无pid的汽轮机功率调节设备的制作方法
【专利摘要】一种无PID的汽轮机功率调节设备，包括：阈值设置装置，被配置成设置预定阈值；比较装置，被配置成比较汽轮机的有功功率给定值与有功功率实际值；以及执行装置，被配置成：当有功功率给定值大于有功功率实际值预定阈值时，开门调节汽轮机调门；以及当有功功率给定值小于有功功率实际值预定阈值时，关门调节汽轮机调门。通过比较汽轮机的有功功率给定值与反映汽轮机实时工作状态的有功功率实际值，利用差值变化来调节汽轮机功率，能够最大化地消除调节速度、惯性和延迟之间的矛盾，从而快速平稳地对汽轮机的功率进行调节。当有功功率给定值与有功功率实际值差值超过预定阈值时触发调节动作，能够可设置地消除功率波动对调节动作造成的影响。
【专利说明】无PID的汽轮机功率调节设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及控制领域，具体地，涉及一种无PID的汽轮机功率调节设备。
【背景技术】
[0002]火力发电厂通过锅炉和汽轮发电机进行发电。锅炉与汽轮机发电单元机组应能够快速响应负荷变化的需求并参与电网调频，同时还应能够克服来自各方面的扰动，确保机组的安全、稳定、经济运行，因此对单元机组的控制系统提出了更高的要求。火力发电厂协调控制系统应运而生。
[0003]为了适应电网对机组自动发电量控制(AGC)和一次调频的品质要求，协调控制系统一般采用以“炉跟机”为基础的协调控制方式。在这种控制方式下，锅炉调节器自动调节机组的主汽压力，汽机调节器自动调节机组的有功功率。
[0004]图1和图2中示出了现有技术中采用“炉跟机”控制方式的两种常用的汽机调节回路。其中，图1示出了采用汽机功率单回路调节器的汽机调节回路；图2示出了采用汽机功率-速度级压力串联调节的汽机调节回路。如图1和图2中所示，现有技术采用的汽机调节回路中使用比例积分微分(PID)调节器(例如，汽机功率调节器100和速度级压力调节器110)参与控制。虽然PID控制技术成熟，然而，实际使用中必须先对PID调节器参数进行整定。对PID调节器参数进行整定需要耗费大量时间和人力成本，并且如果参数设置不合适，系统将面临震荡甚至发散的风险，严重威胁发电机组的安全。
[0005]针对上述问题，现有技术中尚无良好解决方案。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种设备，该设备能够克服现有技术中存在的缺点，无需参数整定而能够快速准确地对汽轮机的功率进行调节。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种无PID的汽轮机功率调节设备，包括:阈值设置装置，被配置成设置预定阈值；比较装置，被配置成比较所述汽轮机的有功功率给定值与有功功率实际值；以及执行装置，被配置成:当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，开门调节汽轮机调门；以及当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，关门调节所述汽轮机调门。
[0008]可选地，所述执行装置包括:数字电调(DEH)单元，被配置成发送指令信号以调节所述汽轮机调门；以及控制单元，被配置成:当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送协调控制装置(CCS)增指令信号脉冲到所述DEH单元，以指示所述DHl单元开门调节所述汽轮机调门；以及当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送CCS减指令信号脉冲到所述DHl单元，以指示所述DEH单元关门调节所述汽轮机调门。
[0009]可选地，所述DEH单元还被配置成:当接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲后，根据所接收到的脉冲的个数或持续时间生成DHl调门指令信号增量；叠加所生成的DHl调门指令信号增量与当前指令信号；以及利用叠加后的指令信号调节所述汽轮机调门。
[0010]可选地，所述DHl单元还被配置成:在未接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲的情况下，继续利用当前指令信号调节所述汽轮机调门。
[0011]可选地，所述比较装置还被配置成计算所述有功功率给定值与所述有功功率实际值的差值；以及所述执行装置包括:控制单元，被配置成当所述差值的绝对值大于所述预定阈值时，叠加所述差值与负荷参考信号；以及数字电调(DEH)单元，被配置成根据经所述控制单元叠加后的信号来调节所述汽轮机调门，以及向所述控制单元发送所述负荷参考信号。
