CN204086850U - 协调控制系统的阶跃设定值形成回路 - Google Patents

Abstract

一种协调控制系统的阶跃设定值形成回路，通过在一次调频控制回路基础上新增模拟转速偏差设定模块，模式切换模块，投切开关模块，通过相应模块的搭接，构造功率设定值阶跃扰动发生器；在主压力设定回路基础上新增速率设定模块、速率切换模块、投切开关模块、时延时间设定模块、时延时间切换模块、投切开关模块，通过相应模块的搭接，构造压力设定值阶跃扰动发生器。在保证电厂正常的安全运行下，实现了协调控制系统的设定值阶跃扰动，根据本系统获取的设定值阶跃扰动数据可以准确辨识出协调控制系统被控对象的模型，利用辨识出的被控对象模型，通过内模控制等方法，实现了机组的经济运行，并保证了电网的安全稳定。

Description

协调控制系统的阶跃设定值形成回路

技术领域

本实用新型涉及多变量系统应用技术领域，特别是涉及一种协调控制系统的阶跃设定值形成回路。

背景技术

大型火力发电机组通常采用单元制，其机炉协调控制系统是提高电厂经济效益和实现AGC(Automatic Generation Control，自动发电量控制)的重要环节。单元机组协调控制系统就是把汽机和锅炉机组看作一个整体进行控制，协调地控制锅炉燃料量、送风量、给水量等，以及汽机调节阀门开度，使机组既能适应电网负荷指令的要求，又能保持单元机组在额定参数下安全、经济地运行。而根据获得的控制系统的试验数据辨识出协调控制系统被控对象的模型，就可以科学地修正控制策略，改变调节器的控制参数等，使机组控制性能指标接近最优。

火电厂单元机组协调控制的汽机和锅炉被控对象是一个多变量系统，一般采用控制回路输出的阶跃扰动等开环试验方法来获取控制系统的试验数据，然后根据获取的试验数据辨识出被控对象的模型。但是由于汽机和锅炉被控对象具有复杂性、非线性、多变量性、时变性等，在进行控制输出的阶跃扰动等开环试验时，运行参数可能会超出机组的正常运行范围，甚至可能使机组进入到失稳工况；受到多变量间相互耦合内扰及各种非确定外扰等的影响，通过开环试验获得的试验数据很难准确反映这个多变量系统本质的对象特性，要获得有效数据很大程度依赖经验和偶然性。这就使得开环试验方法既影响机组的安全稳定运行，又耗时费力，还难以获取准确反映汽机和锅炉被控对象的试验数据等。

并网机组按要求需定期进行各种试验，如一次调频性能测试、AGC性能测试、压力设定值扰动等试验。但现有的协调控制系统出于协调汽机和锅炉控制特性的差异，以及尽量减小机组热应力、经济运行、稳定运行等方面的考虑，对汽机、锅炉控制回路的设定值变化都做了很多的限制，使它们不能产生设定值阶跃变化，试验的数据不能满足辨识模型要求。迄今未能发现一种既能在运行电厂中定期开展，又能满足辨识模型要求，较好地获取汽机、锅炉特性试验数据的方法。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种在保证电厂正常的安全运行下，从正常的定期试验中，获取满足协调控制系统多变量模型辨识要求试验数据的协调控制系统的阶跃设定值形成回路。

一种协调控制系统的阶跃设定值形成回路，包括一次调频控制回路和主压力设定回路；

所述一次调频控制回路包括依次与实测转速偏差信号输入端连接的模式切换模块、第一函数模块、乘法模块、大选模块、小选模块，与模式切换模块另一输入端连接的模拟转速偏差设定模块，与模式切换模块信号切换端连接的第一投切开关模块，一端与实测主蒸汽压力输入端连接、另一端与乘法模块另一输入端连接的第二函数模块；

所述主压力设定回路包括压力偏置设定模块、加法模块、小值比较模块、大值比较模块、速率限制模块、第三函数模块、第一惯性时延模块、第二惯性时延模块、第三惯性时延模块、速率设定模块、速率切换模块、第二投切开关模块、时延时间设定模块、时延时间切换模块、第三投切开关模块；

