本發(fā)明涉及一種火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法，屬于火力發(fā)電廠最終控制元件在熱工自動(dòng)化定位控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)的自動(dòng)控制儀表在火力發(fā)電廠中應(yīng)用的有電動(dòng)單元組合儀表、組裝組件儀表、單回路調(diào)節(jié)器以及絕大部分使用的分散控制系統(tǒng)(dcs)，這些儀表或是模擬的、或是數(shù)字的，它們的pid調(diào)節(jié)單元都是連續(xù)量調(diào)節(jié)器，都以4-20ma為輸出信號(hào)，執(zhí)行回路通過(guò)一級(jí)伺服放大來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門的定位控制。特殊地，上世紀(jì)80年代末到90年代中期我國(guó)從前蘇聯(lián)整套引進(jìn)共10臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組，其使用的是東歐國(guó)家普遍采用的由脈沖調(diào)節(jié)器組態(tài)而成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比如，1994年投產(chǎn)的華能南京電廠兩臺(tái)300mw機(jī)組和1999年投產(chǎn)的國(guó)華綏中發(fā)電廠兩臺(tái)800mw超臨界機(jī)組，它們的熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都由蘇產(chǎn)ak3cp-m系列電動(dòng)單元組合儀表組態(tài)而成。該儀表以線性運(yùn)算放大器作為主要元件，功能上可分為：pid脈沖調(diào)節(jié)單元，電流電壓轉(zhuǎn)換單元，用于積分、微分、阻尼的動(dòng)態(tài)單元，完成加減乘除的運(yùn)算單元、偏差報(bào)警單元、非線性函數(shù)發(fā)生單元等，其中的脈沖調(diào)節(jié)單元接受連續(xù)量偏差信號(hào)，輸出一串開關(guān)脈沖序列，是該套儀表的核心部件，它采用以經(jīng)典線性控制理論為基礎(chǔ)的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，根據(jù)輸入信號(hào)大小來(lái)調(diào)節(jié)脈沖寬度而頻率是固定的，該技術(shù)在瞬態(tài)特性、魯棒性等方面的缺陷顯得尤為突出，并且輸出電壓紋波較大。脈沖調(diào)節(jié)器在國(guó)產(chǎn)機(jī)組和國(guó)產(chǎn)dcs中均無(wú)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和dcs廠家也未對(duì)脈沖調(diào)節(jié)器進(jìn)行深入研究。
隨著dcs應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展和前蘇聯(lián)產(chǎn)品備品備件的消逝，電廠原整套引進(jìn)的蘇產(chǎn)脈沖調(diào)節(jié)閥伺服系統(tǒng)都幾乎更換升級(jí)為模擬量連續(xù)調(diào)節(jié)器，但也有個(gè)別電廠的極少數(shù)控制閥還保留脈沖調(diào)節(jié)模式。然而，采用脈沖寬度調(diào)節(jié)控制技術(shù)的脈沖調(diào)節(jié)閥已經(jīng)不能適應(yīng)于當(dāng)前dcs控制精度和發(fā)電工藝要求。
由脈沖調(diào)節(jié)器組態(tài)而成的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥如何更好地在熱工分散控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)是一個(gè)重要研究方向。
中國(guó)專利201110111259.x公開了一種脈沖產(chǎn)生方法及裝置，該脈沖產(chǎn)生裝置可以同時(shí)獲得波形控制指令和波形指令進(jìn)行解碼處理，多個(gè)解碼器同時(shí)解碼呈現(xiàn)出流水作業(yè)，流水線方式的解碼是將一條指令的解碼過(guò)程分成多步來(lái)進(jìn)行，每一級(jí)電路只處理其中的一步，這樣多級(jí)電路同時(shí)處理流水線上的多個(gè)指令，實(shí)現(xiàn)在解析指令的同時(shí)，輸出波形，使得以前在多個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)才能解析的一條指令縮短到平均一個(gè)時(shí)鐘周期以內(nèi)，降低了解碼所用時(shí)間，提高了解碼效率，進(jìn)而提高了脈沖波形產(chǎn)生的速度和頻率。該專利未公開多級(jí)脈沖的控制方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)把輸入的偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反轉(zhuǎn)控制方法，使其具有更好的瞬態(tài)特性和魯棒性的火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法。
本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法，依次包括如下步驟：
1)由手操器和pid形成單回路控制邏輯，手操器的輸出指令引入脈沖調(diào)節(jié)閥的偏差值控制回路；
其特征在于：還包括如下步驟：
2)步驟1)結(jié)束后，手操器的輸出指令與脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號(hào)形成偏差值，由該偏差值計(jì)算出多級(jí)控制開關(guān)脈沖；
3)步驟2)結(jié)束后，控制系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行，根據(jù)控制系統(tǒng)的被調(diào)量的實(shí)時(shí)值以及脈沖調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作特性曲線，在線整定控制參數(shù)。
