CN115343943A

CN115343943A - 过程信号加速器、加速观测方法及再热汽温控制系统

Info

Publication number: CN115343943A
Application number: CN202211057981.4A
Authority: CN
Inventors: 陈锦攀; 李华亮; 李军; 毛李帆
Original assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2022-11-15

Abstract

本申请公开了一种过程信号加速器、加速观测方法及再热汽温控制系统，该加速器包括正向加速单元、负向加速单元及输出加法器；所述正向加速单元用于对输入信号进行正向加速，生成正向加速信号；所述负向加速单元用于对输入信号进行负向加速，生成负向加速信号；所述输出加法器用于对所述正向加速信号和所述负向加速信号做加法，生成输出信号。本申请提供的过程信号加速器，通过正反馈环节实现了正向加速单元和负向加速单元的双向加速观测，实现在控制过程中将控制量提前输出，从而提升了加速效果，同时将该过程信号加速器用于火电机组的再热汽温控制系统的构建，能够有利于抑制再热汽温的偏差，最终增强控制效果。

Description

过程信号加速器、加速观测方法及再热汽温控制系统

技术领域

本申请涉及火电机组过程控制领域，尤其涉及一种过程信号加速器、加速观测方法及再热汽温控制系统。

背景技术

在工业过程控制领域中，尤其在火电机组过程控制领域中，超前观测对于提高过程控制性能有重要作用。长期以来已形成了各种超前观测方法，如微分器、PD控制器、相位超前校正器以及高性能超前观测器等等。然而，这些方法的超前观测效果还不能满足现有的观测需求，应用在火电机组的再热汽温控制系统抑制再热汽温的偏差的性能不足够，进而影响控制效果。为了满足各种不同控制过程的需求，超前观测方法需要发展。

发明内容

本申请的目的在于提供一种过程信号加速器、加速观测方法及再热汽温控制系统，以实现在控制过程中将控制量提前输出进而提升加速效果，同时有利于抑制再热汽温的偏差，增强控制效果。

为实现上述目的，本申请提供了一种过程信号加速器，包括：

正向加速单元、负向加速单元及输出加法器；

所述正向加速单元用于对输入信号进行正向加速，生成正向加速信号；

所述负向加速单元用于对输入信号进行负向加速，生成负向加速信号；

所述输出加法器用于对所述正向加速信号和所述负向加速信号做加法，生成输出信号。

进一步地，所述正向加速单元包括第一正反馈环节、第一微分器、正向输出控制器、第一积分器及第一积分限幅器；

所述第一正反馈环节、所述第一微分器与所述正向输出控制器依次连接；

所述第一正反馈环节的输入端用于接收所述输入信号，所述正向输出控制器的输出端用于输出所述正向加速信号；

所述第一积分器的输入端与所述第一正反馈环节的输出端连接，所述第一积分器的输出端与所述第一正反馈环节的反馈端连接；

所述第一积分限幅器与所述第一积分器连接，用于对所述第一积分器的信号进行限幅。

进一步地，所述第一积分器为：

式中，IA(s)为第一积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_IA为积分时间常数，单位为s；

所述第一积分限幅器为：

式中，IA(t)为第一积分器的输出信号，IN(t)为过程信号加速器的输入信号；所述第一微分器为：

式中，DA(s)为第一微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_DA为微分时间常数，单位为s；K_DA为微分增益，单位为无量纲；

所述正向输出控制器为：

式中，FOC(t)为正向输出控制器的输出信号，DA(t)为第一微分器的输出信号。

进一步地，所述负向加速单元包括第二正反馈环节、第二微分器、负向输出控制器、第二积分器及第二积分限幅器；

所述第二正反馈环节、所述第二微分器与所述负向输出控制器依次连接；

所述第二正反馈环节的输入端用于接收所述输入信号，所述负向输出控制器的输出端用于输出所述负向加速信号；

所述第二积分器的输入端与所述第二正反馈环节的输出端连接，所述第二积分器的输出端与所述第二正反馈环节的反馈端连接；

所述第二积分限幅器与所述第二积分器连接，用于对所述第二积分器的信号进行限幅。

进一步地，所述第二积分器为：

式中，IB(s)为第二积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_IB为积分时间常数，单位为s；

所述第二积分限幅器为：

式中，IB(t)为第二积分器的输出信号，IN(t)为过程信号加速器的输入信号；所述第二微分器为：

式中，DB(s)为第二微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_DB为微分时间常数，单位为s，K_DB为微分增益，单位为无量纲；

