一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及火電機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種消 除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，大型火電機(jī)組的煙氣排放質(zhì)量受到廣泛關(guān)注。在煙氣 脫硝中，較多使用選擇性催化還原(SCR)方法。
[0003] 某火電機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)如圖1所示。噴氨量通過(guò)一個(gè)流量控制閥控制，與稀 釋空氣混合后在爐內(nèi)噴氨格柵上噴射，與爐內(nèi)煙氣充分混合后，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，在催化劑的作 用下發(fā)生選擇性催化反應(yīng)，將煙氣中的N0X轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)夂退魵?，達(dá)到煙氣潔凈目 的。在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中，噴氨自動(dòng)調(diào)節(jié)非常重要。噴氨過(guò)少會(huì)造成NOx排放超標(biāo)，噴氨過(guò) 量則導(dǎo)致運(yùn)行成本浪費(fèi)。因此，如何精準(zhǔn)的控制噴氨量對(duì)機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性均有重要意 義。
[0004] 由于裝置系統(tǒng)龐大、化學(xué)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，噴氨脫硝系統(tǒng)具有大滯后性的特點(diǎn)。圖2為 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的噴氨自動(dòng)控制回路。
[0005] 噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PID控制器的傳遞函數(shù)為C(s)，被控對(duì)象傳遞函數(shù)為P(s)， 被控對(duì)象中不包含純滯后部分的傳遞函數(shù)為P(.v)，被控對(duì)象純滯后部分的傳遞函數(shù)為 e-0%巧句二衣(句6-氣整個(gè)控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為
[0006]
[0007]由此可W看出，系統(tǒng)特征方程中含有純滯后環(huán)節(jié)，它會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，目前工 業(yè)控制方案90%W上采用PID控制，難W克服其滯后特性。因此，有必要設(shè)計(jì)更優(yōu)的自動(dòng)控 制系統(tǒng)嚴(yán)格控制好噴氨量大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方 法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建對(duì)象模型對(duì)單回路PID方案進(jìn)行補(bǔ)償，消除了對(duì)象純滯后 性對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響，且此方案可用常見(jiàn)工業(yè)模塊搭建，易于工程實(shí)現(xiàn)。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0010] -種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法，包括：
[001。 （ 1)PID控制器根據(jù)出口NOx設(shè)定值向被控對(duì)象輸出噴氨量指令，被控對(duì)象根據(jù)接 收到的噴氨量指令進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，得到出口的NOx測(cè)量值；
[0012] (2)PID控制器輸出的噴氨量指令依次經(jīng)過(guò)比例模塊和一階滯后模塊后，產(chǎn)生控制 信號(hào)S1;
[0013] PID控制器輸出的噴氨量指令依次經(jīng)過(guò)比例模塊、一階滯后模塊和純滯后模塊后， 輸出值與出口的NOx測(cè)量值做差后，產(chǎn)生控制信號(hào)S2;
[0014](3)出口NOx設(shè)定值與控制信號(hào)S2做差后，得到第一控制輸入信號(hào)ri;
[001引（4)第一控制輸入信號(hào)ri與控制信號(hào)S1做差后，得到第二控制輸入信號(hào)η;
[0016] (5)PID控制器根據(jù)第二控制輸入信號(hào)η向被控對(duì)象輸出噴氨量指令，被控對(duì)象根 據(jù)接收到的噴氨量指令進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，得到出口的NOx測(cè)量值；
[0017] (6)返回步驟(2)實(shí)現(xiàn)循環(huán)閉環(huán)控制。
[0018]所述比例模塊的函數(shù)表達(dá)式具體為K，一階滯后模塊的函數(shù)表達(dá)式具體為 1 +巧度 純滯后模塊的函數(shù)表達(dá)式具體為。
[0019] -種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法的系統(tǒng)，包括:第一加法器、第二 加法器、PID控制器、被控對(duì)象、第Ξ加法器W及對(duì)象模型；
