汽温控制信号的加速方法及二级过热汽温控制系统与流程

1.本技术涉及火电机组过程控制技术领域，尤其涉及一种汽温控制信号的加速方法及二级过热汽温控制系统。


背景技术：

2.在火电机组过程控制实践中，火电机组的二级过热汽温控制系统，经常会出现二级过热汽温偏差较大的问题，即二级过热汽温值相对二级过热汽温给定值的偏差较大，其中二级过热汽温控制系统的负向超温(即二级过热汽温值低于给定汽温值)较为严重。
3.目前，针对二级过热汽温的负向超温问题，现有技术采用了一位式控制方法，即在二级过热汽温的负向偏差超过一定幅度时，对减温水阀门增加一个固定开度，以控制减温水阀门的水量，从而达到控制二级过热汽温的目的，但是该方式存在控制滞后问题，导致控制效果有限。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种汽温控制信号的加速方法及二级过热汽温控制系统，以解决当前二级过热控制系统存在控制滞后的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本技术提供了一种汽温控制信号的加速方法，应用于负向微分加速器，所述负向微分加速器包括输入微分器、正反馈加速器、负向微分器、负向输出控制器和加法环节；
6.利用所述输入微分器，对汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号；
7.利用所述正反馈加速器，对所述第一微分输出信号进行加速，得到加速信号；
8.利用所述负向微分器，对进行加速信号进行信号转换，得到第二微分输出信号；
9.利用所述负向输出控制器，提取所述第二微分输出信号中的负向加速信号；
10.利用所述加法环节，对所述第一微分输出信号与所述负向加速信号进行加法运算，得到汽温加速控制信号。
11.作为优选，所述汽温控制信号为二级过热汽温控制系统的过热汽温信号与过热汽温给定信号之间的偏差信号。
12.作为优选，所述利用所述输入微分器，对汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号，包括：
13.利用所述输入微分器，将所述汽温控制信号中的下降趋势转换为负极信号，所述负极信号作为输入到所述正反馈加速器的第一微分输出信号，所述输入微分器为：
[0014][0015]
其中，ind(s)为所述输入微分器的传递函数，t
ind
为所述输入微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子。
[0016]
作为优选，所述正反馈加速器包括正反馈环节、加速器和限幅器，利用所述正反馈
加速器，对所述第一微分输出信号进行加速，得到加速信号，包括：
[0017]
利用所述正反馈环节，控制所述加速器进行加速；
[0018]
利用所述加速器，对所述第一微分输出信号中的负极信号进行加速，得到负极加速信号；
[0019]
利用所述限幅器，对所述加速器输出的负极加速信号进行限幅，得到所述加速信号。
[0020]
作为优选，所述加速器为：
[0021][0022]
所述限幅器为：
[0023][0024]
其中i(s)为所述加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ti为所述加速器的积分时间常数，i(t)为所述加速器的的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号。
[0025]
作为优选，所述负向微分器为：
[0026][0027]
其中，db()为所述负向微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，td为所述负向微分器的微分时间常数。
[0028]
作为优选，所述负向输出控制器为：
[0029][0030]
其中，noc(t)为所述负向输出控制器的输出信号，d(t)为所述负向微分器的输出信号。
[0031]
第二方面，本技术还提供一种二级过热汽温控制系统，包括控制器，所述控制器包括串级比例控制器、工程最速积分器和如第一方面所述的负向微分加速器；
[0032]
所述串级比例控制器分别与所述工程最速积分器和所述负向微分加速器连接，所述串级比例控制器的汽温控制信号为过程信号，所述过程信号为二级过热汽温控制系统的过热汽温信号与过热汽温给定信号之间的偏差信号；
[0033]
所述控制器为：
[0034]
c(s)＝k
cpc
[efi(s)+ndsa(s)]；
[0035]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ndsa(s)为负向微分加速器的传递函数，k
cpc
为串级比例控制器的增益。
[0036]
作为优选，所述工程最速积分器的传递函数为：
[0037][0038]
其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0039]
作为优选，所述负向微分加速器的传递函数为：
[0040][0041]
其中，t
ind
为输入微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，i(t)为加速器的输出信号，ti为加速器的积分时间常数，td为负向微分器的微分时间常数，pv
in
(t)为负向微分加速器的汽温控制信号。
[0042]
与现有技术相比，本技术至少具备以下有益效果：
[0043]
通过利用所述输入微分器，对汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号；利用所述正反馈加速器，对所述第一微分输出信号进行加速，得到汽温加速控制信号；利用所述负向微分器，对进行加速信号进行信号转换，得到第二微分输出信号；利用所述负向输出控制器，提取所述第二微分输出信号中的负向加速信号；利用所述加法环节，对所述第一微分输出信号与所述负向加速信号进行加法运算，得到汽温加速控制信号。本技术通过负向微分加速器对过程信号进行负向加速，以使过程信号中具有下降趋势的负极信号提前输出，从而提前进行负向超温控制，降低控制滞后，进而能够解决二级过热汽温控制系统存在的负向超温问题，增强控制效果。
