CN211261305U - 一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置，包括通过信号连接的PID控制器、动态前馈控制组件、其他干扰模块、一抽压力模块、给水流量模块和高加水位模块，动态前馈控制组件包括动态前馈控制装置A和动态前馈控制装置B。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过若干主要可测扰动的动态前馈补偿，实现高压加热器水位的控制；不仅可以在运行技术上增强高压加热器系统的稳定性，为深度调峰背景下机组的安全运行提供保障，还可以对其他闭环控制回路的动态前馈控制提供技术支撑。

Description

一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置

技术领域

本发明涉及高压加热器水位控制动态前馈补偿领域，尤其涉及一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置。

背景技术

随着我国能源结构的调整，风电、光伏的不稳定性对传统火电的冲击日益明显，导致参与调峰的火电机组频繁升降负荷，对机组控制系统提出更高要求。高压加热器水位控制一般采用单回路PID控制器，在机组经常深度调峰条件下，易出现水位波动过大、自动调节品质差的问题。具体表现在：机组负荷稳定工况时，水位波动最大静态偏差超过稳态品质规定指标±10mm(卧式)；当机组变负荷工况时，水位大幅度波动，最终导致正常疏水气动执行机构动作频繁，发生卡涩、磨损等故障。在DL/T774-2015《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》中，对卧式加热器水位自动控制系统定值扰动的过渡过程衰减率提高了要求为 0.75-0.9。运行人员根据机组负荷工况调节高加水位设定值时，其过渡过程衰减率无法达到规程要求。为了提高高压加热器水位控制精度，可采用前馈补偿装置，但常用的静态前馈补偿装置仅能减小静态偏差，无法缩小扰动条件下的超调量和调整时间。因此，亟需一种动态前馈补偿装置来实现高压加热器水位的控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置，解决了当前深度调峰背景下高压加热器水位波动大、响应速度慢的问题，实现了动态前馈控制参数的闭环辨识，优化了高压加热器水位控制策略，提高了高压加热器水位控制对负荷频繁变动的适应能力。

为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置，在水位控制中，采用PID控制器和动态前馈控制装置共同发挥控制作用；动态前馈控制装置A接收给水流量信号，并产生第一动态前馈控制信号，动态前馈控制装置B接收一抽压力信号，并产生第二动态前馈控制信号；水位设定值与高加水位实际信号以作差的方式连接，并将偏差信号输入PID控制器；PID控制器输出信号与第一动态前馈控制信号和第二动态前馈控制信号通过求和的方式连接，并将叠加信号输入高加水位控制模块；给水流量信号输入给水流量模块，一抽压力信号输入一抽压力模块，干扰n信号输入其他干扰模块；高加水位模块输出信号、给水流量模块输出信号、一抽压力模块输出信号和其他干扰模块输出信号以求和的方式进行连接，得出高加实际水位。上述各模块通过信号相连接，构成高压加热器水位控制动态前馈补偿装置。

进一步的，在高加水位控制装置中，水位总调节指令叠加信号是操作变量，给水流量给水流量信号、一抽压力信号和干扰n信号是干扰因素。

进一步的，高加水位模块称为对象控制通道，其传递函数用G₀(s)表示；给水流量模块、一抽压力模块、其他干扰模块称为对象干扰通道，其传递函数用G₀₁(s)表示。

进一步的，动态前馈控制装置A和动态前馈控制装置B分别对给水流量模块和一抽压力模块进行补偿，并且可以根据动态不变性原理实现动态调节过程的干扰补偿。

进一步的，给水流量动态前馈控制装置的传递函数G_ff1(s)通过对象控制通道和对象扰动通道获得，如下所示

其中，高加水位模块、给水流量模块、一抽压力模块和其他干扰模块均具有分子一阶、分母二阶的传递函数形式，给水流量动态前馈控制装置的传递函数为

其中，给水流量动态前馈控制装置中K_f为静态增益，T₃和T₄为对象干扰通道传递函数和对象控制通道传递函数的动态时间常数。

进一步的，一抽压力动态前馈控制装置与给水流量动态前馈控制装置具有相同的结构，但静态增益和动态时间常数不同。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过若干主要可测扰动的动态前馈补偿，实现高压加热器水位的控制；在稳定运行条件下可以减小高压加热器水位的最大静态偏差，在扰动条件下可以解决高压加热器水位波动大、响应速度慢的问题，提高高压加热器水位控制对负荷频繁变动的适应能力，兼顾静态和动态条件下的水位控制效率，保证实际高压加热器水位对水位设定值的良好跟踪；不仅可以在运行技术上增强高压加热器系统的稳定性，为深度调峰背景下机组的安全运行提供保障，还可以对其他闭环控制回路的动态前馈控制提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明一种高压加热器水位动态前馈控制装置的结构图。

