回路计算电流平衡偏置值，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值，得闭冷水泵A及闭冷水泵B变频投入自动的频率输出指令；
当闭冷水泵A及闭冷水泵C变频投入自动且闭冷水泵A及闭冷水泵C的变频器电流偏差超出死区时，则电流自动平衡PI控制回路计算电流平衡偏置值，闭冷水泵A的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值，得闭冷水泵A及闭冷水泵C变频投入自动的频率输出指令；
当闭冷水泵B及闭冷水泵C变频投入自动且闭冷水泵B及闭冷水泵C的变频器电流偏差超出死区时，则电流自动平衡PI控制回路计算电流平衡偏置值，闭冷水泵B的变频输出＝变参数PI调节回路的输出+手动设置频率偏置值+电流平衡偏置值，闭冷水泵C的变频输出＝变参数PI调节回路的输出-手动设置频率偏置值-电流平衡偏置值，得闭冷水泵B及闭冷水泵C变频投入自动的频率输出指令。
4.根据权利要求1所述的变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，其特征在于，安全闭锁条件为：
手动开启闭冷水泵A、闭冷水泵B或闭冷水泵C，设置变频器的初始频率；闭式水系统发生跳闸联启或压力低联启工况时，被联启的闭冷水泵变频器处于手动状况，且输出频率为之前运行系统变频输出的最大值；其中。
5.根据权利要求1所述的变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，其特征在于，变频器的初始频率设置为15～30Hz。
6.根据权利要求1所述的变频闭式冷却水泵的自适应控制方法，其特征在于，最多仅有两台闭冷水泵变频投入自动。
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