带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统及方法，用于获取除氧器水位设定值和过程变量除氧器水位的除氧器调阀控制系统的第一控制单元和凝泵变频控制系统的第二控制单元；所述第一控制单元及第二控制单元根据负荷的值确定处于调节状态或者跟踪状态，第一控制单元继而通过调阀指令控制对应除氧器调阀控制系统的第一手操器调节除氧器水位，第二控制单元通过变频指令控制对应的凝泵变频控制系统继而通过第二手操器调节除氧器水位，本方案保证调阀方式和变频方式同时投入自动且两种方式转换时做到无扰切换，既提高了自动化水平，又增加了节能效果。
【专利说明】带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 火力发电机组中，除氧器水位控制系统通过阀门的节流作用进行水位控制，在低 负荷工况下，阀门开度较小，产生较大的节流损失；节能降耗工作是国民经济长远发展的重 点，许多发电企业对机组重大辅机进行了节能变频改造，大型辅机变频改造是发电机组节 能降耗的主要途径之一，其中凝结水泵6kV电动机是火电厂耗电大设备，凝泵变频改造后， 通过改变凝泵的转速进行调节。
[0003] 变频条件下，除氧器水位的控制方式有节流（调阀）和泵转速调节（变频）两种 方式，为了方便运行人员的操作，这两种调节方式同时投入自动，为了避免两者调节过程的 互相干扰，一般是两个自动调节方式互锁，但互锁时会产生未处于调节状态的控制器产生 积分饱和现象，这使两者切换时调节性能下降，不能及时进行水位控制，甚至会产生水位的 大幅波动。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位 全程控制系统及方法，本方案保证调阀方式和变频方式同时投入自动且两种方式转换时做 到无扰切换，既提高了自动化水平，又增加了节能效果。因此，积极开展凝结水泵变频改造 工作，对降低厂用电率、供电煤耗，提高电厂经济效益具有重要意义。
[0005] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0006] 带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，包括：用于获取除氧器水位 设定值和过程变量除氧器水位的除氧器调阀控制系统的第一控制单元和凝泵变频控制系 统的第二控制单元；
[0007] 所述第一控制单元及第二控制单元根据负荷的值确定处于调节状态或者跟踪状 态，第一控制单元继而通过调阀指令控制对应除氧器调阀控制系统的第一手操器调节除氧 器水位，第二控制单元通过变频指令控制对应的凝泵变频控制系统继而通过第二手操器调 节除氧器水位，最终实现调阀控制系统与变频控制系统通过互锁与跟踪，实现整个控制系 统的无扰切换与全程水位自动控制。
[0008] 所述第一控制单元的第一引脚与逻辑与模块的输出端相连，第一控制单元的第二 引脚与低限值模块相连，所述逻辑与模块的输入端与第一高限值模块及第二高限值模块相 连，第二高限值模块与第二控制单元相连，第一高限值模块与低限值模块相连。
[0009] 所述第二控制单元的第一引脚与低限值模块相连，第二控制单元的第二引脚跟踪 第二手操器的输出值，第二控制单元还通过设定值与大选模块相连，大选模块选择较大输 入值传送至第二手操器。
[0010] 所述第一高限值模块的数值设为调阀指令的90%。
[0011] 所述第二高限值模块数值设为变频指令的50%。
[0012] 所述低限值模块功能是输入低于低限值时输出逻辑真信号，低限值设为89. 9%。
[0013] 带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制方法，包括以下步骤：
[0014] (1)升负荷时，除氧器调阀控制系统及凝泵变频控制系统获取除氧器水位设定值 和过程变量除氧器水位，此时，调阀指令小于第一设定值，变频指令不小于第二设定值，除 氧器调阀控制系统处于调节状态，凝泵变频控制系统处于跟踪状态，当调阀指令达到第一 设定值时，凝泵变频控制系统解除跟踪开始调节，除氧器调阀控制系统进入跟踪状态，完成 除氧器调阀控制系统到凝泵变频控制系统的跟踪无扰切换；
[0015] (2)降负荷时，除氧器调阀控制系统及凝泵变频控制系统获取除氧器水位设定值 和过程变量除氧器水位，此时，调阀指令锁定在第一设定值，变频指令大于第二设定值，除 氧器调阀控制系统处于跟踪状态，凝泵变频控制系统处于调节状态，当变频指令低于第二 设定值时，除氧器调阀控制系统解除跟踪开始调节，凝泵变频控制系统进入跟踪状态，完成 凝泵变频控制系统到除氧器调阀控制系统的跟踪无扰切换。
