專利名稱：用于除氧器水位控制的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于除氧器水位控制的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
除氧器在電廠熱力系統(tǒng)中承擔(dān)除氧任務(wù)，以防止設(shè)備腐蝕，同時，它又是回?zé)嵯到y(tǒng)中的混合式加熱器之一，并作為凝結(jié)水泵和給水泵之間的緩沖和貯水裝置。圖I是用PID控制除氧器水位的發(fā)電機(jī)組中的熱力系統(tǒng)。如圖I所示，穩(wěn)壓水箱104中的化學(xué)補(bǔ)充水經(jīng)過化學(xué)補(bǔ)充水調(diào)節(jié)閥107進(jìn)入凝汽器102，再經(jīng)過凝結(jié)水泵103進(jìn)入凝結(jié)水母管108，經(jīng)過軸封加熱器111、低壓加熱器109和蒸汽加熱器110后，經(jīng)過除氧器調(diào)節(jié)閥105進(jìn)入除氧器 101，如果凝結(jié)水母管108壓力過高，一部分凝結(jié)水經(jīng)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥106進(jìn)入凝汽器102?，F(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)中，以除氧器101的水位為被調(diào)量，需要調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵103出口至除氧器101的凝結(jié)水母管108上的除氧器調(diào)節(jié)閥105的閥位來改變凝結(jié)水的流量，凝汽器102水位的控制通過調(diào)節(jié)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥106和化學(xué)補(bǔ)充水調(diào)節(jié)閥107來實現(xiàn)。現(xiàn)有控制系統(tǒng)采用的是PID控制器，實際運(yùn)行中的可控性差，特別是不能滿足變負(fù)荷工況的要求。除氧器水位屬于無自平衡熱工對象，具有大滯后、大慣性的特點(diǎn)，實際操作中，對除氧器水位的控制所需時間長達(dá)五分鐘以上，而且，實際運(yùn)行中可能有多臺機(jī)組共用除氧器的情況，常規(guī)PID控制方案難以滿足控制要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，通過對除氧器水位、凝結(jié)水母管壓力建立物理模型，搭建內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)，并根據(jù)凝汽器無水運(yùn)行要求，提供了一種對于穩(wěn)態(tài)過程和動態(tài)過程都可以明顯提高除氧器的水位的調(diào)節(jié)品質(zhì)的控制系統(tǒng)和方法。一種用于除氧器水位控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水位采集模塊和內(nèi)?？刂破?，其中，所述水位采集模塊用于采集所述除氧器的當(dāng)前水位，并將采集到的當(dāng)前水位傳送給所述內(nèi)?？刂破鳎灰约八鰞?nèi)?？刂破饔糜诟鶕?jù)所述除氧器的設(shè)定水位和所述除氧器的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位。一種用于除氧器水位控制的方法，該方法包括采集所述除氧器的當(dāng)前水位，并將采集到的當(dāng)前水位傳送給所述內(nèi)?？刂破鳎灰约八鰞?nèi)?？刂破鞲鶕?jù)所述除氧器的設(shè)定水位和除氧器的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位。由于本發(fā)明采用了在設(shè)定值跟蹤性和擾動抑制性方面具有良好性能的內(nèi)?？刂破?，所以本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠?qū)崿F(xiàn)對除氧器水位設(shè)定值的良好跟蹤并抑制擾動，能夠縮短水位上升/下降時間和穩(wěn)定時間。


圖I是用PID控制除氧器水位的發(fā)電機(jī)組中的熱力系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用內(nèi)?？刂破骺刂瞥跗魉坏陌l(fā)電機(jī)組中的熱力系統(tǒng)；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于除氧器水位控制的系統(tǒng)的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)?？刂破鞯脑韴D；圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于除氧器水位控制的方法的流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)?？刂齐A躍仿真試驗的曲線圖；圖7是穩(wěn)態(tài)時對除氧器水位進(jìn)行手動控制時的曲線圖；圖8是穩(wěn)態(tài)時根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)模控制器的控制效果圖；圖9是定值擾動時根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)?？刂破鞯目刂菩Ч麍D；
