专利名称：超临界机组汽温观测优化控制方法
技术领域：
本发明涉及火力发电机组汽温控制，具体地说一种超临界机组汽温观测优化控制方法。
背景技术：
超临界机组的汽温控制系统具有非线性、大迟延和扰动因素多等特点，一般调峰机组经常出现汽温剧烈波动，燃料量(即煤量)和风量的变化对主汽温控制系统存在较大的扰动，为保证汽轮机的安全经济运行，在规定负荷下，对过热蒸汽温度提出了较高的要求，即要将其控制在额定值的+5°C -10°C范围内，而目前的主汽温控制系统较难控制在上述温度范围内。在火电机组汽温控制中，部分机组汽温控制系统存在着导前汽温过度灵敏的情况，大多机组汽温控制系统是由于测点位置安装的不好，过于靠近减温水阀，因此在常规的串级控制系统中，引入导前汽温并不能获得理想的控制效果，用单级PID控制出口汽温效果更差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种超临界机组汽温观测优化控制方法，使机组在AGC状态时主汽温度波动幅度大为减少。为此，本发明采用如下的技术方案超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，在出口汽温控制系统中引入一状态观测系统，形成出口汽温观测优化控制系统，该状态观测系统采用数学模型拟合出口汽温的动态过程，通过模拟导前信号和导前观测信号进行控制，同时采用静差消除系统保证出口汽温观测优化控制系统稳态无偏差，最终获得高质量的控制品质；根据超临界机组特性确定出口汽温的数学模型、状态拟合、状态反馈系数和控制反馈系数。本发明考虑到导前汽温波动剧烈，在不引入导前汽温的情况下进行优化设计，在导前汽温过度灵敏的情况下，本发明可以不引入导前汽温，同时控制效果要远好于串级控制系统。进一步，所述出口汽温观测优化控制系统的具体工作过程如下若汽温设定值不变，出口汽温减去出口汽温惰性区动态观测信号获得导前观测信号，同时控制器的输出经惯性环节获得模拟导前信号，它们的偏差送入控制器；然后控制器输出控制信号，经过热系统后最终将出口汽温控制在设定值附近；通过一出口汽温观测系统实时反映过热系统出口汽温惰性区各个环节的动态变化情况，所述的出口汽温观测系统经过静差消除系统后输出所述的出口汽温惰性区动态观测信号。进一步，根据出口汽温的数学模型和状态拟合确定出口汽温观测优化控制系统中的惯性时间，根据出口汽温观测优化控制系统中的阶数确定状态反馈系数和控制反馈系数。进一步，采用特性试验的方法获取所述的数学模型，该数学模型结构为一阶加迟延的形成，如下式所示G =,根据特性试验曲线获得模型中的参数K、T和
τ ο 进一步，用多阶级惯性环节来拟合数学模型，多阶惯性环节的模型结构如下式所进一步，通过现场阶跃扰动试验进行控制器参数调整，当控制器的比例作用过强时会出现出口汽温观测优化控制系统震荡或不稳定的现象，当比例作用过弱时系统响应较慢；当控制器的积分作用过强时系统发散；根据上述的情况将控制器参数整定到合适的值上。进一步，通过调整状态观测系统中静差消除系统参数保证被控信号和设定值稳态
无偏差。本发明具有以下有益效果保证了机组节能运行；机组在AGC状态时主汽温度波动幅度大为减少，加强了机组的稳定性。
图1为本发明出口汽温观测优化控制系统图(图中，A表示出口汽温惰性区动态观测信号，B表示导前观测信号，C表示模拟导前信号)。图2为本发明出口汽温观测优化控制系统的工程SAMA图(图中，A表示控制反馈系统，B表示状态反馈系统，C表示静差消除系统，D表示控制器系统，E表示状态观测系统)。图3为本发明用观测优化控制系统AGC状态下415MT550MW负荷变动时主汽温响应曲线图(通过实际应用；图中，A表示实际负荷，B表示主汽温控制曲线)。图4为用常规方法AGC状态下425MT55(MW负荷变动时主汽温响应曲线图(通过实际应用；图中，A表示实际负荷，B表示主汽温控制曲线)。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。一、出口汽温观测优化控制系统
在火电机组汽温控制中，部分机组汽温控制系统存在着导前汽温过度灵敏的情况，大多是由于测点位置安装的不好，过于靠近减温水阀，因此在常规的串级控制系统中，引入导前汽温并不能获得理想的控制效果，但是用单级PID控制出口汽温效果更差；本发明提出了一种出口汽温观测优化控制系统，可以不引入导前汽温，同时控制效果要远好于串级控制系统。出口汽温观测优化控制系统即将状态观测系统引入出口汽温控制系统中，用数学模型来拟合出口汽温的动态过程，来获得高质量的控制品质。本发明的出口汽温观测优化控制系统结构如图1所示。在图1中，若汽温设定值不变，出口汽温减去出口汽温惰性区动态观测信号获得导前观测信号，同时控制器输出经惯性环节获得模拟导前信号，它们的偏差送入控制器，控制器的输出控制信号，经过热系统后最终将出口汽温控制在设定值附近；出口汽温观测系统能够实时反映过热系统出口汽温惰性区各个环节的动态变化情况，出口汽温观测系统经过静差消除系统后，观测输出信号能够很好的反映实际出口汽温惰性区动态变化情况，有效减弱了系统的惯性延迟时间。在图1中，未引入实际的导前汽温，而是用惯性环节来模拟导前汽温，由于整个观测优化控制系统能够有效减弱汽温惰性区的惯性延迟，因此当出口汽温控制系统中导前汽温因安装位置等现场原因而引起过度灵敏时，能够获得比串级控制系统更好的控制效果。二、工程SAMA图与设计步骤
