基于一级过热器全负荷段特性的汽温控制系统参数整定方法与流程

本发明属于燃煤机组锅炉过热蒸汽温度控制领域，技术涉及一种基于一级过热器全负荷段特性的汽温控制系统参数整定方法。

背景技术：

燃煤机组锅炉一级过热器出口蒸汽温度常采用串级pid控制，一个串级pid控制系统由一个主控制回路和一个副控制回路组成。主回路中的调节器称为主调节器，副回路中的调节器称为副调节器。

主调节器根据一级过热器出口汽温(以下简称为一级汽温)测量值、一级汽温设定值以及前馈值产生副调节器的设定值，即一级喷水减温器出口汽温(以下简称为导前汽温)的设定值。

副调节器根据导前汽温测量值和设定值产生控制信号输出，调节一级减温水调节阀开度，使一级汽温达到设定值。副回路消除减温系统内部的扰动，对一级汽温进行粗调。当一级汽温偏离设定值时，主调节器输出校正副调节器的设定值，即导前温度设定值，不断改变减温水流量，直至一级汽温恢复到设定值，对一级汽温起细调作用。

主调节器的前馈为根据可测扰动量产生的导前汽温设定值前馈部分，主调节器根据一级汽温测量值与设定值的偏差产生导前汽温设定值的动态部分，前馈部分加上动态部分作为主调节器的导前汽温设定值输出。因此，主调节器的前馈(导前汽温设定值的前馈部分)起到导前汽温调节的基准值作用。导前汽温调节的基准值与实际运行所需的导前汽温值符合程度对于快速减小可测扰动对一级汽温的影响具有重要的作用。因此，主调节器的前馈作用有助于减小导前温度的波动量以及波动持续时间，减小可测扰动对一级汽温的影响。

在影响一级汽温的因素中，锅炉负荷与一级过热器吸热特性有着对应的关系，在不同的负荷时需要不同的导前温度。根据锅炉负荷指令调整导前汽温设定基准值，就能减小扰动对一级汽温的影响。因此，需要建立锅炉负荷指令与导前温度间的稳态特性函数。

导前温度与负荷指令间的稳态特性函数可以有两种方式获得：一种是根据锅炉热力计算结果，进行导前温度与负荷指令间回归分析得到；另一种是根据锅炉稳态运行数据，进行导前温度与负荷指令间函数回归分析，得到这两者间的函数。

在锅炉长期运行或检修后由于锅炉热力特性变化，会使实际导前汽温值和热力计算结果产生较大偏差。因此，按第一种方式获得的函数会导致一级汽温的调节品质下降。在第二种方式中，需要获得稳态时的负荷指令数值和导前汽温数值。由于机组处于变化状态，使运行参数会产生波动，在采集的运行数据中不可避免混杂着大量的非稳态工况下的数据。如果直接根据运行数据建立负荷指令和导前汽温间稳态函数关系，会降低函数精度，甚至产生错误的函数关系，导致一级汽温的调节品质下降。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于一级过热器全负荷段特性的汽温控制系统参数整定方法。

本发明的技术方案如下：

基于一级过热器全负荷段特性的汽温控制系统参数整定方法包括如下步骤：

1)对系统运行数据进行稳定工况判别，得到一系列稳定工况时的负荷指令(频率修正后)和一级减温器出口汽温数据；

2)将负荷指令(频率修正后)从零至满负荷值分为n个相邻小区间，分别建立n个小区间内的一级减温器出口汽温和负荷指令(频率修正后)间的线性关系；

3)拟合得到一级减温器出口汽温和负荷指令(频率修正后)间的稳态特性函数，完成对控制系统参数的整定。

优选的，所述的对机组运行数据进行稳定工况判别具体为：

1)采集汽温控制系统运行数据，汽温控制系统的参数测量值表示为{xi}，对测量值经过一阶滤波之后得到{xfi}，写成代数方程形式则有：

xfi＝λ1xi+(1-λ1)xfi-1

其中i为iτ时刻的采样点，τ为采样周期；λ1为滤波系数；

2)进行第一种方差的计算：

是序列{xi}方差v²的一个无偏估计，

λ2为滤波系数；

则

3)进行第二种方差的计算：

定义

δ²＝e((xi-xi-1)²)

其中e为求均值运算；对δ²的无偏估计为：

λ3为滤波系数；

则

4)得到统计量：

在置信度α＝0.05下，取阈值ra＝1.54；当ri＜rα时，过程变量处于稳定状态，当ri＞rα时，过程变量处于非稳态；

5)对系统稳态判别

对于一个变量x1(t)，得到的稳态检测序列记为ss1(t)，若t＝τ时，x1(τ)处于稳定状态，则ss1(τ)＝1，否则ss1(τ)＝0，各变量记为xi(t),i＝1,2,3,..n，n为系统变量总数，则系统总体的稳态为：

ssprocess(t)＝1，则表示系统处于稳态工况；否则系统处于非稳态工况。

优选的，所述的汽温控制系统运行数据的变量包括机组发电功率、负荷指令(频率修正后)、主蒸汽温度、一级汽温、一级减温器出口汽温、给煤量、一级减温水流量。

优选的，所述的步骤2)具体为：

得到机组稳态工况时的负荷指令(频率修正后)与一级减温器出口汽温，将负荷指令(频率修正后)自零至满负荷值分为n个相邻小区间；以各区间的起始点、终止点作为起点和终点分别建立该区间的负荷指令(频率修正后)与过热器温升线性函数，在两个区间交点的两函数值相等；