[0012]通过上述技术方案，比较汽轮机的有功功率给定值与反映汽轮机实时工作状态的有功功率实际值，利用差值变化来调节汽轮机功率，因此能够最大化地消除调节速度、惯性和延迟之间的矛盾，从而能够快速平稳地对汽轮机的功率进行调节。考虑到汽轮机组运行时可能具有的功率波动，采用当有功功率给定值与有功功率实际值差值超过预定阈值时触发调节动作的方式，能够可设置地消除波动对调节动作造成的影响。
[0013]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0015]图1示出了采用汽机功率单回路调节器的汽机调节回路；
[0016]图2示出了采用汽机功率-速度级压力串联调节的汽机调节回路；
[0017]图3是根据本实用新型实施方式的无PID的汽轮机功率调节方法流程图；
[0018]图4是根据本实用新型实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备框图；
[0019]图5是根据本实用新型优选实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备框图；
[0020]图6是根据本实用新型一个实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备的原理示意图；
[0021]图7是根据本实用新型又一个实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备的原理示意图；以及
[0022]图8是根据本实用新型实施方式的示例性无PID的汽轮机功率调节信号图。【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]图3是根据本实用新型实施方式的无PID的汽轮机功率调节方法流程图。如图3所示，根据本实用新型实施方式的一种无PID的汽轮机功率调节方法，包括:S30，比较所述汽轮机的有功功率给定值与有功功率实际值；S32，当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值一预定阈值时，开门调节汽轮机调门；以及，S34，当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，关门调节所述汽轮机调门。
[0025]通过上述技术方案，取消了现有技术中使用的PID调节过程，而是通过比较汽轮机的有功功率给定值与反映汽轮机实时工作状态的有功功率实际值，并且利用差值变化来调节汽轮机功率，因此能够最大化地消除调节速度、惯性和延迟之间的矛盾，从而能够快速平稳地对汽轮机的功率进行调节。考虑到汽轮机组运行时可能具有的功率波动，采用当有功功率给定值与有功功率实际值差值超过预定阈值时触发调节动作的方式，能够可设置地消除波动对调节动作造成的影响。在一个优选的实施方式中，预定阈值可以是不灵敏区域(例如，±2丽)。
[0026]在一个实施方式中，当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，可以例如通过汽轮机功率调节设备或其控制单元，发送协调控制系统(CCS)增指令信号脉冲到所述汽轮机的数字电调(DEH)单元，以指示所述DHl单元开门调节所述汽轮机调门；以及当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送CCS减指令信号脉冲到所述DEH单元，以指示所述DEH单元关门调节所述汽轮机调门。
[0027]在根据本实用新型的实施方式中，CCS增指令信号和CCS减指令信号可以是开关量脉冲信号。可选地，在一个实施方式中，所述DEH单元接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲后，可以根据所接收到的脉冲的个数或持续时间生成DHl调门指令信号增量；叠加所生成的DHl调门指令信号增量与当前指令信号；以及利用叠加后的指令信号调节所述汽轮机调门。
[0028]在上述实施方式中，通过脉冲信号，能够使汽轮机和锅炉能够快速平稳地响应机组负荷的变化，最大化地消除调节速度、惯性和延迟之间的矛盾。考虑到信号传输的可靠性会直接影响到机组是否能够安全运行。因此，在一个实施方式中，根据本实用新型实施方式的方法还可以包括:在所述DEH单元未接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲的情况下，继续利用当前指令信号调节所述汽轮机调门。通过该实施方式，即使在信号的传输路径中出现例如断线、I/O通道损坏等影响信号传输的情况，能够保证汽轮机的调门能够保持其位置或开度，不会出现因信号的中断而调门全开或全关等威胁机组安全运行的情况。
[0029]除了可以使用开关量脉冲信号向DHl单元传递指令，还可以使用模拟量信号。可以使用从DHl单元接收的负荷参考(REF)信号作为基本信号。这样，在一个实施方式中，根据本实用新型的汽轮机功率调节方法还可以包括:计算所述有功功率给定值与所述有功功率实际值的差值；从所述汽轮机的数字电调(DEH)单元接收负荷参考信号；当所述差值的绝对值大于所述预定阈值时，叠加所述差值与所述负荷参考信号；以及利用叠加后的信号调节所述汽轮机调门。本实施方式中采用模拟量指令直接控制汽轮机调门，调节速率和作用幅度可以比脉冲量更加灵活。
