CN219012709U - 一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统 - Google Patents

一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统 Download PDF

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郑怡慧
骈建清
袁志强
孙毅
薛占良
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Abstract

本实用新型涉及一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，包括汽轮机，核心模块、数据处理模块、DEH控制模块、阀位监测模块以及调节气阀；本实用新型采用PID控制器在线修正主汽压力设定值，使得汽轮机在不同负荷范围内，均能运行在最佳的阀点位置；同时本实用新型采用模糊控制与PID控制相结的方式，在保留上述PID控制的所有优势的前提下，加入模糊控制以整定PID控制器中参数，使本实用新型能够适用多种工作环境，大大提高了本实用新型的高效性、稳定性以及安全性。

Description

一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统
技术领域
本实用新型涉及火力发电领域，具体为一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统。
背景技术
常规的协调控制系统，控制目标值为主汽压力，只要主汽压力运行在最佳滑压曲线，机组的经济性就在最佳状态。但是汽轮机最佳滑压曲线必须通过试验得出，并且随着机组的长时间运行，机组特性的改变，最佳滑压曲线可能出现误差，导致机组的经济性变差。若想再次获得最佳滑压曲线，需要再次进行试验，试验周期长、耗费资金大、试验中存在安全隐患。
现有专利名称为一种火电机组滑压优化调节系统，专利号为CN201320878166.4，提供了一种不仅避免耗时费力的机组运行优化试验和计算，又能实时根据环境变化动态优化主蒸汽压力设定目标的火电机组滑压优化调节系统，但该专利动态过程需要进行多次修正才能使除氧器和凝汽器水位得以缓慢恢复到最佳状态，修正的时间长，该控制方式将难以及时调整，影响系统安全性。
综合现有技术，申请人发现现有技术的最佳滑压曲线难以在线修正，即使能够在线修正，其修正效果不佳，使得协调控制系统难以运行在经济性最佳的状态，甚至会出现安全问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种通过最佳阀点为目标值采用PID与模糊控制结合的方式动态修正主汽压力设定值，使得汽轮机在不同负荷范围以及多种环境下，均能运行在最佳的阀点位置的基于汽轮机最佳阀点的协调控制装置优化系统。
本实用新型采用如下技术方案：
一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，包括汽轮机，还包括：核心模块、数据处理模块、DEH控制模块、阀位监测模块以及调节气阀；
所述核心模块包括用于计算主汽压力偏差的PI D控制器、用于动态调整PI D控制器中KP参数、KI参数以及KD参数的模糊控制器以及用于计算当前调节气阀开度偏差和调节气阀开度偏差变化率的比较模块；
所述比较模块分别与模糊控制器、PI D控制器以及阀位监测模块连接，所述模糊控制器与PI D控制器连接，所述PI D控制器与数据处理模块连接，所述数据处理模块与DEH控制器模块连接，所述调节气阀分别与DEH控制模块、汽轮机以及阀位监测模块连接。
进一步的，所述数据处理模块包括用于将主汽压力偏差数据与当前负荷下的滑压曲线上的压力值求和并将求和的值发送给DEH控制模块的滑压曲线修正模块。
进一步的，所述滑压曲线修正模块中的滑压曲线是从汽轮机的出厂设置参数中获取。
进一步的，所述数据处理模块还包括用于根据滑压曲线修正模块输出的值控制锅炉进料量的燃料量前馈模块，所述燃料量前馈模块与滑压曲线修正模块连接。
进一步的，所述模糊控制器包括参数模糊化模块、模糊推理模块、模糊规则库模块以及参数解模糊模块。
进一步的，所述模糊规则库模块包括KP规则表、KI规则表以及KD规则表。
进一步的，所述PI D控制器中设有启停模块，所述启停模块用于根据比较模块计算的调节气阀开度偏差的大小控制PI D控制器的启停。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型采用PI D控制器在线修正主汽压力设定值，使得汽轮机在不同负荷范围内，均能运行在最佳的阀点位置，且PI D控制器中的比例代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分在信号变化时有超前控制作用，代表将来的信息。在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。此3种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，得到良好的控制效果，具有良好的控制精度和响应速度。
本实用新型采用模糊控制与PI D控制相结合的方式，在保留上述PI D控制的所有优势的前提下，加入模糊控制以整定PI D控制器中参数，使本实用新型能够适用多种工作环境，大大提高了本实用新型的高效性、稳定性以及安全性。
原有PI D控制器的参数将不再满足该环境需求，因此使用模糊控制器动态调整PID控制器的参数，使PI D控制器的参数能够在多种运行环境下均能稳定运行且始终具有高精度和高的响应速度。
附图说明
附图1为本实用新型一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统结构示意图；
附图2为本实用新型模糊控制器的结构示意图；
附图3为本实用新型PI D控制器的结构示意图；
附图4为本实用新型核心模块的结构示意图；
附图5为本实用新型数据处理模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
应当理解此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型并不用于限定本实用新型。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1：
一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，包括汽轮机，其特征在于，还包括：核心模块、数据处理模块、DEH控制模块、阀位监测模块以及调节气阀。