加法模块的两输入端分别与滑压压力设定值输入端、压力偏置设定模块输出端相连，其输出端依次与小值比较模块、大值比较模块、速率限制模块、第一惯性时延模块、第二惯性时延模块、第三惯性时延模块相连；速率切换模块的两输入端分别与滑压压力设定速率信号输入端、速率设定模块输出端相连，其信号切换端与第二投切开关模块输出端相连，其输出端与速率限制模块速率限制信号端相连；发电功率指令输入端通过第三函数模块与时延时间切换模块的一输入端相连；时延时间切换模块的另一输入端与时延时间设定模块输出端相连，其信号切换端与第三投切开关模块输出端相连，其输出端分别与第一惯性时延模块、第二惯性时延模块、第三惯性时延模块的时延时间输入端相连。

本实用新型通过在一次调频控制回路中新增模拟转速偏差设定模块、模式切换模块、第一投切开关模块，在第一投切开关模块投入状态下，改变模拟转速偏差设定模块的数值形成对功率设定值的阶跃扰动；在主压力设定回路中新增速率设定模块、速率切换模块、第二投切开关模块、第三投切开关模块、时延时间设定模块、时延时间切换模块，改变压力偏置设定模块的数值形成对压力设定的阶跃扰动。在保证电厂正常的安全运行下，该系统获取的汽机-锅炉设定值阶跃扰动试验数据满足多变量模型辨识要求，即根据本系统获取的设定值阶跃扰动数据可以准确辨识出协调控制系统被控对象的模型，利用辨识出的被控对象的模型，通过内模控制等方法，就能很好的实现机炉控制回路的前馈解耦及反馈PID控制，从而实现了机组的经济运行，保证了电网的安全稳定。

附图说明

图1为现有技术中一次调频控制回路实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一次调频控制回路实施例的结构示意图；

图3为现有技术中主压力设定回路实施例的结构示意图；

图4为本实用新型主压力设定回路实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型协调控制系统的阶跃设定值形成回路的具体实施方式做详细描述，其中本实用新型中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本实用新型并不对此进行限定。第一、第二、第三等数字仅仅为了区分元件，并不对其顺序进行限定。

图1为现有技术中一次调频控制回路的结构示意图。如图1所示，一次调频控制回路包括依次与实测转速偏差信号输入端连接的函数模块12、乘法模块13、大选模块14、小选模块15，一端与实测主蒸汽压力输入端连接、另一端与乘法模块13另一输入端连接的函数模块11。

实测主蒸汽压力输入函数模块11形成主蒸汽压力对调频功率修正值；实测转速(或频率)偏差信号输入函数模块12形成转速偏差对调频功率校正值；函数模块11将调频功率修正值、函数模块12将调频功率校正值分别输入乘法模块13相乘，形成修正后的转速偏差功率校正值，即一次调频校正值；转速偏差功率校正值与最小允许功率值分别送到大选模块14，大选模块14计算出两者中的较大值，这样经由大选模块14筛选输出的转速偏差功率校正值就不会低于所设定的最小允许功率值；经过大选模块14挑选出的转速偏差功率校正值与最大允许功率值分别送到小选模块15，小选模块15计算出两者中的较小值，经由小选模块15筛选输出的转速偏差功率校正值就不会高于所设定的最大允许功率值，这样经过压力修正、最小及最大允许功率值的筛选，输出功率设定值信号。

图2为改进后的一次调频控制回路，在图1的基础上新增模拟转速偏差设定模块16，模式切换模块17，投切开关模块18。改进后的一次调频控制回路(功率设定值阶跃扰动发生器)可以在保证电厂正常的安全运行下，形成功率设定值的阶跃变化。

如图2所示，实测转速偏差信号输入端与模式切换模块17的输入端子1相连，模拟转速偏差设定模块16输出端与模式切换模块17的输入端子2相连，投切开关模块18输出端与模式切换模块17的信号切换端相连，模式切换模块17的输出端与函数模块12相连。