[0044]
此外，本技术通过限幅器对加速器的输出进行条件限幅，并配合负向输入控制器和微分器，解决当前控制滞后的问题，提前输出信号控制，从而能够提高对火电机组的二级过热汽温控制系统的二级过热汽温控制效果，抑制负向超温。
附图说明
[0045]
图1为本技术实施例示出的汽温控制信号的加速方法的流程示意图；
[0046]
图2为本技术一实施例示出的负向微分加速器的结构示意图；
[0047]
图3为本技术另一实施例示出的负向微分加速器的结构示意图；
[0048]
图4为本技术实施例示出的负向微分加速器的提取结果示意图；
[0049]
图5为本技术实施例示出的二级过热汽温控制系统的结构示意图；
[0050]
图6为本技术实施例示出的二级过热汽温控制系统的控制结果示意图。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本技术保护的范围。
[0052]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0053]
应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0054]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0055]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0056]
在本技术描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0057]
在本技术描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0058]
请参照图1，图1为本技术实施例提供的一种汽温控制信号的加速方法的流程示意图。本技术实施例的汽温控制信号的加速方法可应用于负向微分加速器，负向微分加速器可集成于计算机设备，该计算机设备包括但不限于智能手机、笔记本电脑、平板电脑、桌上型计算机、物理服务器和云服务器等设备。
[0059]
可选地，如图2所示的负向微分加速器的结构示意图，所述负向微分加速器(negative differential signal accelerator，ndsa)包括输入微分器21、正反馈加速器22、负向微分器23、负向输出控制器24和加法环节25。
[0060]
如图1所示，本实施例的方法包括步骤s101至步骤s105，详述如下：
[0061]
步骤s101，利用所述输入微分器，对汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号。
[0062]
在本步骤中，如图2所示，输入微分器21、正反馈加速器22、负向微分器23、负向输出控制器24和加法环节25依次连接。将汽温控制信号输入到输入微分器，以使输入微分器提取汽温控制信号中的负极信号，从而便于后续对影响负向超温的负极信号进行超前提取，进而使控制系统能够提前观测到汽温控制信号，并进行信号控制，降低控制滞后问题。
[0063]
可选地，汽温控制信号为过程信号，所述过程信号为二级过热汽温控制系统的过热汽温信号与过热汽温给定信号之间的偏差信号，以针对二级过热汽温控制系统的负向超温进行抑制。
[0064]
在一些实施例中，所述步骤s101，包括：
[0065]
利用所述输入微分器，将所述汽温控制信号中的下降趋势转换为负极信号，所述负极信号作为输入到所述正反馈加速器的第一微分输出信号，所述输入微分器为：
[0066][0067]
其中，ind(s)为所述输入微分器的传递函数，t
ind
为所述输入微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子。
[0068]
在本实施例中，汽温控制信号本身具有微分信号，输入微分器的作用是提取汽温控制信号中下降趋势的负极信号，以针对负向超温进行有效控制。
[0069]
步骤s102，利用所述正反馈加速器，对所述第一微分输出信号进行加速，得到加速信号。
[0070]
在本步骤中，正反馈加速器对负极信号进行加速，以使负极信号提前输出，从而实现提前控制，降低二级过热汽温系统因负向超温问题而导致的控制滞后。
[0071]
在一些实施例中，如图3所示，所述正反馈加速器22包括正反馈环节221、加速器222和限幅器223，利用所述正反馈加速器22，对所述第一微分输出信号进行加速，得到汽温加速控制信号，包括：
[0072]
利用所述正反馈环节221，控制所述加速器222进行加速；
[0073]
利用所述加速器222，对所述第一微分输出信号中的负极信号进行加速，得到负极加速信号；
[0074]
利用所述限幅器223，对所述加速器222输出的负极加速信号进行限幅，得到所述汽温加速控制信号。
[0075]
在本实施例中，正反馈环节221的输出端与负向微分器23的输入端和加速器222的输入端连接，以将过程信号输入到加速器222进行加速，加速器222将加速后的信号输出给正反馈环节221，当正反馈环节221确认过程信号加速完成后，则加速器222加速后的信号输出给负向微分器23。
[0076]
其中，在加速器222与限幅器223连接，以在加速器222对过程信号进行加速时，对加速器222输出的信号进行条件限幅，对输入微分器输出的第一微分信号中低限值的负极信号直接限幅。
[0077]
