阅读说明：本技术 基于热值计算的减温水控制方法、系统、设备及可读存储介质 (Desuperheating water control method, system and equipment based on heat value calculation and readable storage medium ) 是由 袁红蕾 邬峰 刘新龙 樊涛 阎欣军 王伟 刘沙河 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种基于热值计算的减温水精细控制方法、系统、设备及可读存储介质,在对减温水流量进行控制的过程中,当减温水流量实际流量较低,流量测量装置精度无法满足控制要求时,对当前工况下减温水系统内各流体的焓值进行计算,并通过热量守恒的原理计算出减温水的理论需求量当减温水流量足够高,流量测量装置精度满足控制要求时,采用串级PID控制系统来控制减温器后蒸汽温度；减温水流量控制不再是采用单一变量的简单控制回路,是基于换热过程热量守恒及串级控制策略,应用于电厂旁路系统喷水减温控制、抽汽供热机组对外供汽减温器的喷水减温控制,保证了整个系统的安全稳定运行,确保工艺系统不因蒸汽温度的不合格导致非停。(In the process of controlling the flow rate of the desuperheating water, when the actual flow rate of the desuperheating water is low and the precision of a flow measuring device cannot meet the control requirement, the enthalpy value of each fluid in the desuperheating water system under the current working condition is calculated, the theoretical demand of the desuperheating water is calculated according to the heat conservation principle, and when the flow rate of the desuperheating water is high enough and the precision of the flow measuring device meets the control requirement, a cascade PID control system is adopted to control the steam temperature behind a desuperheater; the control of the desuperheating water flow is not a simple control loop adopting a single variable any more, is based on heat conservation and cascade control strategies in the heat exchange process, is applied to the water spraying desuperheating control of a power plant bypass system and the water spraying desuperheating control of an external steam supply desuperheater of a steam extraction heat supply unit, ensures the safe and stable operation of the whole system, and ensures that a process system does not stop due to unqualified steam temperature.)

基于热值计算的减温水控制方法、系统、设备及可读存储介质

技术领域

本发明属于汽轮机发电技术领域，涉及一种基于热值计算的减温水精细控制方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术

目前能源、化工行业大部分蒸汽温度控制系统均采用喷水减温的控制方式，从控制策略角度讲往往采用单回路PID控制方案，即通过蒸汽温度的实际测量值对减温水阀门开度进行正反馈调节，如图7所示。

这种控制方式思路明确，策略清晰，但是在实际工程应用中，系统需要在喷水减温装置后设置温度测点，测点位置设置距离喷水减温装置较近，减温水调节阀响应速度快，但温度测量值易受到减温水流量波动的干扰，不一定能真正反应蒸汽温度，不利于控制系统稳定；测点位置设置距离喷水减温装置较远，则控制对象延迟较大，蒸汽温度控制难度加大；另外温度控制对象往往具有非线性的特性，进一步导致实际控制效果欠佳。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于热值计算的减温水精细控制方法、系统、设备及可读存储介质，所述方法考虑在实际使用过程中，减温水流量测量装置在低流量工况下往往难以保证精度的问题，对减温水调节阀实行分段控制。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种基于热值计算的减温水精细控制方法，包括以下步骤：

S1、分别获取减温器前、后蒸汽以及减温水的压力及温度测量值，并计算出减温器前蒸汽焓值、减温器后蒸汽焓值以及减温水焓值；

S2、根据减温器前蒸汽焓值、减温器后蒸汽焓值以及减温水焓值，确定当前蒸汽流量下所需要的减温水流量；

S3、根据S2所得当前减温水流量与设定值的关系，采取前馈加反馈的控制策略或串级PID控制策略控制减温水流量；

若减温水流量低于设定值，则采取前馈+反馈的控制策略对减温水流量进行控制；

若减温水流量高于设定值，则采取串级PID控制策略对减温水流量进行控制。

在步骤S1中将系统中减温器前和减温器后蒸汽和减温水的压力及温度信号进行滤波处理，然后将滤波后的温度压力信号通过对应介质的物性表转化为减温器前、后蒸汽以及减温水的焓值信号。