所述负向输出控制器为：

式中，NOC(t)为负向输出控制器的输出信号，DB(t)为第二微分器的输出信号。

进一步地，所述输入信号包括火电机组再热汽温控制系统的再热汽温给定与再热汽温的偏差信号。

本申请还提供了一种过程信号加速观测方法，引用如上任一项所述的过程信号加速器，所述方法包括：

将单位阶跃输入信号输入至四阶惯性过程，将四阶惯性过程的输出信号输入至所述过程信号加速器，得到加速后的输出信号；其中，四阶惯性过程为：

式中，FOIP(s)为四阶惯性过程FOIP的传递函数，T_FOIP为FOIP时间常数，单位为s。

本申请还提供了一种火电机组的再热汽温控制系统，包括控制器和控制过程，所述控制器中包括如上任一项所述的过程信号加速器。

进一步地，所述控制器还包括：

串级比例控制器和工程最速积分器；

所述串级比例控制器用于接收过程给定的输入信号，并将生成的输出信号分别输入至所述工程最速积分器和所述过程信号加速器中；

所述工程最速积分器的输出信号与所述过程信号加速器的输出信号求和后作为所述控制过程的输入信号。

进一步地，所述控制器为：

C(s)＝K_CPC[PSA(s)+EFI(s)],

式中，C(s)为控制器C的传递函数，PSA(s)为过程信号加速器PSA的传递函数，EFI(s)为工程最速积分器EFI的传递函数，s为拉普拉斯算子，K_CPC为串级比例控制器CPC的增益，单位为无量纲；在EFI的传递函数中，n为EFI的阶次，单位为无量纲；T_EFI为HEI的时间常数，单位为s；T_IA为第一积分器的积分时间常数，单位为s；T_DA为第一微分器的微分时间常数，单位为s；K_DA为第一微分器的增益，单位为无量纲；IA(t)为第一积分器的输出信号，DA(t)第一微分器的输出信号；T_IB为第二积分器的积分时间常数，单位为s；T_DB为第二微分器的微分时间常数，单位为s；K_DB为第二微分器的增益，单位为无量纲；IB(t)为第二积分器的输出信号，DB(t)第二微分器的输出信号，IN(t)为PSA的输入信号。

相对于现有技术，本申请的有益效果在于：

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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。

图1是本申请某一实施例提供的过程信号加速器的结构示意图；

图2是本申请又一实施例提供的过程信号加速器的结构示意图；

图3是本申请某一实施例提供的将过程信号加速器用于四阶惯性过程以进行过程信号加速观测方法的流程示意图；

图4是图3中过程信号加速器输出信号的实验结果示意图；

图5是本申请某一实施例提供的火电机组的再热汽温控制系统的结构示意图；

图6是图5中再热汽温控制系统控制结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

请参阅图1，本申请某一实施例提供一种过程信号加速器(Process signalaccelerator，PSA)，包括：

正向加速单元1、负向加速单元2及输出加法器3；

正向加速单元1用于对输入信号进行正向加速，生成正向加速信号；

负向加速单元2用于对输入信号进行负向加速，生成负向加速信号；

输出加法器3用于对正向加速信号和负向加速信号做加法，生成输出信号。

作为优选的，输入信号可以为火电机组再热汽温控制系统的再热汽温给定与再热汽温的偏差信号。

在一个具体实施例中，正向加速单元1包括第一正反馈环节10、第一微分器11、正向输出控制器12、第一积分器13及第一积分限幅器14，如图2所示。其中，

第一正反馈环节10、第一微分器11与正向输出控制器12依次连接；

第一正反馈环节10的输入端用于接收所述输入信号，正向输出控制器12的输出端用于输出正向加速信号；

第一积分器13的输入端与第一正反馈环节10的输出端连接，第一积分器13的输出端与第一正反馈环节10的反馈端连接；

第一积分限幅器14与第一积分器13连接，用于对第一积分器13的信号进行限幅。

需要说明的是，本实施例中之所以要采用第一积分限幅器14，是因为第一积分器13的输出往往不收敛，因此需要通过第一积分限幅器14对第一积分器13输出进行限幅。

如图2所示，V_HA为第一积分器13输出信号的高限值，单位为无量纲；V_LA为第一积分器13输出信号的低限值，单位为无量纲。

进一步地，第一积分器13为：

式中，IA(s)为第一积分器13的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_IA为积分时间常数，单位为s。

第一积分限幅器14为：

式中，IA(t)为第一积分器13的输出信号，IN(t)为过程信号加速器的输入信号。

第一微分器11为：

式中，DA(s)为第一微分器11的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_DA为微分时间常数，单位为s；K_DA为微分增益，单位为无量纲。