圖10是增負(fù)荷擾動時根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)?？刂破鞯目刂菩Ч麍D；圖11是減負(fù)荷擾動時根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)?？刂破鞯目刂菩Ч麍D。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的用于除氧器水位控制的系統(tǒng)和方法。如圖2所示，凝汽器102 —般采用低水位運(yùn)行，并且凝結(jié)水泵103具有自調(diào)節(jié)功能，即當(dāng)凝汽器102達(dá)到一定水位時，凝結(jié)水泵103自動工作改變其出口流量，保持凝汽器102的低水位運(yùn)行。為了保證凝結(jié)水泵103運(yùn)行的安全性，應(yīng)維持凝結(jié)水泵103出口壓力在一定范圍內(nèi)變化，主要是通過除氧器調(diào)節(jié)閥105和再循環(huán)調(diào)節(jié)閥106來實現(xiàn)。考慮到凝汽器102水容積小對凝汽器102的水位安全性能要求高的情況，可以在凝結(jié)水泵103的出口增加一個壓力調(diào)節(jié)器，根據(jù)接收到的凝結(jié)水泵103出口的壓力信號來調(diào)節(jié)除氧器調(diào)節(jié)閥105的閥位，達(dá)到維持凝結(jié)水泵103出口壓力穩(wěn)定的目的。中小型發(fā)電廠凝結(jié)水泵運(yùn)行實踐證明，采用汽蝕調(diào)節(jié)運(yùn)行的凝結(jié)水泵，其過流部件損壞并不嚴(yán)重，卻可使凝結(jié)水泵自動調(diào)節(jié)流量，提高凝結(jié)水泵調(diào)節(jié)效率，降低耗電量(可降低30% 40%)。實施凝結(jié)水泵汽蝕調(diào)節(jié)方式的具體方法是開啟凝結(jié)水泵103出口至除氧器101之間的所有閥門，使凝結(jié)水母管108處于不節(jié)流狀態(tài)；凝結(jié)水泵103的出水量由凝汽器102水位高低自行調(diào)節(jié)，機(jī)組負(fù)荷升高時，凝汽器102水位升高，凝結(jié)水泵103出力增大，負(fù)荷降低時，凝汽器102水位降低，凝結(jié)水泵103出力減小。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的用于除氧器水位控制的系統(tǒng)包括水位采集模塊301和內(nèi)?？刂破?02，其中，所述水位采集模塊301用于采集除氧器101的當(dāng)前水位，并將采集到的當(dāng)前水位傳送給所述內(nèi)?？刂破?02 ;所述內(nèi)?？刂破?02用于根據(jù)所述除氧器101的設(shè)定水位和除氧器101的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)除氧器調(diào)節(jié)閥105的閥位，以改變凝結(jié)水的流量，從而實現(xiàn)對除氧器水位的控制。下面結(jié)合圖4來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)?？刂破?02的原理。如圖4所示，內(nèi)?？刂破?02包括濾波器模塊401、內(nèi)模控制模塊402和內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊404，其中，內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊404構(gòu)建了內(nèi)部模型傳遞函數(shù)，即除氧器101的水位隨著除氧器調(diào)節(jié)閥105的閥位的變化模型。為了便于說明內(nèi)?？刂破?02的仿真操作，圖4中示出了受控對象模塊403，本發(fā)明中受控對象指的是除氧器101的水位，其中除氧器101的水位會隨著除氧器調(diào)節(jié)閥105的閥位的變化而變化。圖4中，r表示除氧器101的設(shè)定水位，y表示除氧器101的當(dāng)前水位，d表示外部擾動，Gm(S)是受控對象的名義數(shù)學(xué)模型，即控制系統(tǒng)的內(nèi)部模型傳遞函數(shù)，Gjs)代表內(nèi)?？刂苽鬟f函數(shù)，Gp(S)代表受控對象傳遞函數(shù)，F(xiàn)(s)代表濾波器傳遞函數(shù)。
內(nèi)?？刂破?02的工作原理是將除氧器101的當(dāng)前水位y與所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊404輸出的估計水位y'作差，得到第一偏差水位Ayl ;將所述設(shè)定水位r與所述第一偏差水位A yl作差，得到第二偏差水位A y2 ;將所述第二偏差水位A y2依次經(jīng)所述濾波器模塊401和所述內(nèi)模控制模塊402調(diào)整后輸出所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位u ;將所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位u輸入所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊404。在計算機(jī)仿真時，將所述內(nèi)?？刂颇K402的輸出經(jīng)所述受控對象模塊403調(diào)整后與外部擾動d之和作為除氧器的當(dāng)前水位y，在生產(chǎn)過程當(dāng)中，所述除氧器的當(dāng)前水位I由所述水位采集模塊301采集得到。對于內(nèi)?？刂破?，只要將內(nèi)?？刂苽鬟f函數(shù)構(gòu)建為內(nèi)部模型傳遞函數(shù)的逆，則內(nèi)模控制可獲得理想的跟蹤特性和抗擾特性。即Ge(S) =Gffl^(S)0但是理想的內(nèi)模控制器特性常難以獲得，其原因在于I)若對象含有時滯特性，則Ge(S) = G;1 (S)中含有純超前項，這在物理上是難以實現(xiàn)的。 2)若對象模型含有右半平面零點(diǎn)，則內(nèi)?？刂破鱃e(S)中就有右半平面極點(diǎn)，這樣，內(nèi)?？刂破鞅旧聿环€(wěn)定，因而閉環(huán)系統(tǒng)也不穩(wěn)定。3)若對象模型Gm(S)嚴(yán)格有理，則理想控制器Ge(S) = Gn^1(S)非有理，內(nèi)模控制器Gc(s)中出現(xiàn)微分器，這樣內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)對于過程測量信號中的噪聲極為敏感，因而不切實際。4)采用理想內(nèi)?？刂破鳂?gòu)成的系統(tǒng)，對于模型誤差極為敏感，若Ge(S)幸GnT1(S)，則無法確保閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。鑒于上述問題，首先設(shè)計一個穩(wěn)定的理想控制器，而不考慮系統(tǒng)的魯棒性和約束。其次引入濾波器，通過濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)來獲得期望的動態(tài)品質(zhì)和魯棒性。一、控制策略的設(shè)計(a)構(gòu)建內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊404，即構(gòu)建內(nèi)部模型傳遞函數(shù)。