步骤S2中得到当前蒸汽流量下所需要的减温水流量的具体方法如下：

步骤S21，减温器前蒸汽焓值减去减温器后蒸汽焓值，得到蒸汽经过减温器后的焓值减少量；

步骤S22，减温器后蒸汽焓值减去减温水焓值，得到减温水经过减温器后的焓值增加量；

步骤S23，蒸汽焓值减少量与减温水焓值增加量的比值为减温水流量系数；

步骤S24，减温水流量系数乘以蒸汽流量值，得到所需减温水流量。

步骤S3中通过前馈-反馈的控制策略对减温水流量进行控制的方法如下：

步骤S311，根据当前工况所需减温水流量及减温器前后压力，通过减温水阀门特性计算公式得到减温水阀门前馈开度指令；

步骤S312，蒸汽温度设定值和反馈值通过PID计算得到减温水阀门开度指令；

步骤S313，减温水阀门前馈开度指令与减温水阀门开度指令叠加后得到前馈-反馈工况下减温水阀门实际开度指令。

步骤S3中通过串级PID控制对减温水流量进行控制的方法如下：

步骤S321，串级外回路为温度控制回路，设定值为蒸汽温度需求值，反馈值为实际蒸汽温度；

步骤S322，串级内回路为流量控制回路，设定值为外回路输出值与当前工况所需减温水流量之和，反馈值为实际测量得到的减温水流量。

一种基于热值计算的减温水控制方法的系统，包括过程量焓值计算模块、减温水流量需求计算模块、减温水温度前馈-反馈控制模块、减温水温度串级控制模块；

过程量焓值计算模块：采集减温器前、减温器后蒸汽及减温水的压力和温度信号后，对其进行信号处理，并根据对应流体的物性参数表查询到减压器前、后蒸汽焓值以及减温水焓值；

减温水流量需求计算模块：根据减温器前、减温器后蒸汽焓值以及减温水焓值，确定当前工况下减温水的理论需求量，发送给减温水温度前馈-反馈控制模块及串级控制模块；

减温水温度前馈-反馈控制模块：采用前馈-反馈控制策略，前馈值为当前工况理论阀门开度，并根据温度信号对理论阀门开度进行修正，消除温度控制偏差，根据当前工况下减温水理论需求量，以及减温水阀门前后压力，根据阀门特性曲线，获得当前工况理论阀门开度；

减温水温度串级控制模块：采用串级控制策略，内回路为流量控制回路，加快系统流量相应速度，外回路为温度控制回路，消除温度控制偏差；外回路设定值和反馈值分别为当前蒸汽温度设定值及实际测量值；内回路设定值为外回路输出与减温水流量需求值之和，反馈值为减温水流量实际测量值。