[0016] 所述步骤（1)升负荷时的具体过程为：当负荷达到第二设定值的额定负荷时，变 频指令调整为第二设定值，第二高限值模块输出逻辑真信号，低限值模块输出逻辑真送入 第二控制单元的1号引脚，使凝泵变频控制系统处于跟踪状态，第一高限值模块输出逻辑 假信号，与第二高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑假信号，并送至第 一控制单元的1号引脚，使第一控制单元处于调节状态；
[0017] 随着负荷升高，调阀指令也随着增大，当调阀开到第一设定值指令时，第一高限值 模块输出逻辑真信号，与第二高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑真信 号，并送至第一控制单元的1号引脚，使第一控制单元处于跟踪状态，通过第一控制单元的 2号引脚跟踪第一手操器输出值，同时低限值模块输出逻辑假信号送给第二控制单元的1 号引脚，解除第二控制单元的跟踪状态，使处于调节状态，随着负荷的升高，除氧器水位通 过凝泵变频控制系统进行调节，至此完成了从调阀控制系统到凝泵变频控制系统的跟踪无 扰切换。
[0018] 所述步骤（2)降负荷时的具体过程为：通过升负荷过程使调阀锁定在第一设定值 的指令，高负荷时，变频指令远高于第二设定值，第一高限值模块输出逻辑真信号，与第二 高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑真信号，并送至第一控制单元的1 号引脚，使第一控制单元处于跟踪状态，低限值模块输出逻辑假信号送给第二控制单元的1 号引脚，使第二控制单元的处于调节状态，除氧器水位通过凝泵变频控制系统进行调节，随 着负荷的降低，变频输出指令逐渐降低，直至到达第二控制单元略低于第二设定值的指令 时，第二高限值模块输出逻辑假信号，通过逻辑与块输出逻辑假信号送至第一控制单元，解 除跟踪状态，使处于调节状态；
[0019] 随着负荷降低，调阀指令从第一设定值开始减小，此时第二高限值模块输出逻辑 假信号，低限模块输出为逻辑真信号，使第二控制单元处于跟踪状态，同时通过大选模块使 变频控制系统始终保持第二设定值指令的输出，至此完成了从凝泵变频控制系统到调阀控 制系统的跟踪无扰切换。
[0020] 第一设定值为调阀指令的90%，第二设定值为变频指令的50%，第一控制单元 和第二控制单元为单冲量/三冲量控制系统。
[0021] 本发明的有益效果：
[0022] 本方案保证调阀方式和变频方式同时投入自动且两种方式转换时做到无扰切换， 既提高了自动化水平，又增加了节能效果。因此，积极开展凝结水泵变频改造工作，对降低 厂用电率、供电煤耗，提高电厂经济效益具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1本发明的系统结构框图；
[0024] 图2本发明的升负荷系统流程图；
[0025] 图3本发明的降负荷系统流程图；
[0026] 图4机组升负荷时参数曲线；
[0027] 图5机组降负荷时参数曲线。
【具体实施方式】：
[0028] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0029] 此系统基于分散控制系统设计的，其DCS版本为：0VATI0N3. 04,模拟量采集卡 件为：大卡1C31224G01，小卡1C31227G01 ;模拟量输出卡件为：大卡1C31129G03,小卡 1C31132G01 ;运算器型号：DPU5X00247G01。
[0030] 如图1所示，控制系统分为两个部分，一个除氧器调阀控制系统，一个凝泵变频控 制系统，水位设定值和过程变量除氧器水位同时送入第一控制单元和第二控制单元。第 一控制单元和第二控制单元为单冲量/三冲量控制系统，单冲量/三冲量控制为常规控 制方法，内部通过PI (比例积分）进行计算。第一高限值模块数值设为调阀指令的90% (90%-100%的区间流量特性很差，为了满足快速调节，一般设为90%。）；第二高限值模 块数值设为变频指令的50% (当调阀达到90 %的开度时，变频器需要达到50 %的指令才 能满足凝结水母管压力的要求），高限模块的功能是，输入高于高限值时输出为逻辑真信 号；大选模块的功能是始终选择较大输入值，图1中作用就是在投入自动的情况下能保证 变频器50%的指令；低限值模块功能是输入低于低限值时输出逻辑真信号，低限值设为 89. 9%，为了进行切换，其值略低于第一高限模块。整个控制过程，除氧器调阀调节范围为 0% -90%，变频调节范围为50% -100%，调阀控制系统与变频控制系统通过互锁与跟踪， 实现整个控制系统的无扰切换与全程自动控制。
[0031] 如图2-3所示，具体工作过程如下：
