帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統及方法
2023-04-26 12:06:41
帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統及方法
【專利摘要】本發明公開了帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統及方法，用於獲取除氧器水位設定值和過程變量除氧器水位的除氧器調閥控制系統的第一控制單元和凝泵變頻控制系統的第二控制單元；所述第一控制單元及第二控制單元根據負荷的值確定處於調節狀態或者跟蹤狀態，第一控制單元繼而通過調閥指令控制對應除氧器調閥控制系統的第一手操器調節除氧器水位，第二控制單元通過變頻指令控制對應的凝泵變頻控制系統繼而通過第二手操器調節除氧器水位，本方案保證調閥方式和變頻方式同時投入自動且兩種方式轉換時做到無擾切換，既提高了自動化水平，又增加了節能效果。
【專利說明】帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 火力發電機組中，除氧器水位控制系統通過閥門的節流作用進行水位控制，在低 負荷工況下，閥門開度較小，產生較大的節流損失；節能降耗工作是國民經濟長遠發展的重 點，許多發電企業對機組重大輔機進行了節能變頻改造，大型輔機變頻改造是發電機組節 能降耗的主要途徑之一，其中凝結水泵6kV電動機是火電廠耗電大設備，凝泵變頻改造後， 通過改變凝泵的轉速進行調節。
[0003] 變頻條件下，除氧器水位的控制方式有節流（調閥）和泵轉速調節（變頻）兩種 方式，為了方便運行人員的操作，這兩種調節方式同時投入自動，為了避免兩者調節過程的 互相干擾，一般是兩個自動調節方式互鎖，但互鎖時會產生未處於調節狀態的控制器產生 積分飽和現象，這使兩者切換時調節性能下降，不能及時進行水位控制，甚至會產生水位的 大幅波動。
【發明內容】
[0004] 為解決現有技術存在的不足，本發明公開了帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位 全程控制系統及方法，本方案保證調閥方式和變頻方式同時投入自動且兩種方式轉換時做 到無擾切換，既提高了自動化水平，又增加了節能效果。因此，積極開展凝結水泵變頻改造 工作，對降低廠用電率、供電煤耗，提高電廠經濟效益具有重要意義。
[0005] 為實現上述目的，本發明的具體方案如下：
[0006] 帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，包括：用於獲取除氧器水位 設定值和過程變量除氧器水位的除氧器調閥控制系統的第一控制單元和凝泵變頻控制系 統的第二控制單元；
[0007] 所述第一控制單元及第二控制單元根據負荷的值確定處於調節狀態或者跟蹤狀 態，第一控制單元繼而通過調閥指令控制對應除氧器調閥控制系統的第一手操器調節除氧 器水位，第二控制單元通過變頻指令控制對應的凝泵變頻控制系統繼而通過第二手操器調 節除氧器水位，最終實現調閥控制系統與變頻控制系統通過互鎖與跟蹤，實現整個控制系 統的無擾切換與全程水位自動控制。
[0008] 所述第一控制單元的第一引腳與邏輯與模塊的輸出端相連，第一控制單元的第二 引腳與低限值模塊相連，所述邏輯與模塊的輸入端與第一高限值模塊及第二高限值模塊相 連，第二高限值模塊與第二控制單元相連，第一高限值模塊與低限值模塊相連。
[0009] 所述第二控制單元的第一引腳與低限值模塊相連，第二控制單元的第二引腳跟蹤 第二手操器的輸出值，第二控制單元還通過設定值與大選模塊相連，大選模塊選擇較大輸 入值傳送至第二手操器。
[0010] 所述第一高限值模塊的數值設為調閥指令的90%。
[0011] 所述第二高限值模塊數值設為變頻指令的50%。
[0012] 所述低限值模塊功能是輸入低於低限值時輸出邏輯真信號，低限值設為89. 9%。