在線整定控制參數(shù)結(jié)束后最終達(dá)到預(yù)期的控制效果。經(jīng)pid運(yùn)算后的輸出閥位指令信號(hào)和閥位反饋信號(hào)綜合后的偏差值經(jīng)過(guò)取樣控制器獲得單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)與偏差值大小成比例地進(jìn)行脈沖調(diào)節(jié)，根據(jù)誤差區(qū)間判斷器的輸出信號(hào)使多級(jí)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比最小的控制輸出脈沖，從而達(dá)到脈沖調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)具有最佳的瞬態(tài)特性和魯棒性，使得被調(diào)量的控制更加快速和精準(zhǔn)。
步驟1)中，組態(tài)脈沖調(diào)節(jié)閥的操作回路以及單回路控制邏輯。
步驟2)中，將手操器的輸出指令引入脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號(hào)形成的偏差控制程序中，并組態(tài)各級(jí)控制開關(guān)脈沖，并調(diào)節(jié)參數(shù)。
步驟3)中，所述控制參數(shù)包括pid控制參數(shù)、脈沖寬度、脈沖頻率以及調(diào)節(jié)死區(qū)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：
(1)跟蹤問(wèn)題的簡(jiǎn)化：對(duì)于單級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，跟蹤問(wèn)題可以不考慮，因?yàn)閱渭?jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒(méi)有伺服放大器形成的執(zhí)行小回路，脈沖調(diào)節(jié)器即為末級(jí)調(diào)節(jié)，當(dāng)輸入各信號(hào)平衡時(shí)，調(diào)節(jié)器無(wú)輸出指令，當(dāng)輸入信號(hào)不平衡時(shí)，由于測(cè)量值偏離給定值而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)指令屬于正常調(diào)節(jié)，而不屬于切換擾動(dòng)；對(duì)于串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡(jiǎn)單易行的自平衡回路解決了副環(huán)調(diào)節(jié)器入口信號(hào)的平衡問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換。
(2)具有強(qiáng)弱不同的多級(jí)脈沖可供選擇，根據(jù)偏差信號(hào)可以設(shè)定大小不同的開關(guān)脈沖時(shí)間、脈沖頻率以及巧妙地設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)，可靈活調(diào)整脈沖的組合方式以應(yīng)對(duì)調(diào)節(jié)器不同的工作狀態(tài)。因此在擁有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的同時(shí)，多級(jí)脈沖控制可以有效降低輸出電壓紋波。
(3)該控制方法現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單、易于工程實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng)，并且能夠應(yīng)用于各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的脈沖調(diào)節(jié)閥。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例多級(jí)開關(guān)脈沖形成的邏輯圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例。
參見(jiàn)圖1。
本實(shí)施例為一種火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法，在每個(gè)開關(guān)周期起始時(shí)刻，調(diào)節(jié)器自動(dòng)檢測(cè)脈沖調(diào)節(jié)閥的位置狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前pid控制輸出指令與位置反饋信號(hào)誤差大小選取多級(jí)脈沖中的某一個(gè)脈沖作為該周期的有效控制信號(hào)。在該控制方法中，根據(jù)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置占空比大小不同的各級(jí)開關(guān)脈沖，這些強(qiáng)弱等級(jí)不同的控制脈沖組成脈沖序列實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖調(diào)節(jié)器的開關(guān)控制，
火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法的基本原理是：在每個(gè)開關(guān)周期起始時(shí)刻，調(diào)節(jié)器自動(dòng)檢測(cè)脈沖調(diào)節(jié)閥的位置狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前pid控制輸出指令與位置反饋信號(hào)誤差大小選取多級(jí)脈沖中的某一個(gè)脈沖作為該周期的有效控制信號(hào)。在該控制方法中，根據(jù)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置占空比大小不同的各級(jí)開關(guān)脈沖，這些強(qiáng)弱等級(jí)不同的控制脈沖組成脈沖序列實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖調(diào)節(jié)器的開關(guān)控制。
具體的，本實(shí)施中火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法，依次包括如下步驟：
1)由手操器和pid形成單回路控制邏輯，組態(tài)脈沖調(diào)節(jié)閥的操作回路以及單回路控制邏輯，手操器的輸出指令引入脈沖調(diào)節(jié)閥的偏差值控制回路；
2)步驟1)結(jié)束后，脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號(hào)形成偏差控制程序，手操器的輸出指令與脈沖調(diào)節(jié)閥的位置反饋脈沖信號(hào)形成偏差值，將手操器的輸出指令引入到偏差控制程序中，并組態(tài)各級(jí)控制開關(guān)脈沖，并調(diào)節(jié)參數(shù)，由該偏差值計(jì)算出多級(jí)控制開關(guān)脈沖；