[0020] 所述第一加法器、第二加法器、PID控制器和被控對(duì)象依次串聯(lián)連接，被控對(duì)象的 輸出端與第Ξ加法器的第一輸入端連接;所述對(duì)象模型的一端連接在PID控制器和被控對(duì) 象之間，另一端與第Ξ加法器的第二輸入端連接;所述第Ξ加法器的輸出端與第一加法器 連接；
[0021] 所述對(duì)象模型包括:依次串聯(lián)連接的比例模塊、一階滯后模塊和純滯后模塊;所述 一階滯后模塊的輸出端連接至第二加法器。
[0022] 所述第一加法器的輸入值分別為出口NOx設(shè)定值和第Ξ加法器的輸出值。
[0023]所述PID控制器的輸出為噴氨量指令，作用于被控對(duì)象，被控對(duì)象進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 后，生成出口的NOx。
[0024]本發(fā)明的有益效果：
[0025](1)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，純滯后環(huán)節(jié)在閉環(huán)回路外，運(yùn)樣就消除了純滯后環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定 性的影響。
[0026](2)保留了原有的PID控制器，本控制方法僅消除了大滯后性對(duì)原有控制方案穩(wěn)定 性的影響，不影響其原有控制性能，可W通過(guò)調(diào)整PID控制器參數(shù)獲得滿意的調(diào)節(jié)指標(biāo)。
[0027](3)易于工程實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建對(duì)象模型的Ξ個(gè)模塊:比例作用K、一階滯后模塊Lag、和純 滯后模塊Delay在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分散控制系統(tǒng)中均能夠得到產(chǎn)品化的模塊，可直接調(diào)用搭建。
【附圖說(shuō)明】
[002引圖1是火電機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是傳統(tǒng)的噴氨自動(dòng)控制原理圖；
[0030]圖3是本發(fā)明的消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0032] -種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法，它的步驟為：
[0033](l)PID控制器根據(jù)出口NOx設(shè)定值向被控對(duì)象輸出噴氨量指令，被控對(duì)象根據(jù)接 收到的噴氨量指令進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，得到出口的NOx測(cè)量值；
[0034](2)PID控制器輸出的噴氨量指令依次經(jīng)過(guò)比例模塊和一階滯后模塊后，產(chǎn)生控制 信號(hào)SI;
[0035] PID控制器輸出的噴氨量指令依次經(jīng)過(guò)比例模塊、一階滯后模塊和純滯后模塊后， 輸出值與出口的NOx測(cè)量值做差后，產(chǎn)生控制信號(hào)S2;
[0036] (3)出口NOx設(shè)定值與控制信號(hào)S2做差后，得到第一控制輸入信號(hào)ri;
[0037] (4)第一控制輸入信號(hào)ri與控制信號(hào)S1做差后，得到第二控制輸入信號(hào)η;送入PID 控制器進(jìn)行運(yùn)算；
[0038] (5)PID控制器根據(jù)第二控制輸入信號(hào)η向被控對(duì)象輸出噴氨量指令，被控對(duì)象根 據(jù)接收到的噴氨量指令進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，得到出口的NOx測(cè)量值；
[0039] (6)返回步驟(2)實(shí)現(xiàn)循環(huán)閉環(huán)控制。
[0040]構(gòu)建對(duì)象模型，由Ξ個(gè)模塊組成：比例作用K，一階滯后模塊Lag,和純滯后模塊 Delay。對(duì)象模型主要設(shè)及Ξ個(gè)參數(shù)：比例系數(shù)K，一階滯后時(shí)間常數(shù)Ti，和純滯后時(shí)間常數(shù) T2;運(yùn)Ξ個(gè)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特性有關(guān)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
[0041] -種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括:第一加法器、第二加法 器、PID控制器、被控對(duì)象、第Ξ加法器W及對(duì)象模型；
[0042]第一加法器、第二加法器、PID控制器和被控對(duì)象依次串聯(lián)連接，被控對(duì)象的輸出 端與第Ξ加法器的第一輸入端連接;所述對(duì)象模型的一端連接在PID控制器和被控對(duì)象之 間，另一端與第Ξ加法器的第二輸入端連接;所述第Ξ加法器的輸出端與第一加法器連接；
[0043]對(duì)象模型包括:依次串聯(lián)連接的比例模塊、一階滯后模塊和純滯后模塊;所述一階 滯后模塊的輸出端連接至第二加法器。
[0044]第一加法器的輸入值分別為出口NOx設(shè)定值和第Ξ加法器的輸出值。PID控制器的 輸出為噴氨量指令，作用于被控對(duì)象，被控對(duì)象進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，生成出口的NOx。
[0045]該噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為