[0013] 帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制方法，包括以下步驟：
[0014] (1)升負荷時，除氧器調閥控制系統及凝泵變頻控制系統獲取除氧器水位設定值 和過程變量除氧器水位，此時，調閥指令小於第一設定值，變頻指令不小於第二設定值，除 氧器調閥控制系統處於調節狀態，凝泵變頻控制系統處於跟蹤狀態，當調閥指令達到第一 設定值時，凝泵變頻控制系統解除跟蹤開始調節，除氧器調閥控制系統進入跟蹤狀態，完成 除氧器調閥控制系統到凝泵變頻控制系統的跟蹤無擾切換；
[0015] (2)降負荷時，除氧器調閥控制系統及凝泵變頻控制系統獲取除氧器水位設定值 和過程變量除氧器水位，此時，調閥指令鎖定在第一設定值，變頻指令大於第二設定值，除 氧器調閥控制系統處於跟蹤狀態，凝泵變頻控制系統處於調節狀態，當變頻指令低於第二 設定值時，除氧器調閥控制系統解除跟蹤開始調節，凝泵變頻控制系統進入跟蹤狀態，完成 凝泵變頻控制系統到除氧器調閥控制系統的跟蹤無擾切換。
[0016] 所述步驟（1)升負荷時的具體過程為：當負荷達到第二設定值的額定負荷時，變 頻指令調整為第二設定值，第二高限值模塊輸出邏輯真信號，低限值模塊輸出邏輯真送入 第二控制單元的1號引腳，使凝泵變頻控制系統處於跟蹤狀態，第一高限值模塊輸出邏輯 假信號，與第二高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯假信號，並送至第 一控制單元的1號引腳，使第一控制單元處於調節狀態；
[0017] 隨著負荷升高，調閥指令也隨著增大，當調閥開到第一設定值指令時，第一高限值 模塊輸出邏輯真信號，與第二高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯真信 號，並送至第一控制單元的1號引腳，使第一控制單元處於跟蹤狀態，通過第一控制單元的 2號引腳跟蹤第一手操器輸出值，同時低限值模塊輸出邏輯假信號送給第二控制單元的1 號引腳，解除第二控制單元的跟蹤狀態，使處於調節狀態，隨著負荷的升高，除氧器水位通 過凝泵變頻控制系統進行調節，至此完成了從調閥控制系統到凝泵變頻控制系統的跟蹤無 擾切換。
[0018] 所述步驟（2)降負荷時的具體過程為：通過升負荷過程使調閥鎖定在第一設定值 的指令，高負荷時，變頻指令遠高於第二設定值，第一高限值模塊輸出邏輯真信號，與第二 高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯真信號，並送至第一控制單元的1 號引腳，使第一控制單元處於跟蹤狀態，低限值模塊輸出邏輯假信號送給第二控制單元的1 號引腳，使第二控制單元的處於調節狀態，除氧器水位通過凝泵變頻控制系統進行調節，隨 著負荷的降低，變頻輸出指令逐漸降低，直至到達第二控制單元略低於第二設定值的指令 時，第二高限值模塊輸出邏輯假信號，通過邏輯與塊輸出邏輯假信號送至第一控制單元，解 除跟蹤狀態，使處於調節狀態；
[0019] 隨著負荷降低，調閥指令從第一設定值開始減小，此時第二高限值模塊輸出邏輯 假信號，低限模塊輸出為邏輯真信號，使第二控制單元處於跟蹤狀態，同時通過大選模塊使 變頻控制系統始終保持第二設定值指令的輸出，至此完成了從凝泵變頻控制系統到調閥控 制系統的跟蹤無擾切換。
[0020] 第一設定值為調閥指令的90%，第二設定值為變頻指令的50%，第一控制單元 和第二控制單元為單衝量/三衝量控制系統。
[0021] 本發明的有益效果：
[0022] 本方案保證調閥方式和變頻方式同時投入自動且兩種方式轉換時做到無擾切換， 既提高了自動化水平，又增加了節能效果。因此，積極開展凝結水泵變頻改造工作，對降低 廠用電率、供電煤耗，提高電廠經濟效益具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1本發明的系統結構框圖；
