無pid的汽輪機功率調節方法及設備的製作方法
2023-07-27 01:20:26
無pid的汽輪機功率調節方法及設備的製作方法
【專利摘要】公開了一種無PID的汽輪機功率調節方法及設備。其中該方法包括：比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值；當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值一預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。通過上述技術方案，比較汽輪機的有功功率給定值與反映汽輪機實時工作狀態的有功功率實際值，利用差值變化來調節汽輪機功率，因此能夠最大化地消除調節速度、慣性和延遲之間的矛盾，從而能夠快速平穩地對汽輪機的功率進行調節。採用當有功功率給定值與有功功率實際值差值超過預定閾值時觸發調節動作的方式，能夠可設置地消除功率波動對調節動作造成的影響。
【專利說明】無PID的汽輪機功率調節方法及設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制領域，具體地，涉及一種無PID的汽輪機功率調節方法及設備。
【背景技術】
[0002]火力發電廠通過鍋爐和汽輪發電機進行發電。鍋爐與汽輪機發電單元機組應能夠快速響應負荷變化的需求並參與電網調頻，同時還應能夠克服來自各方面的擾動，確保機組的安全、穩定、經濟運行，因此對單元機組的控制系統提出了更高的要求。火力發電廠協調控制系統應運而生。
[0003]為了適應電網對機組自動發電量控制(AGC)和一次調頻的品質要求，協調控制系統一般採用以「爐跟機」為基礎的協調控制方式。在這種控制方式下，鍋爐調節器自動調節機組的主汽壓力，汽機調節器自動調節機組的有功功率。
[0004]圖1和圖2中示出了現有技術中採用「爐跟機」控制方式的兩種常用的汽機調節迴路。其中，圖1示出了採用汽機功率單迴路調節器的汽機調節迴路；圖2示出了採用汽機功率-速度級壓力串聯調節的汽機調節迴路。如圖1和圖2中所示，現有技術採用的汽機調節迴路中使用比例積分微分(PID)調節器(例如，汽機功率調節器100和速度級壓力調節器110)參與控制。雖然PID控制技術成熟，然而，實際使用中必須先對PID調節器參數進行整定。對PID調節器參數進行整定需要耗費大量時間和人力成本，並且如果參數設置不合適，系統將面臨震蕩甚至發散的風險，嚴重威脅發電機組的安全。
[0005]針對上述問題，現有技術中尚無良好解決方案。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種方法和設備，該方法和設備能夠克服現有技術中存在的缺點，無需參數整定而能夠快速準確地對汽輪機的功率進行調節。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供一種無PID的汽輪機功率調節方法，包括:比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值；當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值一預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。
[0008]可選地，該方法包括:當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送協調控制系統(CCS)增指令信號脈衝到所述汽輪機的數字電調(DEH)單元，以指示所述DHl單元開門調節所述汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送CCS減指令信號脈衝到所述DHl單元，以指示所述DHl單元關門調節所述汽輪機調門。
[0009]可選地，該方法還包括:所述DEH單元接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝後，根據所接收到的脈衝的個數或持續時間生成DHl調門指令信號增量；疊加所生成的DHl調門指令信號增量與當前指令信號；以及利用疊加後的指令信號調節所述汽輪機調門。[0010]可選地，該方法還包括:在所述DEH單元未接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝的情況下，繼續利用當前指令信號調節所述汽輪機調門。
[0011]可選地,該方法還包括:計算所述有功功率給定值與所述有功功率實際值的差值；從所述汽輪機的數字電調(DEH)單元接收負荷參考信號；當所述差值的絕對值大於所述預定閾值時，疊加所述差值與所述負荷參考信號；以及利用疊加後的信號調節所述汽輪機調門。
[0012]根據本發明的另一個方面，提供了一種無PID的汽輪機功率調節設備，包括:閾值設置裝置，被配置成設置預定閾值；比較裝置，被配置成比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值；以及執行裝置，被配置成:當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。
[0013]可選地，所述執行裝置包括:數字電調(DEH)單元，被配置成發送指令信號以調節所述汽輪機調門；以及控制單元，被配置成:當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送協調控制裝置(CCS)增指令信號脈衝到所述DEH單元，以指示所述DHl單元開門調節所述汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送CCS減指令信號脈衝到所述DHl單元，以指示所述DEH單元關門調節所述汽輪機調門。