[0032] (1)升负荷过程，初带负荷时，一般为手动调节，当负荷达到50%的额定负荷时， 变频指令调整为50%，第二高限值模块输出逻辑真信号，此时除氧器调阀控制系统和凝泵 变频控制系统均投入自动，此时由于负荷较低，此时指令远低于90%，所以低限模块输出逻 辑真送入第二控制单元的1号引脚，使凝泵变频控制系统处于跟踪状态，通过第二控制单 元的2号引脚跟踪第二手操器输出值，第二控制单元不受除氧器水位设定值与过程值除氧 器水位影响，从而消除了积分饱和的影响。同时第一高限值模块输出逻辑假信号，与第二高 限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑假信号，并送至第一控制单元的1号 引脚，使第一控制单元处于调节状态，随着负荷的升高，除氧器水位通过除氧器调阀控制进 行调节。
[0033] 随着负荷升高，调阀指令也随着增大，当调阀开到90%指令时，第一高限值模块输 出逻辑真信号，与第二高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑真信号，并 送至第一控制单元的1号引脚，使第一控制单元处于跟踪状态，通过第一控制单元的2号 引脚跟踪第一手操器输出值，第一控制单元不受除氧器水位设定值与过程值除氧器水位影 响，从而消除了积分饱和现象。同时低限值模块输出逻辑假信号送给第二控制单元的1号 引脚，解除第二控制单元的跟踪状态，使处于调节状态，随着负荷的升高，除氧器水位通过 凝泵变频控制系统进行调节，至此完成了从调阀控制系统到凝泵变频控制系统的跟踪无扰 切换。
[0034] (2)降负荷过程，通过升负荷过程使调阀锁定在90%的指令，高负荷时，变频指令 远高于50%，第一高限值模块输出逻辑真信号，与第二高限值模块输出的逻辑真信号通过 逻辑与模块输出逻辑真信号，并送至第一控制单元的1号引脚，使第一控制单元处于跟踪 状态，第一控制单元不受除氧器水位设定值与过程值除氧器水位影响，从而消除了积分饱 和现象；低限值模块输出逻辑假信号送给第二控制单元的1号引脚，使第二控制单元的处 于调节状态，除氧器水位通过凝泵变频控制系统进行调节。随着负荷的降低，变频输出指令 逐渐降低，直至到达第二控制单元略低于50%的指令时，第二高限值模块输出逻辑假信号， 通过逻辑与块输出逻辑假信号送至第一控制单元，解除跟踪状态，使处于调节状态，随着负 荷降低，调阀指令从90%开始减小，此时第二高限值模块输出逻辑假信号，低限模块输出为 逻辑真信号，使第二控制单元处于跟踪状态，同时通过大选模块使变频控制系统始终保持 50%指令的输出，第二控制单元不受除氧器水位设定值与过程值除氧器水位影响，从而消 除了积分饱和现象，至此完成了从凝泵变频控制系统到调阀控制系统的跟踪无扰切换。
[0035] 实施案例：方案已经在某厂的机组投入使用，取得较好的使用效果，现场使用情况 见图4、图5所示，图中①代表调阀指令，②代表调阀反馈，③代表凝升泵的变频指令，④代 表凝升泵转速，⑤代表除氧器水位设定值，⑥代表除氧器实际水位，⑦代表发电机功率。
[0036] 图4中，通过⑦发电机功率可以看出这是一个负荷上升过程，当调阀指令①达到 90 %时，变频指令③能马上投入，调阀指令①锁定在90 %，切换过程没有扰动，⑤除氧器水 位设定值和⑥除氧器实际水位没有波动，水位始终控制平稳，很好地完成了负荷上升过程 中的调阀控制系统与凝泵变频控制系统的跟踪无扰切换。
[0037] 图5中，通过⑦发电机功率可以看出这是一个负荷下降过程，当变频指令③略低 于50%时，调阀指令①能马上投入，变频指令③锁定在50%，切换过程没有扰动，⑤除氧器 水位设定值和⑥除氧器实际水位没有波动，水位始终控制平稳，很好地完成了负荷下降过 程中从凝泵变频控制系统到调阀控制系统的跟踪无扰切换。
【权利要求】
1. 带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，其特征是，包括：用于获取除 氧器水位设定值和过程变量除氧器水位的除氧器调阀控制系统的第一控制单元和凝泵变 频控制系统的第二控制单元； 所述第一控制单元及第二控制单元根据负荷的值确定处于调节状态或者跟踪状态，第 一控制单元继而通过调阀指令控制对应除氧器调阀控制系统的第一手操器调节除氧器水 位，第二控制单元通过变频指令控制对应的凝泵变频控制系统继而通过第二手操器调节除 氧器水位，最终实现调阀控制系统与变频控制系统通过互锁与跟踪，实现整个控制系统的 无扰切换与全程水位自动控制。
2. 如权利要求1所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，其特征 是，所述第一控制单元的第一引脚与逻辑与模块的输出端相连，第一控制单元的第二引脚 与低限值模块相连，所述逻辑与模块的输入端与第一高限值模块及第二高限值模块相连， 第二高限值模块与第二控制单元相连，第一高限值模块与低限值模块相连。