减温水流量需求计算模块包括第一减法运算单元、第二减法运算单元、除法运算单元以及乘法运算单元；

减温器前蒸汽焓值和减温器后蒸汽焓值分别作为第一减法单元的正端和负端输入；减温器后蒸汽焓值和减温水焓值分别作为第二减法单元的正端和负端输入；

第一减法单元的输出为蒸汽经过减温器后的焓值减少量，第二减法单元的输出为减温水经过减温器后的焓值增加量；

第一减法单元的输出作为除法运算单元的被除数，第二减法单元的输出作为除法运算单元的除数，除法单元的输出为减温水流量系数；

减温水流量系数和减温器前蒸汽流量作为乘法单元的输入，乘法单元的输出为减温水流量需求值。

减温水温度前馈-反馈控制模块包括第三折算函数计算单元、PID控制单元以及求和运算单元；

减温水流量需求值、减温器前蒸汽压力以及减温器后蒸汽压力作为第三折算函数计算单元的输入；

第三折算函数为减温水阀门特性计算公式；

第三折算函数的输出为减温水阀门在当前工况下，达到当前流量所需要的理论开度值，也即减温水调节阀前馈值；

减温器温度设定值和减温器后蒸汽温度分别为PID控制单元的设定值输入和反馈值输入

PID控制单元输出为减温水调节阀校正值；减温水调节阀前馈值和校正值经求和模块运算后得到低流量工况时减温水调节阀的实际阀位指令；

减温水温度串级控制模块包括第一PID控制单元、求和运算单元、第二PID控制单元；

减温器温度设定值和减温器后蒸汽温度分别为第一PID控制单元的设定值输入和反馈值输入；

第一PID控制单元的输出为减温水流量校正值，其作用为最终使蒸汽温度稳定在设定值，消除稳态偏差；

减温水流量校正值和减温水流量需求值作为求和运算单元的输入，模块输出为减温水流量设定值；

第二PID控制单元的设定值输入为减温水流量设定值及减温水流量测量值；

第二PID控制单元的输出为高流量工况时减温水调节阀的实际阀位指令。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述基于热值计算的减温水控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述基于热值计算的减温水控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于热值计算的减温水精细控制方法，通过分步动作的形式实现整个扇区内百叶窗的动作，在机组运行工况的变化过程中，百叶窗执行机构由常规的同时动作改进为依次动作，降低了百叶窗执行机构动作的同时率，间接降低了扇区执行机构供电回路的造价；同时，由于在同一时间内仅有单个百叶窗处于动作状态，因此对于任一百叶窗，其在调节过程中的动作幅度都远大于常规控制方式，因此，充分发挥了百叶窗执行机构的调节功能，减小了执行机构死区对调节的影响，增强了调节品质。

附图说明

图1为本发明实施例中控制方法的应用场合及过程量测量要求。

图2为本发明实施例提供的减温水流量控制方法整体结构图。

图3a为控制方法中过程量减温器前蒸汽焓值计算方法示意图。

图3b为控制方法中过程量减温器后蒸汽焓值计算方法示意图。

图3c为控制方法中过程量减温水焓值计算方法示意图。

图4为控制方法中减温水流量需求值计算方法示意图。

图5为控制方法中的低流量时前馈-反馈控制结构图。

图6为控制方法中的高流量时串级控制结构图。

图7为常规减温水流量控制方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1，一种基于热值计算的减温水精细控制方法，应用于以下场合：