[0014]可選地，所述DEH單元還被配置成:當接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝後，根據所接收到的脈衝的個數或持續時間生成DHl調門指令信號增量；疊加所生成的DHl調門指令信號增量與當前指令信號；以及利用疊加後的指令信號調節所述汽輪機調門。
[0015]可選地，所述DHl單元還被配置成:在未接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝的情況下，繼續利用當前指令信號調節所述汽輪機調門。
[0016]可選地，所述比較裝置還被配置成計算所述有功功率給定值與所述有功功率實際值的差值；以及所述執行裝置包括:控制單元，被配置成當所述差值的絕對值大於所述預定閾值時，疊加所述差值與負荷參考信號；以及數字電調(DEH)單元，被配置成根據經所述控制單元疊加後的信號來調節所述汽輪機調門，以及向所述控制單元發送所述負荷參考信號。
[0017]通過上述技術方案，比較汽輪機的有功功率給定值與反映汽輪機實時工作狀態的有功功率實際值，利用差值變化來調節汽輪機功率，因此能夠最大化地消除調節速度、慣性和延遲之間的矛盾，從而能夠快速平穩地對汽輪機的功率進行調節。考慮到汽輪機組運行時可能具有的功率波動，採用當有功功率給定值與有功功率實際值差值超過預定閾值時觸發調節動作的方式，能夠可設置地消除波動對調節動作造成的影響。
[0018]本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0020]圖1示出了採用汽機功率單迴路調節器的汽機調節迴路；[0021]圖2示出了採用汽機功率-速度級壓力串聯調節的汽機調節迴路；
[0022]圖3是根據本發明實施方式的無PID的汽輪機功率調節方法流程圖；
[0023]圖4是根據本發明實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備框圖；
[0024]圖5是根據本發明優選實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備框圖；
[0025]圖6是根據本發明一個實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備的原理示意圖；
[0026]圖7是根據本發明又一個實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備的原理示意圖；以及
[0027]圖8是根據本發明實施方式的示例性無PID的汽輪機功率調節信號圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0029]圖3是根據本發明實施方式的無PID的汽輪機功率調節方法流程圖。如圖3所示，根據本發明實施方式的一種無PID的汽輪機功率調節方法，包括:S30，比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值；S32，當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值一預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及，S34，當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。
[0030]通過上述技術方案，取消了現有技術中使用的PID調節過程，而是通過比較汽輪機的有功功率給定值與反映汽輪機實時工作狀態的有功功率實際值，並且利用差值變化來調節汽輪機功率，因此能夠最大化地消除調節速度、慣性和延遲之間的矛盾，從而能夠快速平穩地對汽輪機的功率進行調節。考慮到汽輪機組運行時可能具有的功率波動，採用當有功功率給定值與有功功率實際值差值超過預定閾值時觸發調節動作的方式，能夠可設置地消除波動對調節動作造成的影響。在一個優選的實施方式中，預定閾值可以是不靈敏區域(例如，±2麗)。
[0031]在一個實施方式中，當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，可以例如通過汽輪機功率調節設備或其控制單元，發送協調控制系統(CCS)增指令信號脈衝到所述汽輪機的數字電調(DEH)單元，以指示所述DHl單元開門調節所述汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送CCS減指令信號脈衝到所述DEH單元，以指示所述DEH單元關門調節所述汽輪機調門。
[0032]在根據本發明的實施方式中，CCS增指令信號和CCS減指令信號可以是開關量脈衝信號。可選地，在一個實施方式中，所述DEH單元接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝後，可以根據所接收到的脈衝的個數或持續時間生成DHl調門指令信號增量；疊加所生成的DHl調門指令信號增量與當前指令信號；以及利用疊加後的指令信號調節所述汽輪機調門。
[0033]在上述實施方式中，通過脈衝信號，能夠使汽輪機和鍋爐能夠快速平穩地響應機組負荷的變化，最大化地消除調節速度、慣性和延遲之間的矛盾。考慮到信號傳輸的可靠性會直接影響到機組是否能夠安全運行。因此，在一個實施方式中，根據本發明實施方式的方法還可以包括:在所述DHl單元未接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝的情況下，繼續利用當前指令信號調節所述汽輪機調門。通過該實施方式，即使在信號的傳輸路徑中出現例如斷線、I/O通道損壞等影響信號傳輸的情況，能夠保證汽輪機的調門能夠保持其位置或開度，不會出現因信號的中斷而調門全開或全關等威脅機組安全運行的情況。