3)步驟2)結(jié)束后，控制系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行，根據(jù)控制系統(tǒng)的被調(diào)量的實(shí)時(shí)值以及脈沖調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作特性曲線，在線整定控制參數(shù)，最終達(dá)到預(yù)期的控制效果。被調(diào)量的實(shí)時(shí)值采用被調(diào)量的實(shí)際運(yùn)行曲線。
控制參數(shù)包括pid控制參數(shù)、脈沖寬度、脈沖頻率以及調(diào)節(jié)死區(qū)。
經(jīng)pid運(yùn)算后的輸出閥位指令信號(hào)和閥位反饋信號(hào)綜合后的偏差值經(jīng)過(guò)取樣控制器獲得單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)與偏差值大小成比例地進(jìn)行脈沖調(diào)節(jié)，根據(jù)誤差區(qū)間判斷器的輸出信號(hào)使多級(jí)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比最小的控制輸出脈沖，從而達(dá)到脈沖調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)具有最佳的瞬態(tài)特性和魯棒性，使得被調(diào)量的控制更加快速和精準(zhǔn)。
本實(shí)施例火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法的核心思想是根據(jù)脈沖調(diào)節(jié)閥的工作狀況，按照一定規(guī)律將高能量脈沖和低能量脈沖組成脈沖序列對(duì)回路進(jìn)行控制。
火電廠調(diào)節(jié)閥的多級(jí)脈沖控制方法的工作過(guò)程如下：在每個(gè)開關(guān)周期起始時(shí)刻判斷系統(tǒng)的調(diào)節(jié)偏差和閥位工況，若此時(shí)輸出信號(hào)低于基準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)節(jié)器將產(chǎn)生一個(gè)大占空比的高能量脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)繼電器；反之則產(chǎn)生一個(gè)小占空比的低能量脈沖。
圖1為步驟2)中多級(jí)開關(guān)脈沖形成的邏輯圖。
其中步驟①為脈沖頻率控制參數(shù)的設(shè)定，可由調(diào)節(jié)器偏差信號(hào)多級(jí)變參數(shù)或者恒定設(shè)置。
步驟②為脈沖寬度控制參數(shù)的設(shè)定，可由調(diào)節(jié)器偏差信號(hào)多級(jí)變參數(shù)或者恒定設(shè)置。
步驟③為調(diào)節(jié)閥打開動(dòng)作死區(qū)的設(shè)定。
步驟④為調(diào)節(jié)閥關(guān)閉動(dòng)作死區(qū)的設(shè)定。
下面以某880mw俄羅斯進(jìn)口超臨界定壓燃煤機(jī)組的“#1小汽機(jī)凝汽器水位脈沖調(diào)節(jié)閥控制”為例，控制器運(yùn)算周期為100ms，調(diào)節(jié)器算法參數(shù)整定結(jié)果為pid控制器的比例系數(shù)為1.3、積分時(shí)間為85s，脈沖調(diào)節(jié)閥打開動(dòng)作死區(qū)為1.1％，關(guān)閉動(dòng)作死區(qū)為1.5％，脈沖頻率和脈沖寬度調(diào)節(jié)參數(shù)與位置偏差相關(guān)的多級(jí)脈沖動(dòng)作，具體參數(shù)值如表1所示:
表1#1小機(jī)凝汽器水位脈沖調(diào)節(jié)閥控制參數(shù)整定
機(jī)組概況：該880mw超臨界定壓直流機(jī)組從俄羅斯全套引進(jìn)，鍋爐為塔干羅格鍋爐廠生產(chǎn)的пп-2650-25-545-кг大型超臨界定壓運(yùn)行直流爐，鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煙道分為左、右兩側(cè)對(duì)稱布置，配備兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)、三臺(tái)引風(fēng)機(jī)，8臺(tái)中速磨分為左、右各4臺(tái)布置在爐膛的兩側(cè)，與之相對(duì)應(yīng)汽水管線也分為左、右兩個(gè)獨(dú)立的流道，實(shí)質(zhì)上是“一爐兩鍋”的結(jié)構(gòu)，其給水與燃燒控制策略均及其復(fù)雜；汽輪機(jī)為俄羅斯列寧格勒金屬工廠生產(chǎn)的к-800-240-5型超臨界、一次中間再熱、五缸六排汽、單軸凝汽式汽輪機(jī)；熱控系統(tǒng)dcs采用俄制德國(guó)西門子公司的teleprrm-me型分散控制系統(tǒng)。該機(jī)組于2014年進(jìn)行綜合升級(jí)改造，鍋爐保持原樣，汽輪機(jī)本體增容改造后替換為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司制造的n880-23.536/540/540型超臨界、一次中間再熱、五缸六排汽凝汽反動(dòng)式汽輪機(jī)；dcs采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的hollias_macs系統(tǒng)，deh采用abb公司的symphony系統(tǒng)。
經(jīng)本次dcs改造后共保留“小機(jī)凝汽器水位調(diào)節(jié)門”等32個(gè)調(diào)節(jié)閥為脈沖開關(guān)量控制，其余調(diào)節(jié)閥的伺服系統(tǒng)都更換為模擬量連續(xù)調(diào)節(jié)。實(shí)際運(yùn)行也證明該多級(jí)脈沖控制方法現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單，便于工程實(shí)現(xiàn)，具有快速響應(yīng)調(diào)節(jié)能力。
此外，需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說(shuō)明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說(shuō)明。凡依據(jù)本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。