[0024] 圖2本發明的升負荷系統流程圖；
[0025] 圖3本發明的降負荷系統流程圖；
[0026] 圖4機組升負荷時參數曲線；
[0027] 圖5機組降負荷時參數曲線。
【具體實施方式】：
[0028] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明：
[0029] 此系統基於分散控制系統設計的，其DCS版本為：0VATI0N3. 04,模擬量採集卡 件為：大卡1C31224G01，小卡1C31227G01 ;模擬量輸出卡件為：大卡1C31129G03,小卡 1C31132G01 ;運算器型號：DPU5X00247G01。
[0030] 如圖1所示，控制系統分為兩個部分，一個除氧器調閥控制系統，一個凝泵變頻控 制系統，水位設定值和過程變量除氧器水位同時送入第一控制單元和第二控制單元。第 一控制單元和第二控制單元為單衝量/三衝量控制系統，單衝量/三衝量控制為常規控 制方法，內部通過PI (比例積分）進行計算。第一高限值模塊數值設為調閥指令的90% (90%-100%的區間流量特性很差，為了滿足快速調節，一般設為90%。）；第二高限值模 塊數值設為變頻指令的50% (當調閥達到90 %的開度時，變頻器需要達到50 %的指令才 能滿足凝結水母管壓力的要求），高限模塊的功能是，輸入高於高限值時輸出為邏輯真信 號；大選模塊的功能是始終選擇較大輸入值，圖1中作用就是在投入自動的情況下能保證 變頻器50%的指令；低限值模塊功能是輸入低於低限值時輸出邏輯真信號，低限值設為 89. 9%，為了進行切換，其值略低於第一高限模塊。整個控制過程，除氧器調閥調節範圍為 0% -90%，變頻調節範圍為50% -100%，調閥控制系統與變頻控制系統通過互鎖與跟蹤， 實現整個控制系統的無擾切換與全程自動控制。
[0031] 如圖2-3所示，具體工作過程如下：
[0032] (1)升負荷過程，初帶負荷時，一般為手動調節，當負荷達到50%的額定負荷時， 變頻指令調整為50%，第二高限值模塊輸出邏輯真信號，此時除氧器調閥控制系統和凝泵 變頻控制系統均投入自動，此時由於負荷較低，此時指令遠低於90%，所以低限模塊輸出邏 輯真送入第二控制單元的1號引腳，使凝泵變頻控制系統處於跟蹤狀態，通過第二控制單 元的2號引腳跟蹤第二手操器輸出值，第二控制單元不受除氧器水位設定值與過程值除氧 器水位影響，從而消除了積分飽和的影響。同時第一高限值模塊輸出邏輯假信號，與第二高 限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯假信號，並送至第一控制單元的1號 引腳，使第一控制單元處於調節狀態，隨著負荷的升高，除氧器水位通過除氧器調閥控制進 行調節。
[0033] 隨著負荷升高，調閥指令也隨著增大，當調閥開到90%指令時，第一高限值模塊輸 出邏輯真信號，與第二高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯真信號，並 送至第一控制單元的1號引腳，使第一控制單元處於跟蹤狀態，通過第一控制單元的2號 引腳跟蹤第一手操器輸出值，第一控制單元不受除氧器水位設定值與過程值除氧器水位影 響，從而消除了積分飽和現象。同時低限值模塊輸出邏輯假信號送給第二控制單元的1號 引腳，解除第二控制單元的跟蹤狀態，使處於調節狀態，隨著負荷的升高，除氧器水位通過 凝泵變頻控制系統進行調節，至此完成了從調閥控制系統到凝泵變頻控制系統的跟蹤無擾 切換。