功率设定值阶跃扰动发生器正常运行时，模拟转速偏差设定模块16的转速偏差设置为0，投切开关模块18打在切除状态；

功率设定值阶跃扰动发生器需要进行功率设定值阶跃扰动时，将投切开关模块18打到投入状态，就切换为功率阶跃扰动测试方式，模式切换模块17的输出则选用模拟转速偏差设定模块16设置的数值，这时模拟转速偏差设定模块16改变转速偏差，即将当前的转速偏差改为新的转速偏差，对功率设定值进行阶跃扰动，若实际发电功率达到稳定值，将所述新的转速偏差作为新的当前的转速偏差。如此反复就能形成功率设定值的多段阶跃扰动变化，其中转速偏差改变的具体数值和改变的方向可以根据实际需要设置。

图3为现有技术中主压力设定回路的结构示意图。如图3所示，主压力设定回路包括压力偏置设定模块31、加法模块32、小值比较模块33、大值比较模块34、速率限制模块35、函数模块36、惯性时延模块37、惯性时延模块38、惯性时延模块39。加法模块32的两输入端分别与滑压压力设定值输入端、压力偏置设定模块31输出端相连，其输出端依次与小值比较模块33、大值比较模块34、速率限制模块35、惯性时延模块37、惯性时延模块38、惯性时延模块39相连；速率限制模块35的速率限制信号端与滑压压力设定速率信号输入端相连；发电功率指令输入端通过函数模块36分别与惯性时延模块37、惯性时延模块38、惯性时延模块39的时延时间输入端相连。

滑压压力设定值输入加法模块32的1端子，压力偏置设定模块31的输出接到加法模块32的2端子，在加法模块32中压力偏置对滑压压力设定值进行修正运算；加法模块32将修正的滑压压力设定值输出到小值比较模块33的2端子，最大允许压力值输入到小值比较模块33的1端子，小值比较模块33计算出两者中的较小值，这样经由小值比较模块33筛选输出的修正的滑压压力设定值就不会高于所设定的最大允许压力值；小值比较模块33的输出接到大值比较模块34的2端子，最小允许压力值输入到大值比较模块34的1端子，这样由加法模块32输出修正后的滑压压力设定值，经过小值比较、大值比较限制后，它的变化就限制在不大于最大的压力允许值、不小于最小的压力允许值范围内。

大值比较模块34将筛选后的滑压压力设定值输入速率限制模块35，滑压压力设定速率接到速率限制模块35的速率限制信号端，这样滑压压力设定速率的设定值一发生改变，速率限制模块35就会以速率限制信号端输入数值的速率，使其速率限制模块35的输出从原来的设定值改变为新的设定值。

速率限制模块35将设定值依次输入惯性时延模块37、惯性时延模块38、惯性时延模块39。发电功率指令输入函数模块36，这样就可以按照不同的负荷指令转变成不同的惯性时延时间；函数模块36将惯性时延时间分别输入惯性时延模块37、惯性时延模块38、惯性时延模块39的时延时间输入端，最终由惯性时延模块39输出形成的主压力设定值信号。

图4为改进后的主压力设定回路，在图3的基础上新增速率设定模块40、速率切换模块41、投切开关模块42、时延时间设定模块43、时延时间切换模块44、投切开关模块45。改进后的主压力设定回路(压力设定值阶跃扰动发生器)可以在保证电厂正常的安全运行下，形成压力设定值的阶跃变化。

如图4所示，速率切换模块41的两输入端分别与滑压压力设定速率信号输入端、速率设定模块40输出端相连，其信号切换端与投切开关模块42输出端相连，其输出端与速率限制模块35速率限制信号端相连；时延时间切换模块44的两输入端分别与函数模块36输出端、时延时间设定模块43输出端相连，其信号切换端与投切开关模块45输出端相连，其输出端分别与惯性时延模块37、惯性时延模块38、惯性时延模块39的时延时间输入端相连。