如图3所示，将输入微分器输出的第一微分输出信号输入到正反馈环节，正反馈环节控制加速器进行加速。其中通过限幅器对第一微分输出信号中的负极信号进行限幅，以使加速器对负极信号进行加速，通过限幅器对加速器输出的负极加速信号进行条件限幅，并反馈至正反馈环节。当正反馈环节确认加速器的加速过程结束时，将加速信号输入到负向微分器，以利用负向微分器提取加速信号中的微分信号，得到第二微分输出信号；最后将第二微分输出信号输入到负向输出控制器，以提取第二微分输出信号中的负向加速信号，实现负向加速。
[0078]
可选地，所述加速器为：
[0079][0080]
所述限幅器为：
[0081][0082]
其中i(s)为所述加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ti为所述加速器的积分时间常数，i(t)为所述加速器的的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号。
[0083]
步骤s103，利用所述负向微分器，对进行加速信号进行信号转换，得到第二微分输出信号。
[0084]
在本步骤中，负向微分器提取加速信号的微分信号，以使负向输出控制器进行负向输出。
[0085]
可选地，所述负向微分器为：
[0086][0087]
其中，db()为所述负向微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，td为所述负向微分器的微分时间常数。
[0088]
步骤s104，利用所述负向输出控制器，提取所述第二微分输出信号中的负向加速信号。
[0089]
在本步骤中，所述负向输出控制器为：
[0090][0091]
其中，noc(t)为所述负向输出控制器的输出信号，d(t)为所述负向微分器的输出信号。
[0092]
步骤s105，利用所述加法环节，对所述第一微分输出信号与所述负向加速信号进行加法运算，得到汽温加速控制信号。
[0093]
在本步骤中，通过加法环节对汽温控制信号中下降趋势对应的负向加速信号和第一微分输出信号进行信号合成，以生成完整的汽温加速控制信号，实现过程信号的超前提取，从而使控制系统能够超前观测到过程信号，以能够提前进行信号控制。
[0094]
可选地，加法环节为：
[0095]
a(t)＝ind(t)+noc(t)；
[0096]
其中，a(t)为所述加法环节的输出信号，p(t)为所述第一微分输出信号，doc(t)为所述负向输出控制器的输出信号。
[0097]
作为示例而非限定，对4阶惯性过程(fourth order inertia process，foip)在单位阶跃输入的过程输出信号进行的汽温控制信号加速观测。
[0098]
四阶惯性过程foip为：
[0099][0100]
式中，foip(s)为4阶惯性过程foip的传递函数，foip(s)为foip的传递函数，t
foip
为foip时间常数，单位为s。
[0101]
在ti＝100s，t
ind
＝td＝100s，t
foip
＝100s，foip输入为负单位阶跃信号，得到foip
过程输出信号的汽温控制信号加速观测ndsa输出信号的结果，如图4所示。
[0102]
pv
foip
(t)为4阶惯性过程foip在负向单位阶跃输入的过程输出信号，pv
ind
(t)为输入微分器的输出信号，pv
ndsa
(t)为汽温控制信号加速观测ndsa的输出信号。可见，ndsa的负向输出信号明显超前于输入微分器ind负向输出信号，起到了汽温控制信号加速观测的效果。
[0103]
请参见图5，本技术还提供一种二级过热汽温控制系统的结构示意图。如图5所示，该系统包括控制器(controller，c)和控制过程(controller process，cp)，所述控制器包括串级比例控制器cpc、工程最速积分器efi和如图2或图3所示的负向微分加速器ndsa；
[0104]
所述串级比例控制器分别与所述工程最速积分器和所述负向微分加速器连接，所述串级比例控制器的汽温控制信号为过程信号，所述过程信号为二级过热汽温控制系统的过热汽温信号与过热汽温给定信号之间的偏差信号；
[0105]
所述控制器为：
[0106]
c(s)＝k
cpc
[efi(s)+ndsa(s)]；
[0107]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ndsa(s)为负向微分加速器的传递函数，k
cpc
为串级比例控制器的增益。
[0108]
可选地，所述工程最速积分器的传递函数为：
[0109][0110]
其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0111]
可选地，所述负向微分加速器的传递函数为：
[0112][0113]
其中，t
ind
为输入微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，i(t)为加速器的输出信号，ti为加速器的积分时间常数，td为负向微分器的微分时间常数，pv
in
(t)为负向微分加速器的汽温控制信号。
[0114]
作为示例而非限定，将所述控制器c应用于某电厂1000mw超临界火电机组的二级过热蒸汽温度控制系统，得到的控制结果如图6所示。图6所示，在11：00之后加入过程汽温控制信号加速观测器ndsa，在未加入ndsa前，相对二级过热汽温给定，二级过热汽温最大负向偏差为11.6℃；在加入pfad后，二级过热汽温最大负向偏差为4.1℃，可见，ndsa对抑制二级过热汽温的负向偏差有较好的作用。
[0115]
在本技术所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框
实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
[0116]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0117]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。