[0034] (2)降負荷過程，通過升負荷過程使調閥鎖定在90%的指令，高負荷時，變頻指令 遠高於50%，第一高限值模塊輸出邏輯真信號，與第二高限值模塊輸出的邏輯真信號通過 邏輯與模塊輸出邏輯真信號，並送至第一控制單元的1號引腳，使第一控制單元處於跟蹤 狀態，第一控制單元不受除氧器水位設定值與過程值除氧器水位影響，從而消除了積分飽 和現象；低限值模塊輸出邏輯假信號送給第二控制單元的1號引腳，使第二控制單元的處 於調節狀態，除氧器水位通過凝泵變頻控制系統進行調節。隨著負荷的降低，變頻輸出指令 逐漸降低，直至到達第二控制單元略低於50%的指令時，第二高限值模塊輸出邏輯假信號， 通過邏輯與塊輸出邏輯假信號送至第一控制單元，解除跟蹤狀態，使處於調節狀態，隨著負 荷降低，調閥指令從90%開始減小，此時第二高限值模塊輸出邏輯假信號，低限模塊輸出為 邏輯真信號，使第二控制單元處於跟蹤狀態，同時通過大選模塊使變頻控制系統始終保持 50%指令的輸出，第二控制單元不受除氧器水位設定值與過程值除氧器水位影響，從而消 除了積分飽和現象，至此完成了從凝泵變頻控制系統到調閥控制系統的跟蹤無擾切換。
[0035] 實施案例：方案已經在某廠的機組投入使用，取得較好的使用效果，現場使用情況 見圖4、圖5所示，圖中①代表調閥指令，②代表調閥反饋，③代表凝升泵的變頻指令，④代 表凝升泵轉速，⑤代表除氧器水位設定值，⑥代表除氧器實際水位，⑦代表發電機功率。
[0036] 圖4中，通過⑦發電機功率可以看出這是一個負荷上升過程，當調閥指令①達到 90 %時，變頻指令③能馬上投入，調閥指令①鎖定在90 %，切換過程沒有擾動，⑤除氧器水 位設定值和⑥除氧器實際水位沒有波動，水位始終控制平穩，很好地完成了負荷上升過程 中的調閥控制系統與凝泵變頻控制系統的跟蹤無擾切換。
[0037] 圖5中，通過⑦發電機功率可以看出這是一個負荷下降過程，當變頻指令③略低 於50%時，調閥指令①能馬上投入，變頻指令③鎖定在50%，切換過程沒有擾動，⑤除氧器 水位設定值和⑥除氧器實際水位沒有波動，水位始終控制平穩，很好地完成了負荷下降過 程中從凝泵變頻控制系統到調閥控制系統的跟蹤無擾切換。
【權利要求】
1. 帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，其特徵是，包括：用於獲取除 氧器水位設定值和過程變量除氧器水位的除氧器調閥控制系統的第一控制單元和凝泵變 頻控制系統的第二控制單元； 所述第一控制單元及第二控制單元根據負荷的值確定處於調節狀態或者跟蹤狀態，第 一控制單元繼而通過調閥指令控制對應除氧器調閥控制系統的第一手操器調節除氧器水 位，第二控制單元通過變頻指令控制對應的凝泵變頻控制系統繼而通過第二手操器調節除 氧器水位，最終實現調閥控制系統與變頻控制系統通過互鎖與跟蹤，實現整個控制系統的 無擾切換與全程水位自動控制。
2. 如權利要求1所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，其特徵 是，所述第一控制單元的第一引腳與邏輯與模塊的輸出端相連，第一控制單元的第二引腳 與低限值模塊相連，所述邏輯與模塊的輸入端與第一高限值模塊及第二高限值模塊相連， 第二高限值模塊與第二控制單元相連，第一高限值模塊與低限值模塊相連。
3. 如權利要求1所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，其特徵 是，所述第二控制單元的第一引腳與低限值模塊相連，第二控制單元的第二引腳跟蹤第二 手操器的輸出值，第二控制單元還通過設定值與大選模塊相連，大選模塊選擇較大輸入值 傳送至第二手操器。
4. 如權利要求2所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，其特徵 是，所述第一高限值模塊的數值設為調閥指令的90%。
5. 如權利要求2所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，其特徵 是，所述第二高限值模塊數值設為變頻指令的50%。
6. 如權利要求3所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統，其特徵 是，所述低限值模塊功能是輸入低於低限值時輸出邏輯真信號，低限值設為89. 9%。