[0034]除了可以使用開關量脈衝信號向DHl單元傳遞指令，還可以使用模擬量信號。可以使用從DHl單元接收的負荷參考(REF)信號作為基本信號。這樣，在一個實施方式中，根據本發明的汽輪機功率調節方法還可以包括:計算所述有功功率給定值與所述有功功率實際值的差值；從所述汽輪機的數字電調(DEH)單元接收負荷參考信號；當所述差值的絕對值大於所述預定閾值時，疊加所述差值與所述負荷參考信號；以及利用疊加後的信號調節所述汽輪機調門。本實施方式中採用模擬量指令直接控制汽輪機調門，調節速率和作用幅度可以比脈衝量更加靈活。
[0035]根據本發明的另一個方面，提供了一種無PID的汽輪機功率調節設備。圖4是根據本發明實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備框圖。如圖4所示，根據本發明實施方式的一種無PID的汽輪機功率調節設備400，包括:閾值設置裝置410，被配置成設置預定閾值；比較裝置420，被配置成比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值；以及執行裝置430，被配置成:當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。
[0036]通過本發明提供的上述設備，比較裝置420可以比較汽輪機的有功功率給定值與反映汽輪機實時工作狀態的有功功率實際值，執行裝置430利用差值變化來調節汽輪機功率，因此能夠最大化地消除調節速度、慣性和延遲之間的矛盾，從而能夠快速平穩地對汽輪機的功率進行調節。採用當有功功率給定值與有功功率實際值差值超過預置設置裝置410設置的預定閾值時觸發調節動作的方式，能夠可設置地消除波動對調節動作造成的影響。
[0037]圖5是根據本發明優選實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備框圖。如圖5所示，在一個實施方式中，所述執行裝置430可以包括:數字電調(DEH)單元431，被配置成發送指令信號以調節所述汽輪機調門；以及控制單元432，被配置成:當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送協調控制裝置(CCS)增指令信號脈衝到所述DHl單元431，以指示所述DHl單元431開門調節所述汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送CCS減指令信號脈衝到所述DHl單元431，以指示所述DHl單元431關門調節所述汽輪機調門。
[0038]圖6示出了根據本發明實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備的調節原理。其中通過模塊120可以對功率偏差調節不靈敏區域進行設置。與圖1和圖2中所示的現有技術相比較，由於本發明提供的汽輪機功率調節設備400中沒有使用PID控制器，因此不用考慮PID控制器所需的參數整定、手自動信號的跟蹤與切換等問題。當機組的有功功率給定值(MWSP)和有功功率(MW)(即，有功功率實際值)相減，其差值如果大於不不靈敏區設置的正值時(例如，+ 2MW)，則觸發CCS增指令脈衝，以實現汽輪機調門的開門調節；如果差值小於不不靈敏區設置的負值時(例如，-2MW)，則觸發CCS減指令脈衝，以實現汽輪機調門的關門調節。由於汽輪機對於機組有功功率的負荷響應的快速性，因此這種「增量式調節」的方式可以滿足協調控制系統汽輪機功率調節的需要。其中，功率調節不靈敏區的設置目的一是為了可以防止汽輪機調門的過度調節，二是為了可以防止功率迴路的過調。[0039]圖8是根據本發明實施方式的示例性無PID的汽輪機功率調節信號圖。如圖8所示，其中信號2為有功功率實際值，其圍繞有功功率給定值(信號I)波動，當波動幅度超過預定閾值(例如，±2MW)的正值時，控制單元432會發送CCS增指令信號脈衝(信號3);當波動幅度超過預定閾值的負值時，控制單元432會發送CCS減指令信號脈衝(信號4)。
[0040]在一個實施方式中，所述DHl單元431可以被配置成:當接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝後，根據所接收到的脈衝的個數或持續時間生成DHl調門指令信號增量；疊加所生成的DHl調門指令信號增量與當前指令信號；以及利用疊加後的指令信號調節所述汽輪機調門。
[0041]優選地，在一個實施方式中，所述DHl單元431還可以被配置成:在未接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝的情況下，繼續利用當前指令信號調節所述汽輪機調門。通過該實施方式，即使在信號的傳輸路徑中出現例如斷線、I/o通道損壞等影響信號傳輸的情況，能夠保證汽輪機的調門能夠保持其位置或開度，不會出現因信號的中斷而調門全開或全關等威脅機組安全運行的情況。
[0042]圖7是根據本發明又一個實施方式的無PID的汽輪機功率調節設備的原理示意圖。實施方式中可以採用圖5所示的無PID的汽輪機功率調節設備結構。如圖7所示，其中通過模塊120可以對功率偏差調節不靈敏區域進行設置，與圖6所示的原理中輸出CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝不同，圖7中使用從DHl單元431接收的負荷參考(REF)信號作為基本信號，利用有功功率給定值(MWSP)與有功功率實際值(MW)的差值與該基本信號進行疊加而產生將輸出的調節信號，例如，DEH負荷指令(TDMD)。
[0043]在根據圖7所示原理的實施方式中，所述比較裝置420可以被配置成計算所述有功功率給定值與所述有功功率實際值的差值；以及所述執行裝置430包括:控制單元432，被配置成當所述差值的絕對值大於所述預定閾值(例如，2MW)時，疊加所述差值與負荷參考信號；以及數字電調(DEH)單元431，被配置成根據經所述控制單元疊加後的信號來調節所述汽輪機調門，以及向所述控制單元發送所述負荷參考信號。
[0044]在一個實施方式中，可以不使用預定閾值來消除功率波動，實現汽輪機功率的實時調節。