附图标记列表：

1-偏差信号，2-PID控制器输出信号，3-第二动态前馈控制信号，4-第一动态前馈控制信号，5-叠加信号，6-高加水位模模块输出信号，7-高加水位实际信号，8-一抽压力信号，9-给水流量信号，10-干扰n信号，11-给水流量模块输出信号，12-一抽压力模块输出信号，13-其他干扰模块输出信号，14-水位设定值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施步骤和操作过程。

如图所示，一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置，在水位控制中，采用PID控制器和动态前馈控制装置共同发挥控制作用；动态前馈控制装置A接收给水流量信号9，并产生第一动态前馈控制信号4，动态前馈控制装置B接收一抽压力信号8，并产生第二动态前馈控制信号3；水位设定值14与高加水位实际信号7以作差的方式连接，并将偏差信号输入PID 控制器；PID控制器输出信号2与第一动态前馈控制信号4和第二动态前馈控制信号3通过求和的方式连接，并将叠加信号5输入高加水位控制模块；给水流量信号9输入给水流量模块，一抽压力信号8输入一抽压力模块，干扰n信号10输入其他干扰模块；高加水位模块输出信号6、给水流量模块输出信号11、一抽压力模块输出信号12和其他干扰模块输出信号13以求和的方式进行连接，得出高加实际水位7。上述各模块通过信号相连接，构成高压加热器水位控制动态前馈补偿装置。

实施例1

某火电机组的#1高加水位控制动态前馈补偿装置的实施过程，包括如下步骤：

选取采样周期为1秒的高加历史时序数据，包括#1高加水位、#1高加正常疏水调节阀指令、给水流量、1段抽汽压力。

选取数据时间长度应包含若干负荷变化周期，即高压加热器运行工况分布完整。并利用滑动平均滤波将数据动态趋势标准化。

以滑动窗的方式，基于递推最小二乘辨识方法利用闭环运行数据辨识出对象模型的传递函数。滑动窗长度需至少覆盖一个负荷变化动作，本例中取一小时。辨识参数设定时限定对象阶次为分母二阶、分子一阶。

以一定滑动步长遍历所选历史数据，选取辨识度最高的模型作为对象特性模型的传递函数。利用双线性变换将离散传递函数转化为连续形式，表达式为：

控制通道：

干扰通道1：

干扰通道2：

进一步，利用动态不变性原理可将干扰信号1的前馈传递函数得出为：

进一步，利用动态不变性原理可将干扰信号1的前馈传递函数得出为：

其中，-K_f1即为前馈信号1给水流量中lead-lag逻辑块中的常数项，T₃、T₄为Lead-lag 中的超前-滞后时间常数。

其中，-K_f2即为前馈信号2一段抽汽压力中lead-lag逻辑块中的常数项，T₅、T₆为Lead-lag中的超前-滞后时间常数。

将各模块参数输入到相应逻辑中进行下装即可完成动态前馈补偿装置的整体实施过程。

本装置实施后，在PID和动态前馈的共同作用下，高加水位波动情况得到改善，在负荷稳定与升降负荷过程中均能起到较好的控制作用，保证了实际高加水位对水位设定值的良好跟踪。

Claims (1)

1.一种高压加热器水位控制动态前馈补偿装置，其特征在于：包括通过信号连接的PID控制器、动态前馈控制组件、干扰模块、一抽压力模块、给水流量模块和高加水位模块，所述动态前馈控制组件包括动态前馈控制装置A和动态前馈控制装置B，所述PID控制器用于接收偏差信号（1），并输出PID控制器输出信号（2），所述动态前馈控制装置A用于接收给水流量信号（9），并产生第一动态前馈控制信号（4），所述动态前馈控制装置B用于接收一抽压力信号（8），并产生第二动态前馈控制信号（3），所述干扰模块用于接收干扰n信号（10），并产生干扰模块输出信号（13），所述一抽压力模块均用于接收一抽压力信号（8），并产生一抽压力模块输出信号（12），所述给水流量模块均用于接收给水流量信号（9），并产生给水流量模块输出信号（11），所述高加水位模块用于接收叠加信号（5），并输出高加水位模块输出信号（6），所述偏差信号（1）为水位设定值（14）与高加水位实际信号（7）的差值，其中，高加水位实际信号（7）为干扰模块输出信号（13）、一抽压力模块输出信号（12）、给水流量模块输出信号（11）和高加水位模块输出信号（6）的和，所述叠加信号（5）为PID控制器输出信号（2）、第一动态前馈控制信号（4）和第二动态前馈控制信号（3）的和。

Images