所述核心模块包括用于计算主汽压力偏差的PI D控制器、用于动态调整PI D控制器中KP参数、KI参数以及KD参数的模糊控制器以及用于计算当前调节气阀开度偏差和调节气阀开度偏差变化率的比较模块。
所述比较模块分别与模糊控制器、PI D控制器以及阀位监测模块连接，所述模糊控制器与PI D控制器连接，所述PI D控制器与数据处理模块连接，所述数据处理模块与DEH控制器模块连接，所述调节气阀分别与DEH控制模块、汽轮机以及阀位监测模块连接。
其中滑压曲线修正模块中的滑压曲线是从汽轮机的出厂设置参数中获取。
更为具体的，所述DEH控制模块为执行机构，用于根据滑压曲线修正模块发送的主汽压力偏差数据与当前负荷下的滑压曲线上的压力值的和控制调节气阀的开度。
数据处理模块还包括用于根据滑压曲线修正模块输出的值控制锅炉进料量的燃料量前馈模块，燃料量前馈模块与滑压曲线修正模块连接。
更为具体的，所述调节气阀是用于控制进入汽轮机的进气量的机构。
更为具体的，阀位监测模块用于监测调节气阀的阀开度的机构。
模糊控制器包括参数模糊化模块、模糊推理模块、模糊规则库模块以及参数解模糊模块。
模糊规则库模块包括KP规则表、KI规则表以及KD规则表。
PI D控制器中设有启停模块，启停模块用于根据比较模块输出的计算的调节气阀开度偏差的大小控制PI D控制器的启停。
更为具体的，为了避免由于PI D控制器的整定导致调节气阀反复变动降低调节气阀寿命，本新型在PI D控制器中设置有启停模块，即只有比较模块计算的偏差变化率足够大时，才会启动PI D控制器进行滑压曲线修正。
实施例2
在本实施例中；KP为PI D运行参数中比例部分、KI为PI D运行参数中积分部分、KD为PI D运行参数中微分部分。
本实施例为实施例1的实施过程，具体为：
在实施之前需要先设置目标调节气阀开度以及启停模块的启停阀值；阀位监测模块检测调节气阀开度，将当前实际调节气阀开度发送至比较模块。
比较模块计算目标调节气阀开度和实际调节气阀开度的差值以及差值变化率，模糊控制器读取比较模块中的差值和差值变化率，通过参数模糊化模块将精准数据转化为模糊量数据；随后模糊推理模块根据参数模糊化模块的执行结果，调用模糊规则模块查找并输出KP的控制规则、KI的控制规则以及KD的控制规则，最后通过参数解模糊模块将控制规则的模糊量转换为精准数据并下发给PI D控制器，重新整定PI D控制器的参数。
PI D控制器一方面由模糊控制器整定PI D控制器中KP、KI以及KD的参数，另一方面受到PI D控制器中的启停模块控制运行。当比较模块计算的目标调节气阀开度和实际调节气阀开度的差值大于启停阀值时，PI D控制器启动，同理当小于启停阀值时，PI D控制器停止。
在PI D控制器启动后，PI D控制器读取比较模块中的计算目标调节气阀开度和实际调节气阀开度的差值，采用PI D算法计算出主汽压力偏差数据。
滑压曲线修正模块读取PI D控制器中主汽压力偏差数据，将该值与当前负荷下的滑压曲线所对应的主汽压力值求和，获得主汽压力修正值。
DEH控制模块根据主汽压力修正值控制调节气阀的开度；阀位监测模块实时监测调节气阀的当前实际开度。
本实用新型采用PI D控制器在线修正主汽压力设定值，使得汽轮机在不同负荷范围内，均能运行在最佳的阀点位置，且PI D控制器中的比例代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分在信号变化时有超前控制作用，代表将来的信息。在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。此3种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，得到良好的控制效果，具有良好的控制精度和响应速度。
本实用新型采用模糊控制与PI D控制相结合的方式，在保留上述PI D控制的所有优势的前提下，加入模糊控制以整定PI D控制器中参数，使本实用新型能够适用多种工作环境，大大提高了本实用新型的高效性、稳定性以及安全性。
原有PI D控制器的参数将不再满足该环境需求，因此使用模糊控制器动态调整PID控制器的参数，使PI D控制器的参数能够在多种运行环境下均能稳定运行且始终具有高精度和高的响应速度。
实施例3
本实施例为实施例2的进一步补充，具体为：
燃料量前馈模块根据滑压曲线修正模块中的主汽压力修正值时，动态调整锅炉进煤量，通过控制进煤量的多少调整锅炉输出蒸汽，进而调整管道压力。
以上实施方式仅为本实用新型的优质实施例，而非本实用新型可行实施的穷举。
对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，包括汽轮机，其特征在于，还包括：核心模块、数据处理模块、DEH控制模块、阀位监测模块以及调节气阀；
所述核心模块包括用于计算主汽压力偏差的PID控制器、用于动态调整PID控制器中KP、KI、KD参数的模糊控制器以及用于计算当前调节气阀开度偏差和调节气阀开度偏差变化率的比较模块；
所述比较模块分别与模糊控制器、PID控制器以及阀位监测模块连接，所述模糊控制器与PID控制器连接，所述PID控制器与数据处理模块连接，所述数据处理模块与DEH控制器模块连接，所述调节气阀分别与DEH控制模块、汽轮机以及阀位监测模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，其特征在于：所述数据处理模块包括用于将主汽压力偏差数据与当前负荷下的滑压曲线上的压力值求和并将求和的值发送给DEH控制模块的滑压曲线修正模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，其特征在于：所述滑压曲线修正模块中的滑压曲线是从汽轮机的出厂设置参数中获取。
4.根据权利要求2所述的一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，其特征在于：所述数据处理模块还包括用于根据滑压曲线修正模块输出的值控制锅炉进料量的燃料量前馈模块，所述燃料量前馈模块与滑压曲线修正模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，其特征在于：所述模糊控制器包括参数模糊化模块、模糊推理模块、模糊规则库模块以及参数解模糊模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，其特征在于：所述模糊规则库模块包括KP规则表、KI规则表以及KD规则表。
7.根据权利要求1所述的一种基于汽轮机最佳阀点的协调控制系统，其特征在于：所述PID控制器中设有启停模块，所述启停模块用于根据比较模块输出的阀位偏差值的大小控制PID控制器的启停。
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