在工程实际中，需要根据SAMA图进行组态设计，本发明给出了出口汽温观测优化控制系统的工程SAMA图，如图2所示。在图2中，给出了状态观测系统具体的状态观测参数和控制反馈参数的设计结构形式，整个控制系统的设计结构形式和方法。具体设计步骤如下
I)被控对象的模型获取
一般采取特性试验的方法来获取对象的数学模型，因为该系统不要求模型非常精确，因此根据特性试验获得的模型可以满足要求，一般获得的模型结构为一阶加迟延的形式，如式(I)所示
权利要求
1.超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，在出口汽温控制系统中引入一状态观测系统，形成出口汽温观测优化控制系统，该状态观测系统采用数学模型拟合出口汽温的动态过程，通过模拟导前信号和导前观测信号进行控制，同时采用静差消除系统保证出口汽温观测优化控制系统稳态无偏差；根据超临界机组特性确定出口汽温的数学模型、状态拟合、状态反馈系数和控制反馈系数。
2.根据权利要求1所述的超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，所述出口汽温观测优化控制系统的具体工作过程如下若汽温设定值不变，出口汽温减去出口汽温惰性区动态观测信号获得导前观测信号，同时控制器的输出经惯性环节获得模拟导前信号，它们的偏差送入控制器；然后控制器输出控制信号，经过热系统后最终将出口汽温控制在设定值附近；通过一出口汽温观测系统实时反映过热系统出口汽温惰性区各个环节的动态变化情况，所述的出口汽温观测系统经过静差消除系统后输出所述的出口汽温惰性区动态观测信号。
3.根据权利要求1或2所述的超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，根据出口汽温的数学模型和状态拟合确定出口汽温观测优化控制系统中的惯性时间，根据出口汽温观测优化控制系统中的阶数确定状态反馈系数和控制反馈系数。
4.根据权利要求3所述的超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，采用特性试验的方法获取所述的数学模型，该数学模型结构为一阶加迟延的形成，如下式所示
5.根据权利要求4所述的超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，用多阶级惯性环节来拟合数学模型，多阶惯性环节的模型结构如下式所示
6.根据权利要求3所述的超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，通过现场阶跃扰动试验进行控制器参数调整，当控制器的比例作用过强时会出现出口汽温观测优化控制系统震荡或不稳定的现象，当比例作用过弱时系统响应较慢；当控制器的积分作用过强时系统发散；根据上述的情况将控制器参数整定到合适的值上。
7.根据权利要求3所述的超临界机组汽温观测优化控制方法，其特征在于，通过调整状态观测系统中静差消除系统参数保证被控信号和设定值稳态无偏差。
全文摘要
本发明公开了一种超临界机组汽温观测优化控制方法。目前大多机组汽温控制系统由于测点位置过于靠近减温水阀，引入导前汽温并不能获得理想的控制效果，用单级PID控制出口汽温效果更差。本发明采用的技术方案为在出口汽温控制系统中引入一状态观测系统，形成出口汽温观测优化控制系统，该状态观测系统采用数学模型拟合出口汽温的动态过程，通过模拟导前信号和导前观测信号进行控制，同时采用静差消除系统保证出口汽温观测优化控制系统稳态无偏差；根据超临界机组特性确定出口汽温的数学模型、状态拟合、状态反馈系数和控制反馈系数。本发明保证了机组节能运行；机组在AGC状态时主汽温度波动幅度大为减少，加强了机组的稳定性。
文档编号F22G5/20GK103032869SQ20121042794
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者李泉, 陈小强, 尹峰, 张鹏, 罗志浩, 孙耘, 朱北恒, 李煦侃 申请人:浙江省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司