3. 如权利要求1所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，其特征 是，所述第二控制单元的第一引脚与低限值模块相连，第二控制单元的第二引脚跟踪第二 手操器的输出值，第二控制单元还通过设定值与大选模块相连，大选模块选择较大输入值 传送至第二手操器。
4. 如权利要求2所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，其特征 是，所述第一高限值模块的数值设为调阀指令的90%。
5. 如权利要求2所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，其特征 是，所述第二高限值模块数值设为变频指令的50%。
6. 如权利要求3所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统，其特征 是，所述低限值模块功能是输入低于低限值时输出逻辑真信号，低限值设为89. 9%。
7. 如权利要求1所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统的方法，其 特征是，包括以下步骤： (1) 升负荷时，除氧器调阀控制系统及凝泵变频控制系统获取除氧器水位设定值和过 程变量除氧器水位，此时，调阀指令小于第一设定值，变频指令不小于第二设定值，除氧器 调阀控制系统处于调节状态，凝泵变频控制系统处于跟踪状态，当调阀指令达到第一设定 值时，凝泵变频控制系统解除跟踪开始调节，除氧器调阀控制系统进入跟踪状态，完成除氧 器调阀控制系统到凝泵变频控制系统的跟踪无扰切换； (2) 降负荷时，除氧器调阀控制系统及凝泵变频控制系统获取除氧器水位设定值和过 程变量除氧器水位，此时，调阀指令锁定在第一设定值，变频指令大于第二设定值，除氧器 调阀控制系统处于跟踪状态，凝泵变频控制系统处于调节状态，当变频指令低于第二设定 值时，除氧器调阀控制系统解除跟踪开始调节，凝泵变频控制系统进入跟踪状态，完成凝泵 变频控制系统到除氧器调阀控制系统的跟踪无扰切换。
8. 如权利要求7所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统的方法，其 特征是，所述步骤（1)升负荷时的具体过程为：当负荷达到第二设定值的额定负荷时，变频 指令调整为第二设定值，第二高限值模块输出逻辑真信号，低限值模块输出逻辑真送入第 二控制单元的1号引脚，使凝泵变频控制系统处于跟踪状态，第一高限值模块输出逻辑假 信号，与第二高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑假信号，并送至第一 控制单元的1号引脚，使第一控制单元处于调节状态； 随着负荷升高，调阀指令也随着增大，当调阀开到第一设定值指令时，第一高限值模块 输出逻辑真信号，与第二高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑真信号， 并送至第一控制单元的1号引脚，使第一控制单元处于跟踪状态，通过第一控制单元的2号 引脚跟踪第一手操器输出值，同时低限值模块输出逻辑假信号送给第二控制单元的1号引 脚，解除第二控制单元的跟踪状态，使处于调节状态，随着负荷的升高，除氧器水位通过凝 泵变频控制系统进行调节，至此完成了从调阀控制系统到凝泵变频控制系统的跟踪无扰切 换。
9.如权利要求7所述的带跟踪的凝泵变频条件下除氧器水位全程控制系统的方法，其 特征是，所述步骤（2)降负荷时的具体过程为：通过升负荷过程使调阀锁定在第一设定值 的指令，高负荷时，变频指令远高于第二设定值，第一高限值模块输出逻辑真信号，与第二 高限值模块输出的逻辑真信号通过逻辑与模块输出逻辑真信号，并送至第一控制单元的1 号引脚，使第一控制单元处于跟踪状态，低限值模块输出逻辑假信号送给第二控制单元的1 号引脚，使第二控制单元的处于调节状态，除氧器水位通过凝泵变频控制系统进行调节，随 着负荷的降低，变频输出指令逐渐降低，直至到达第二控制单元略低于第二设定值的指令 时，第二高限值模块输出逻辑假信号，通过逻辑与块输出逻辑假信号送至第一控制单元，解 除跟踪状态，使处于调节状态； 随着负荷降低，调阀指令从第一设定值开始减小，此时第二高限值模块输出逻辑假信 号，低限模块输出为逻辑真信号，使第二控制单元处于跟踪状态，同时通过大选模块使变频 控制系统始终保持第二设定值指令的输出，至此完成了从凝泵变频控制系统到调阀控制系 统的跟踪无扰切换。
【文档编号】G05D9/12GK104090589SQ201410261507
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】庞向坤, 孟祥荣, 于庆彬 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院