将任一个小的区间内负荷指令(频率修正后)与一级过热器温升看作是线性的，对其进行一元线性回归，结果为：

式中，y为负荷指令(频率修正后)，x为一级过热器温升，x的取值区间为[xi,xi+1]；

得到分段线性化非线性回归方程

优选的，所述的步骤3)具体为：

考虑到第i条直线段在x的区间上端xi+1点的取值，与第i+1条直线段在x的区间下端xi+1点的取值，相等，消去截距yi0与斜率ki，得到一级减温器出口汽温和负荷指令(频率修正后)间的稳态特性函数：

式中，xi为第i条直线段下端端点坐标。

由于运行数据含有工况稳定与工况变化时的数据，直接用运行数据建立的稳态特性函数会产生很大偏差。本方案先对采集的机组运行数据进行稳定工况判别，得到工况稳定时的时段内的各有关参数数值，得到的稳定工况时的数值更符合实际状况。根据得到的工况稳定时的数据建立稳态特性函数就更接近实际情况，使稳态特性函数精度更高。

具体实施方式

本发明采用先对机组运行数据中的稳定工况进行判别，再建立稳态特性。

采集机组发电功率、负荷指令(频率修正后)、主蒸汽温度、一级汽温、一级减温器出口汽温、一级减温水流量、给煤量等运行数据，采集周期10秒。采用r检验法对机组运行数据进行稳定工况判别，得到一系列稳定工况时的负荷指令(频率修正后)、一级减温器出口汽温。根据工况稳定时段内一级减温器出口汽温的变化与dcs的函数发生器模块点数限制，将负荷指令(频率修正后)自零至满负荷值分为5个相邻小区间，分别建立5个小区间内的一级减温器出口汽温和负荷指令(频率修正后)间的线性关系。由此得到一级减温器出口汽温和负荷指令(频率修正后)间的稳态特性函数，完成对控制系统参数的整定。

采集涵盖全部负荷的七天锅炉运行数据，采用r检验法对机组运行数据进行稳态判别。采集机组发电功率、负荷指令(频率修正后)、主蒸汽温度、一级汽温、一级减温器出口汽温、给煤量、一级减温水流量等运行数据，采集周期10秒。每个参数测量值表示为{xi}，对测量值经过一阶滤波之后得到{xfi}，写成代数方程形式则有：

xfi＝λ1xi+(1-λ1)xfi-1

其中i为iτ时刻的采样点，τ为采样周期；λ1为滤波系数。

进行第一种方差计算：

λ2为滤波系数。是序列{xi}方差v²的一个无偏估计，系统方差可表示为：

定义

δ²＝e((xi-xi-1)²)

对δ²的无偏估计为：

λ3为滤波系数。第二种方差为

得到统计量：

取滤波系数为λ1＝0.5、λ2＝0.1、λ3＝0.01；在置信度α＝0.05下阈值rα＝1.54。

当ri＜rα时，过程变量处于稳定状态，当ri＞rα时，过程变量处于非稳态。对于一个变量x1(t)，得到的稳态检测序列记为ss1(t)。若t＝τ时，x1(τ)处于稳定状态，则ss1(τ)＝1，否则ss1(τ)＝0。在该6个变量的系统中，各变量记为xi(t),i＝1,2,3,..n，则系统总体的稳态为：

依此选择出采集数据中稳定工况分布的区间，得到机组稳态工况时的负荷指令(频率修正后)与一级减温器出口汽温。根据不同负荷指令(频率修正后)下一级减温器出口汽温分布情况，将负荷指令(频率修正后)自零至满负荷值分为5个相邻小区间。以各区间的起始点、终止点作为起点和终点分别建立该区间的负荷指令(频率修正后)与过热器温升线性函数，在两个区间交点的两函数值相等。

将任一个小的区间内负荷指令(频率修正后)与一级过热器温升看作是线性的，对其进行一元线性回归，结果为：

式中，y为负荷指令(频率修正后)，x为一级过热器温升，x的取值区间为[xi,xi+1](i＝1,2,…,5)。

得到分段线性化非线性回归方程

用这5条回归直线段，给出曲线y＝f(x)的近似表示。

考虑到第i条直线段在x的区间上端xi+1点的取值，与第i+1条直线段在x的区间下端xi+1点的取值，相等，消去截距yi0与斜率ki，得到回归直线方程：

式中，xi为5条直线段的下端点坐标。