[0030]根据本实用新型的另一个方面，提供了一种无PID的汽轮机功率调节设备。图4是根据本实用新型实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备框图。如图4所示，根据本实用新型实施方式的一种无PID的汽轮机功率调节设备400，包括:阈值设置装置410，被配置成设置预定阈值；比较装置420，被配置成比较所述汽轮机的有功功率给定值与有功功率实际值；以及执行装置430，被配置成:当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，开门调节汽轮机调门；以及当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，关门调节所述汽轮机调门。
[0031]通过本实用新型提供的上述设备，比较装置420可以比较汽轮机的有功功率给定值与反映汽轮机实时工作状态的有功功率实际值，执行装置430利用差值变化来调节汽轮机功率，因此能够最大化地消除调节速度、惯性和延迟之间的矛盾，从而能够快速平稳地对汽轮机的功率进行调节。采用当有功功率给定值与有功功率实际值差值超过预置设置装置410设置的预定阈值时触发调节动作的方式，能够可设置地消除波动对调节动作造成的影响。
[0032]图5是根据本实用新型优选实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备框图。如图5所示，在一个实施方式中，所述执行装置430可以包括:数字电调(DEH)单元431，被配置成发送指令信号以调节所述汽轮机调门；以及控制单元432，被配置成:当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送协调控制装置(CCS)增指令信号脉冲到所述DHl单元431，以指示所述DHl单元431开门调节所述汽轮机调门；以及当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送CCS减指令信号脉冲到所述DEH单元431，以指示所述DHl单元431关门调节所述汽轮机调门。
[0033]图6示出了根据本实用新型实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备的调节原理。其中通过模块120可以对功率偏差调节不灵敏区域进行设置。与图1和图2中所示的现有技术相比较，由于本实用新型提供的汽轮机功率调节设备400中没有使用PID控制器，因此不用考虑PID控制器所需的参数整定、手自动信号的跟踪与切换等问题。当机组的有功功率给定值(MWSP)和有功功率(MW)(即，有功功率实际值)相减，其差值如果大于不不灵敏区设置的正值时(例如，+ 2MW)，则触发CCS增指令脉冲，以实现汽轮机调门的开门调节；如果差值小于不不灵敏区设置的负值时(例如，-2MW)，则触发CCS减指令脉冲，以实现汽轮机调门的关门调节。由于汽轮机对于机组有功功率的负荷响应的快速性，因此这种“增量式调节”的方式可以满足协调控制系统汽轮机功率调节的需要。其中，功率调节不灵敏区的设置目的一是为了可以防止汽轮机调门的过度调节，二是为了可以防止功率回路的过调。
[0034]图8是根据本实用新型实施方式的示例性无PID的汽轮机功率调节信号图。如图8所示，其中信号2为有功功率实际值，其围绕有功功率给定值(信号I)波动，当波动幅度超过预定阈值(例如，±2MW)的正值时，控制单元432会发送CCS增指令信号脉冲(信号3);当波动幅度超过预定阈值的负值时，控制单元432会发送CCS减指令信号脉冲(信号4)。
[0035]在一个实施方式中，所述DHl单元431可以被配置成:当接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲后，根据所接收到的脉冲的个数或持续时间生成DHl调门指令信号增量；叠加所生成的DHl调门指令信号增量与当前指令信号；以及利用叠加后的指令信号调节所述汽轮机调门。
[0036]优选地，在一个实施方式中，所述DHl单元431还可以被配置成:在未接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲的情况下，继续利用当前指令信号调节所述汽轮机调门。通过该实施方式，即使在信号的传输路径中出现例如断线、I/o通道损坏等影响信号传输的情况，能够保证汽轮机的调门能够保持其位置或开度，不会出现因信号的中断而调门全开或全关等威胁机组安全运行的情况。