[0046]
[0047]由上式可W看出，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，純滯后環(huán)節(jié)在閉環(huán)回路外，運(yùn)樣就消除了純滯后環(huán) 節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。拉氏變換的位移定理說(shuō)明僅僅將控制作用在時(shí)間座標(biāo)上推移 了一個(gè)時(shí)間Θ，而控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其它性能指標(biāo)都與對(duì)象特性為兩Λ)時(shí)完全相同。 [004引上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法，其特征是，包括： (1) PID控制器根據(jù)出口 NOx設(shè)定值向被控對(duì)象輸出噴氨量指令，被控對(duì)象根據(jù)接收到的 噴氨量指令進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，得到出口的NOx測(cè)量值； (2) PID控制器輸出的噴氨量指令依次經(jīng)過(guò)比例模塊和一階滯后模塊后，產(chǎn)生控制信號(hào) si； PID控制器輸出的噴氨量指令依次經(jīng)過(guò)比例模塊、一階滯后模塊和純滯后模塊后，輸出 值與出口的NOx測(cè)量值做差后，產(chǎn)生控制信號(hào)S2; (3) 出口 NOx設(shè)定值與控制信號(hào)s2做差后，得到第一控制輸入信號(hào)η; (4) 第一控制輸入信號(hào)ri與控制信號(hào)S1做差后，得到第二控制輸入信號(hào)r2; (5) PID控制器根據(jù)第二控制輸入信號(hào)^向被控對(duì)象輸出噴氨量指令，被控對(duì)象根據(jù)接 收到的噴氨量指令進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，得到出口的NOx測(cè)量值； (6) 返回步驟(2)實(shí)現(xiàn)循環(huán)閉環(huán)控制。2. 如權(quán)利要求1所述的一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法，其特征是，所 述比例模塊的函數(shù)表達(dá)式具體為K，一階滯后模塊的函數(shù)表達(dá)式具體為，純滯后模塊 的函數(shù)表達(dá)式具體為。3. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法的系統(tǒng)，其特 征是，包括:第一加法器、第二加法器、PID控制器、被控對(duì)象、第三加法器以及對(duì)象模型； 所述第一加法器、第二加法器、PID控制器和被控對(duì)象依次串聯(lián)連接，被控對(duì)象的輸出 端與第三加法器的第一輸入端連接;所述對(duì)象模型的一端連接在PID控制器和被控對(duì)象之 間，另一端與第三加法器的第二輸入端連接;所述第三加法器的輸出端與第一加法器連接； 所述對(duì)象模型包括:依次串聯(lián)連接的比例模塊、一階滯后模塊和純滯后模塊;所述一階 滯后模塊的輸出端連接至第二加法器。4. 如權(quán)利要求1所述的一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是，所 述第一加法器的輸入值分別為出口 NOx設(shè)定值和第三加法器的輸出值。5. 如權(quán)利要求1所述的一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是，所 述PID控制器的輸出為噴氨量指令，作用于被控對(duì)象，被控對(duì)象進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，生成出口 的 NOx。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種消除大滯后性的火電機(jī)組噴氨自動(dòng)控制方法及系統(tǒng)，包括：第一加法器、第二加法器、PID控制器和被控對(duì)象依次串聯(lián)連接，被控對(duì)象的輸出端與第三加法器的第一輸入端連接；所述對(duì)象模型的一端連接在PID控制器和被控對(duì)象之間，另一端與第三加法器的第二輸入端連接；所述第三加法器的輸出端與第一加法器連接；本發(fā)明有益效果：保留了原有的PID控制器，本控制方法僅消除了大滯后性對(duì)原有控制方案穩(wěn)定性的影響，不影響其原有控制性能，可以通過(guò)調(diào)整PID控制器參數(shù)獲得滿意的調(diào)節(jié)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，純滯后環(huán)節(jié)在閉環(huán)回路外，這樣就消除了純滯后環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
【IPC分類】G05B13/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105446137
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510938812
【發(fā)明人】高嵩, 林波, 李軍, 李克雷, 韓英昆, 于慶彬, 龐向坤, 姚常青, 周長(zhǎng)來(lái), 孟祥榮, 李昌衛(wèi)
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院, 山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日