压力设定值阶跃扰动发生器正常运行时，速率设定模块40的速率设置为与滑压压力设定速率信号输入端输出的速率相同，时延时间设定模块43的时延时间设置为与函数模块36输出的时延时间相同，所述投切开关模块42和投切开关模块45打在切除状态；

在协调控制系统完成变负荷过程后，若需要进行压力设定值阶跃扰动，先将投切开关42和投切开关45打到投入状态，就切换成压力阶跃扰动测试方式；将速率设定模块40的速率设置为最大值，时延时间设定模块43的时延时间设置为0；等待惯性时延模块37、惯性时延模块38和惯性时延模块39完成时延时间转换后，改变压力偏置设定模块31的压力偏置数值，在当前的压力偏置数值上增加或减少预设的扰动值，得到新的压力偏置数值对压力设定值进行阶跃扰动，若实际压力达到稳定值时，将所述新的压力偏置数值作为新的当前的压力偏置数值。如此反复就能形成压力设定值的多段阶跃扰动变化，其中预设的扰动值的具体数值和改变的方向可以根据实际需要设置。

按照本实用新型图2和图4的装置构造功率设定值阶跃扰动发生器和压力设定值阶跃扰动发生器，依照上述扰动测试方法对被控对象进行扰动测试，即可以在保证电厂正常运行的情况下，实现协调控制系统的设定值阶跃扰动，获取到满足多变量模型辨识要求的试验数据。通过已有的辨识工具软件就能辨识出协调控制系统被控对象的模型，利用辨识出的多变量模型，通过内模控制等方法，很好地实现了机炉控制回路的前馈解耦及反馈PID控制，从而保证机组经济运行及电网安全稳定。本实用新型系统已用于多台300MW(兆瓦)～1000MW机组协调控制系统被控对象的模型辨识。

为了更好地理解本实用新型系统流程，下面结合图2和图4，以660MW系统为例详细说明。本实用新型系统实施例是以分散控制系统(DCS)为平台开发出来的，采用模糊前馈控制与模糊自调整PID(比例-积分-微分)反馈控制相结合的控制结构。

功率设定值发生器工作流程：

正常运行时，将模拟转速偏差设定模块16的转速偏差设置为0，将投切开关模块18打在切除状态。

当需要进行功率设定值阶跃扰动时，在一次调频试验时，建立机炉协调控制系统设定值、被控变量、控制输出等一秒钟间隔的记录曲线组。

将投切开关模块18打到投入状态，就切换成功率阶跃扰动测试方式，模式切换模块17的输出则选用模拟转速偏差设定模块16中的数值。

改变模拟转速偏差设定模块16中的数值(如从0改到8)，就形成了对应功率设定值的阶跃扰动，等到实际发电功率达到稳定值(如2分钟)；再改变模拟转速偏差设定模块16中的数值(如从8改到0)，等到实际发电功率达到稳定值(如2分钟)；改变模拟转速偏差设定模块16(如从0改到8)，就形成了对应功率设定值的阶跃扰动，等到实际发电功率达到稳定值(如2分钟)；再改变模拟转速偏差设定模块16中的数值(如从8改到0)，等到实际发电功率达到稳定值(如2分钟)，……，如此反复，就能形成功率设定值的多段阶跃扰动变化。

压力设定值发生器工作流程：

正常运行时，速率设定模块40的扰动速率设置为与滑压压力设定速率一致，时延时间设定模块43的时延时间设置为与函数模块36输出的时延时间相同，所述投切开关模块42和投切开关模块45打在切除状态；

在协调控制系统完成变负荷过程后，当需要进行压力设定值阶跃扰动时，建立机炉协调控制系统设定值、被控变量、控制输出等一秒钟间隔的记录曲线组。

将投切开关42和投切开关45打到投入状态，就切换成压力阶跃扰动测试方式。将速率设定模块40的扰动速率设置成最大值，将时延时间设定模块43的时延时间设置成0，等待惯性时延模块37、惯性时延模块38和惯性时延模块39完成时延时间转换后，压力偏置设定模块31的压力偏置在测试前的数值上增加或减少所需要的阶跃扰动值(如增加0.5MPa)，就形成了对应压力设定值的阶跃扰动，等到实际压力达到稳定值后；再改变压力偏置设定模块31中的数值(如减小0.5MPa)，……，如此反复，就能形成了压力设定值的多段阶跃扰动变化。