所述正向输出控制器12为：

式中，FOC(t)为正向输出控制器12的输出信号，DA(t)为第一微分器11的输出信号。

请继续参阅图2，在某一个具体实施例中，负向加速单元2包括第二正反馈环节20、第二微分器21、负向输出控制器22、第二积分器23及第二积分限幅器24；其中，

第二正反馈环节20、第二微分器21与负向输出控制器22依次连接；

第二正反馈环节20的输入端用于接收输入信号，负向输出控制器22的输出端用于输出负向加速信号；

第二积分器23的输入端与第二正反馈环节20的输出端连接，第二积分器23的输出端与第二正反馈环节20的反馈端连接；

第二积分限幅器24与第二积分器23连接，用于对第二积分器23的信号进行限幅。

同理，本实施例中采用第二积分限幅器24的作用也是限幅，即针对第二积分器23的输出不收敛的情况，对其输出进行限幅。

如图2所示，V_HB为第二积分器23输出信号的高限值，单位为无量纲；V_LB为第二积分器23输出信号的低限值，单位为无量纲。

进一步地，第二积分器23为：

式中，IB(s)为第二积分器23的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_IB为积分时间常数，单位为s。

第二积分限幅器24为：

式中，IB(t)为第二积分器23的输出信号，IN(t)为过程信号加速器的输入信号。

第二微分器21为：

式中，DB(s)为第二微分器21的传递函数，s为拉普拉斯算子，T_DB为微分时间常数，单位为s，K_DB为微分增益，单位为无量纲。

所述负向输出控制器22为：

式中，NOC(t)为负向输出控制器22的输出信号，DB(t)为第二微分器21的输出信号。

综上，本申请实施例提供的过程信号加速器，通过正反馈环节实现了正向加速单元1和负向加速单元2的双向加速观测，实现在控制过程中将控制量提前输出。

请参阅图3，为了帮助理解上述实施例提供的过程信号加速器的加速效果，在一个具体地实施例中，还将上述程信号加速器用于四阶惯性过程(Fourth order inertiaprocess，FOIP)，通过输入单位阶跃输入信号以进行加速观测。

具体地，本实施例的过程信号加速观测方法包括以下步骤：

将单位阶跃输入信号输入至四阶惯性过程，将四阶惯性过程的输出信号输入至所述过程信号加速器，得到加速后的输出信号；

其中，四阶惯性过程为：

进一步地，在T_IA＝100s，T_DA＝100s，K_DA＝4，T_IB＝100s，T_DB＝100s，K_DB＝4，T_FOIP＝100s，FOIP输入为单位阶跃信号，得到过程信号加速器PSA输出信号的实验结果，如图4所示。在t＝0s时刻，输入信号为单位阶跃信号，在t＝1800s时刻，输入信号单位负阶跃变化。其中，PV_FOIP(t)为四阶惯性过程FOIP在单位阶跃输入的过程输出信号，PV_PSA(t)为过程信号加速器PSA的过程输出信号。由图4可知，过程信号加速器输出信号PV_PSA(t)明显超前于过程输出信号PV_FOIP(t)。

请参阅图5，在另一个示例性的实施例中，还将上述过程信号加速器用于构建火电机组的再热汽温控制系统。

具体地，该火电机组的再热汽温控制系统包括控制器和控制过程，所述控制器中包括如上任一项实施例所述的过程信号加速器。

根据图5可知，过程给定的输入信号先进入控制器，然后控制器的输出信号会给到控制过程，最后得到控制过程的输出信号作为过程输出结果。其中，控制过程的输出信号还会反馈到过程给定的输入过程中。

如图5所示，在一个具体地实施例中，控制器的结构主要包括：

过程信号加速器、串级比例控制器以及工程最速积分器；

因此，基于上述的控制器结构，得到控制器(Controller，C)的传递函数为：

C(s)＝K_CPC[PSA(s)+EFI(s)],

进一步地，将再热汽温控制系统的控制器C应用于某电厂1000MW超临界火电机组的再热汽温控制过程，得到的控制结果如图6所示。

由图6可知，在14:00之后加入过程信号加速器PSA，在未加入PSA前，相对再热汽温设定，再热汽温偏差为+6.7℃/-5.9℃；在加入PSA后，相对再热汽温给定，再热汽温偏差为+5.2℃/-3.2℃，由此可见，PSA对减小再热汽温偏差有较好的作用。因此将本申请提供的过程信号加速器用于火电机组的再热汽温控制系统的构建时，能够有利于抑制再热汽温的偏差，最终增强控制效果。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，在实际应用中对其实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或页面组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。