7. 如權利要求1所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統的方法，其 特徵是，包括以下步驟： (1) 升負荷時，除氧器調閥控制系統及凝泵變頻控制系統獲取除氧器水位設定值和過 程變量除氧器水位，此時，調閥指令小於第一設定值，變頻指令不小於第二設定值，除氧器 調閥控制系統處於調節狀態，凝泵變頻控制系統處於跟蹤狀態，當調閥指令達到第一設定 值時，凝泵變頻控制系統解除跟蹤開始調節，除氧器調閥控制系統進入跟蹤狀態，完成除氧 器調閥控制系統到凝泵變頻控制系統的跟蹤無擾切換； (2) 降負荷時，除氧器調閥控制系統及凝泵變頻控制系統獲取除氧器水位設定值和過 程變量除氧器水位，此時，調閥指令鎖定在第一設定值，變頻指令大於第二設定值，除氧器 調閥控制系統處於跟蹤狀態，凝泵變頻控制系統處於調節狀態，當變頻指令低於第二設定 值時，除氧器調閥控制系統解除跟蹤開始調節，凝泵變頻控制系統進入跟蹤狀態，完成凝泵 變頻控制系統到除氧器調閥控制系統的跟蹤無擾切換。
8. 如權利要求7所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統的方法，其 特徵是，所述步驟（1)升負荷時的具體過程為：當負荷達到第二設定值的額定負荷時，變頻 指令調整為第二設定值，第二高限值模塊輸出邏輯真信號，低限值模塊輸出邏輯真送入第 二控制單元的1號引腳，使凝泵變頻控制系統處於跟蹤狀態，第一高限值模塊輸出邏輯假 信號，與第二高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯假信號，並送至第一 控制單元的1號引腳，使第一控制單元處於調節狀態； 隨著負荷升高，調閥指令也隨著增大，當調閥開到第一設定值指令時，第一高限值模塊 輸出邏輯真信號，與第二高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯真信號， 並送至第一控制單元的1號引腳，使第一控制單元處於跟蹤狀態，通過第一控制單元的2號 引腳跟蹤第一手操器輸出值，同時低限值模塊輸出邏輯假信號送給第二控制單元的1號引 腳，解除第二控制單元的跟蹤狀態，使處於調節狀態，隨著負荷的升高，除氧器水位通過凝 泵變頻控制系統進行調節，至此完成了從調閥控制系統到凝泵變頻控制系統的跟蹤無擾切 換。
9.如權利要求7所述的帶跟蹤的凝泵變頻條件下除氧器水位全程控制系統的方法，其 特徵是，所述步驟（2)降負荷時的具體過程為：通過升負荷過程使調閥鎖定在第一設定值 的指令，高負荷時，變頻指令遠高於第二設定值，第一高限值模塊輸出邏輯真信號，與第二 高限值模塊輸出的邏輯真信號通過邏輯與模塊輸出邏輯真信號，並送至第一控制單元的1 號引腳，使第一控制單元處於跟蹤狀態，低限值模塊輸出邏輯假信號送給第二控制單元的1 號引腳，使第二控制單元的處於調節狀態，除氧器水位通過凝泵變頻控制系統進行調節，隨 著負荷的降低，變頻輸出指令逐漸降低，直至到達第二控制單元略低於第二設定值的指令 時，第二高限值模塊輸出邏輯假信號，通過邏輯與塊輸出邏輯假信號送至第一控制單元，解 除跟蹤狀態，使處於調節狀態； 隨著負荷降低，調閥指令從第一設定值開始減小，此時第二高限值模塊輸出邏輯假信 號，低限模塊輸出為邏輯真信號，使第二控制單元處於跟蹤狀態，同時通過大選模塊使變頻 控制系統始終保持第二設定值指令的輸出，至此完成了從凝泵變頻控制系統到調閥控制系 統的跟蹤無擾切換。
【文檔編號】G05D9/12GK104090589SQ201410261507
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】龐向坤, 孟祥榮, 於慶彬 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院