各设定值阶跃扰动试验结束后，将整个试验过程中的记录曲线组转换成数据记录格式，读取出来，用辨识工具软件就能辨识出协调控制系统的对象模型。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种协调控制系统的阶跃设定值形成回路，其特征在于，包括一次调频控制回路和主压力设定回路；

所述一次调频控制回路包括依次与实测转速偏差信号输入端连接的模式切换模块、第一函数模块、乘法模块、大选模块、小选模块，与模式切换模块另一输入端连接的模拟转速偏差设定模块，与模式切换模块信号切换端连接的第一投切开关模块，一端与实测主蒸汽压力输入端连接、另一端与乘法模块另一输入端连接的第二函数模块；

所述主压力设定回路包括压力偏置设定模块、加法模块、小值比较模块、大值比较模块、速率限制模块、第三函数模块、第一惯性时延模块、第二惯性时延模块、第三惯性时延模块、速率设定模块、速率切换模块、第二投切开关模块、时延时间设定模块、时延时间切换模块、第三投切开关模块；

加法模块的两输入端分别与滑压压力设定值输入端、压力偏置设定模块输出端相连，其输出端依次与小值比较模块、大值比较模块、速率限制模块、第一惯性时延模块、第二惯性时延模块、第三惯性时延模块相连；速率切换模块的两输入端分别与滑压压力设定速率信号输入端、速率设定模块输出端相连，其信号切换端与第二投切开关模块输出端相连，其输出端与速率限制模块速率限制信号端相连；发电功率指令输入端通过第三函数模块与时延时间切换模块的一输入端相连；时延时间切换模块的另一输入端与时延时间设定模块输出端相连，其信号切换端与第三投切开关模块输出端相连，其输出端分别与第一惯性时延模块、第二惯性时延模块、第三惯性时延模块的时延时间输入端相连。

2.根据权利要求1所述的协调控制系统的阶跃设定值形成回路，其特征在于，所述一次调频控制回路在正常运行时，模拟转速偏差设定模块的转速偏差为0，第一投切开关模块为切除状态；

所述一次调频控制回路进行功率设定值阶跃扰动时，第一投切开关模块为投入状态，模拟转速偏差设定模块改变转速偏差对功率设定值进行阶跃扰动。

3.根据权利要求2所述的协调控制系统的阶跃设定值形成回路，其特征在于，所述模拟转速偏差设定模块改变转速偏差对功率设定值进行阶跃扰动包括：

将当前的转速偏差改为新的转速偏差对功率设定值进行阶跃扰动，若实际发电功率达到稳定值，将所述新的转速偏差作为新的当前的转速偏差。

4.根据权利要求1所述的协调控制系统的阶跃设定值形成回路，其特征在于，所述主压力设定回路在正常运行时，速率设定模块的速率与滑压压力设定速率信号输入端输出的速率相同，时延时间设定模块的时延时间与第三函数模块输出的时延时间相同，所述第二投切开关模块和第三投切开关模块均为切除状态；

所述主压力设定回路进行压力设定值阶跃扰动时，所述第二投切开关和第三投切开关均为投入状态，速率设定模块的速率为最大值，时延时间设定模块的时延时间为0，第一惯性时延模块、第二惯性时延模块和第三惯性时延模块完成时延时间转换时，压力偏置设定模块改变压力偏置数值对压力设定值进行阶跃扰动。

5.根据权利要求4所述的协调控制系统的阶跃设定值形成回路，其特征在于，所述压力偏置设定模块改变压力偏置数值对压力设定值进行阶跃扰动包括：

在当前的压力偏置数值上增加或减少预设的扰动值，得到新的压力偏置数值对压力设定值进行阶跃扰动，若实际压力达到稳定值时，将所述新的压力偏置数值作为新的当前的压力偏置数值。