[0037]图7是根据本实用新型又一个实施方式的无PID的汽轮机功率调节设备的原理示意图。实施方式中可以采用图5所示的无PID的汽轮机功率调节设备结构。如图7所示，其中通过模块120可以对功率偏差调节不灵敏区域进行设置，与图6所示的原理中输出CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲不同，图7中使用从DHl单元431接收的负荷参考(REF)信号作为基本信号，利用有功功率给定值(MWSP)与有功功率实际值(MW)的差值与该基本信号进行叠加而产生将输出的调节信号，例如，DEH负荷指令(TDMD)。
[0038]在根据图7所示原理的实施方式中，所述比较装置420可以被配置成计算所述有功功率给定值与所述有功功率实际值的差值；以及所述执行装置430包括:控制单元432，被配置成当所述差值的绝对值大于所述预定阈值(例如，2MW)时，叠加所述差值与负荷参考信号；以及数字电调(DEH)单元431，被配置成根据经所述控制单元叠加后的信号来调节所述汽轮机调门，以及向所述控制单元发送所述负荷参考信号。
[0039]在一个实施方式中，可以不使用预定阈值来消除功率波动，实现汽轮机功率的实时调节。
[0040]通过本实用新型的实施方式提供的方法和设备，存在以下优点:取消了 PID控制环节，控制结构与参数免维护，不用整定；有功功率的调节品质好，调节快速、不超调；如果某台机组因为例如DHl卡件故障，导致送给DCS的负荷参考信号中断，仍然可以实现机组的协调控制。
[0041]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。例如，可以将执行装置430包括DHl单元431和控制单元432，改变为汽轮机功率调节设备400中不包括DEH单元，而是使用执行装置430向单独的DEH设备发送调节指令。
[0042]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0043]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种无PID的汽轮机功率调节设备，其特征在于，包括: 阈值设置装置，被配置成设置预定阈值； 比较装置，被配置成比较所述汽轮机的有功功率给定值与有功功率实际值；以及 执行装置，被配置成: 当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，开门调节汽轮机调门；以及 当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，关门调节所述汽轮机调门。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述执行装置包括: 数字电调(DEH)单元，被配置成发送指令信号以调节所述汽轮机调门；以及 控制单元，被配置成: 当所述有功功率给定值大于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送协调控制装置(CCS)增指令信号脉冲到所述DHl单元，以指示所述DHl单元开门调节所述汽轮机调门；以及 当所述有功功率给定值小于所述有功功率实际值所述预定阈值时，发送CCS减指令信号脉冲到所述DEH单元，以指示所述DEH单元关门调节所述汽轮机调门。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述DHl单元还被配置成: 当接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲后，根据所接收到的脉冲的个数或持续时间生成DHl调门指令信号增量； 叠加所生成的DHl调门指令信号增量与当前指令信号；以及 利用叠加后的指令信号调节所述汽轮机调门。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述DHl单元还被配置成: 在未接收到所述CCS增指令信号脉冲或所述CCS减指令信号脉冲的情况下，继续利用当前指令信号调节所述汽轮机调门。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述比较装置还被配置成计算所述有功功率给定值与所述有功功率实际值的差值；以及 所述执行装置包括: 控制单元，被配置成当所述差值的绝对值大于所述预定阈值时，叠加所述差值与负荷参考信号；以及 数字电调(DEH)单元，被配置成根据经所述控制单元叠加后的信号来调节所述汽轮机调门，以及向所述控制单元发送所述负荷参考信号。
【文档编号】F01D21/00GK203717047SQ201320738912
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】张秋生, 王雁军, 吕喆, 梁华, 胡晓花, 史文韬 申请人:中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华（北京）电力研究院有限公司