[0045]通過本發明的實施方式提供的方法和設備，存在以下優點:取消了 PID控制環節，控制結構與參數免維護，不用整定；有功功率的調節品質好，調節快速、不超調；如果某臺機組因為例如DHl卡件故障，導致送給DCS的負荷參考信號中斷，仍然可以實現機組的協調控制。
[0046]以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。例如，可以將執行裝置430包括DHl單元431和控制單元432，改變為汽輪機功率調節設備400中不包括DHl單元，而是使用執行裝置430向單獨的DEH設備發送調節指令。
[0047]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0048]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種無PID的汽輪機功率調節方法，該方法包括: 比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值； 當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值一預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及 當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法包括: 當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送協調控制系統(CCS)增指令信號脈衝到所述汽輪機的數字電調(DHO單元，以指示所述DHl單元開門調節所述汽輪機調門；以及 當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送CCS減指令信號脈衝到所述DEH單元，以指示所述DEH單元關門調節所述汽輪機調門。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，該方法還包括:所述DEH單元接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝後，根據所接收到的脈衝的個數或持續時間生成DHl調門指令信號增量； 疊加所生成的DHl調門指令信號增量與當前指令信號；以及 利用疊加後的指令信號調節所述汽輪機調門。
4.根據權利要求3所述 的方法，其中，該方法還包括: 在所述DEH單元未接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝的情況下，繼續利用當前指令信號調節所述汽輪機調門。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括: 計算所述有功功率給定值與所述有功功率實際值的差值； 從所述汽輪機的數字電調(DEH)單元接收負荷參考信號； 當所述差值的絕對值大於所述預定閾值時，疊加所述差值與所述負荷參考信號；以及 利用疊加後的信號調節所述汽輪機調門。
6.一種無PID的汽輪機功率調節設備，該設備包括: 閾值設置裝置，被配置成設置預定閾值； 比較裝置，被配置成比較所述汽輪機的有功功率給定值與有功功率實際值；以及 執行裝置，被配置成: 當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，開門調節汽輪機調門；以及 當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，關門調節所述汽輪機調門。
7.根據權利要求6所述的設備，其中，所述執行裝置包括: 數字電調(DEH)單元，被配置成發送指令信號以調節所述汽輪機調門；以及 控制單元，被配置成: 當所述有功功率給定值大於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送協調控制裝置(CCS)增指令信號脈衝到所述DHl單元，以指示所述DHl單元開門調節所述汽輪機調門；以及當所述有功功率給定值小於所述有功功率實際值所述預定閾值時，發送CCS減指令信號脈衝到所述DEH單元，以指示所述DEH單元關門調節所述汽輪機調門。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述DHl單元還被配置成: 當接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝後，根據所接收到的脈衝的個數或持續時間生成DHl調門指令信號增量； 疊加所生成的DHl調門指令信號增量與當前指令信號；以及 利用疊加後的指令信號調節所述汽輪機調門。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述DHl單元還被配置成: 在未接收到所述CCS增指令信號脈衝或所述CCS減指令信號脈衝的情況下，繼續利用當前指令信號調節所述汽輪機調門。
10.根據權利要求6所述的設備，其中， 所述比較裝置還被配置成計算所述有功功率給定值與所述有功功率實際值的差值；以及 所述執行裝置包括: 控制單元，被配置成當所述差值的絕對值大於所述預定閾值時，疊加所述差值與負荷參考信號；以及 數字電調(DEH)單元，被配置成根據經所述控制單元疊加後的信號來調節所述汽輪機調門，以及向所述控制單元發送所述負荷參考信號。
【文檔編號】F01D21/00GK103590859SQ201310585708
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】張秋生, 王雁軍, 呂喆, 梁華, 胡曉花, 史文韜 申請人:中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責任公司, 神華國華（北京）電力研究院有限公司