將內(nèi)部模型傳遞函數(shù)Gm(S)分為兩部分Gm(s) =Gm+(S) Gm_ (s)此處Gm+(S)包含了所有時滯和右半平面零點(diǎn)，Gm_(s)是具有最小相位特征的傳遞函數(shù)，即Gm_(s)穩(wěn)定且不包含預(yù)測項。內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊404根據(jù)除氧器調(diào)節(jié)閥105的閥位與相應(yīng)的除氧器101的水位的對應(yīng)關(guān)系，采用加純滯后傳遞函數(shù)模型獲得。本發(fā)明選取加純滯后傳遞函數(shù)模型，選取內(nèi)部模型傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種用于除氧器水位控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水位采集模塊和內(nèi)?？刂破鳎渲? 所述水位采集模塊用于采集所述除氧器的當(dāng)前水位，并將采集到的當(dāng)前水位傳送給所述內(nèi)模控制器；以及 所述內(nèi)模控制器用于根據(jù)所述除氧器的設(shè)定水位和所述除氧器的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)模控制器包括濾波器模塊、內(nèi)?？刂颇K和內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊，其中， 將所述當(dāng)前水位與所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊輸出的估計水位作差，得到第一偏差水位； 將所述設(shè)定水位與所述第一偏差水位作差，得到第二偏差水位； 將所述第二偏差水位依次經(jīng)所述濾波器模塊和所述內(nèi)?？刂颇K調(diào)整后輸出所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位； 將所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位輸入所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊所采用的內(nèi)部模型傳遞函數(shù)根據(jù)所述閥位與相應(yīng)的除氧器水位的對應(yīng)關(guān)系，采用加純滯后傳遞函數(shù)模型獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)的加純滯后傳遞函數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)?？刂颇K的傳遞函數(shù)為GJs)=S(l+S)/k，其中，S代表復(fù)數(shù)變量，k代表穩(wěn)態(tài)增益系數(shù)。
6.一種用于除氧器水位控制的方法，該方法包括 采集所述除氧器的當(dāng)前水位，并將采集到的當(dāng)前水位傳送給所述內(nèi)?？刂破?；以及所述內(nèi)?？刂破鞲鶕?jù)所述除氧器的設(shè)定水位和所述除氧器的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述內(nèi)?？刂破靼V波器模塊、內(nèi)?？刂颇K內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊，并且所述內(nèi)?？刂破鞲鶕?jù)所述除氧器的設(shè)定水位和所述除氧器的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位的步驟包括 將所述當(dāng)前水位與所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊輸出的估計水位作差，得到第一偏差水位； 將所述設(shè)定水位與所述第一偏差水位作差，得到第二偏差水位； 將所述第二偏差水位依次經(jīng)所述濾波器模塊和所述內(nèi)?？刂颇K調(diào)整后輸出所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位； 將所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位輸入所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)模塊所采用的內(nèi)部模型傳遞函數(shù)根據(jù)所述閥位與相應(yīng)的除氧器水位的對應(yīng)關(guān)系，采用加純滯后傳遞函數(shù)模型獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述內(nèi)部模型傳遞函數(shù)的加純滯后傳遞函數(shù)為
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述內(nèi)?？刂颇K的傳遞函數(shù)為GJs)=S(l+S)/k，其中，S代表復(fù)數(shù)變量，k代表穩(wěn)態(tài)增益系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于除氧器水位控制的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括水位采集模塊和內(nèi)?？刂破?，其中，所述水位采集模塊用于采集所述除氧器的當(dāng)前水位，并將采集到的當(dāng)前水位傳送給所述內(nèi)模控制器；以及所述內(nèi)?？刂破饔糜诟鶕?jù)所述除氧器的設(shè)定水位和所述除氧器的當(dāng)前水位來調(diào)節(jié)所述除氧器調(diào)節(jié)閥的閥位，以改變凝結(jié)水的流量，從而實現(xiàn)對除氧器水位的控制。所述系統(tǒng)/方法對于穩(wěn)態(tài)過程和動態(tài)過程都可以明顯提高發(fā)電機(jī)組中除氧器水位的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
文檔編號G05D9/12GK102736640SQ20121024661
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者孫曉峰, 張允超, 王傳棟, 王友東, 王瑞山 申請人:中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責(zé)任公司, 國華徐州發(fā)電有限公司