一路减温水通过减温装置对蒸汽进行减温，减温水管路上沿介质流向设置减温水隔离阀以及减温水调节阀。

应对系统内各个流体的温度、压力等变量进行检测。

具体的，减温水管路上应对减温水压力、温度、流量进行检测；

减温器前、后蒸汽管路应对其压力和温度进行检测。

作为一个实施例，参阅图2，一种基于热值计算的减温水精细控制方法，包括以下步骤：

S1、获取系统内过程变量：获取减温器前、后蒸汽及减温水温度、压力信号，并通过过程量焓值计算模块转化为相应的焓值。

S2、将系统内各工质的焓值及蒸汽流量测量值通过减温水流量需求计算模块，转化为当前工况下的减温水流量需求值。

S3、将减温水流量需求值、减温器前后压力以及蒸汽温度设定值和反馈值输入前馈-反馈控制模块后，计算出低流量时阀位指令。

S4、将减温水流量需求值、蒸汽流量测量值以及蒸汽温度设定值和反馈值输入串级控制模块后，计算出高流量时阀位指令。

S5、低流量时阀位指令和高流量时阀位指令输入切换模块，根据减温水流量低信号进行切换。

具体的，将减温水流量测量值与定值进行比较判断，当减温水流量测量值低于定值时，比较模块输出数字量1，否则输出数字量0，比较模块的输出为流量低信号。

定值为减温水流量测量装置能够对减温水流量进行准确测量的流量值低限，该定值通过由流量测量装置生产设计过程通过试验或仿真获得，由流量测量装置厂家提供。

S6、切换模块的两路切换输入为低流量时阀位指令和高流量时阀位指令，当流量低信号为1时，切换模块输出为低流量时阀位指令，否则输出高流量时阀位指令。

参阅图3a、3b以及3c，获取减温器前、后蒸汽及减温水温度、压力信号后，首先对其进行滤波处理，将减温器前、后蒸汽温度、压力信号通过第一折算函数转化为减温器前、后蒸汽焓值；将减温水压力、温度通过第二折算函数转化为减温水焓值。

第一折算函数为蒸汽焓值曲线，通过蒸汽物性参数表获得。

第二折算函数为水焓值曲线，通过水物性参数表获得。

参阅图4，减温水流量需求值计算模块包括第一减法运算单元、第二减法运算单元、除法运算单元以及乘法运算单元。

减温器前蒸汽焓值和减温器后蒸汽焓值分别作为第一减法单元的正端和负端输入；减温器后蒸汽焓值和减温水焓值分别作为第二减法单元的正端和负端输入。

第一减法单元的输出为蒸汽经过减温器后的焓值减少量，第二减法单元的输出为减温水经过减温器后的焓值增加量。

第一减法单元的输出作为除法运算单元的被除数，第二减法单元的输出作为除法运算单元的除数，除法单元的输出为减温水流量系数。

减温水流量系数和减温器前蒸汽流量作为乘法单元的输入，乘法单元的输出为减温水流量需求值。

参阅图5，减温水温度前馈-反馈控制模块生成低流量时阀位指令，减温水温度前馈-反馈控制模块包括第三折算函数计算单元、PID控制单元以及求和运算单元。

减温水流量需求值、减温器前蒸汽压力以及减温器后蒸汽压力作为第三折算函数计算单元的输入。

第三折算函数为减温水阀门特性计算公式，其由减温水阀门生产厂家在阀门设计时通过试验或仿真计算得出，由阀门厂家提供。

第三折算函数的输出为减温水阀门在当前工况下，达到当前流量所需要的理论开度值，也即减温水调节阀前馈值。

减温器温度设定值和减温器后蒸汽温度分别为PID控制单元的设定值输入和反馈值输入。

PID控制单元输出为减温水调节阀校正值，其作用为使蒸汽温度最终稳定在设定值，消除稳态偏差。

减温水调节阀前馈值和校正值经求和模块运算后得到低流量工况时减温水调节阀的实际阀位指令。

参阅图6，减温水温度串级控制模块生成高流量时阀位指令，减温水温度串级控制模块包括第一PID控制单元、求和运算单元、第二PID控制单元。

减温器温度设定值和减温器后蒸汽温度分别为第一PID控制单元的设定值输入和反馈值输入。

第一PID控制单元的输出为减温水流量校正值，其作用为最终使蒸汽温度稳定在设定值，消除稳态偏差。

减温水流量校正值和减温水流量需求值作为求和运算单元的输入，模块输出为减温水流量设定值。

第二PID控制单元的设定值输入为减温水流量设定值及减温水流量测量值。

第二PID控制单元的输出为高流量工况时减温水调节阀的实际阀位指令，其作用为通过加快流量响应速度的方式提升整个回路的响应速度。

一种基于热值计算的减温水精细控制方法，对减温水调节阀实行分段控制：

当减温水流量实际流量较低，流量测量装置精度无法满足控制要求时，对当前工况下减温水系统内各流体的焓值进行计算，并通过热量守恒的原理计算出减温水的理论需求量。进一步在减温水理论需求量的基础上，通过当前蒸汽温度对其进行微调，以克服系统中的不确定性扰动。

当减温水流量足够高，流量测量装置精度满足控制要求时，采用串级PID控制系统来控制减温器后蒸汽温度。内回路采用流量控制，以提升控制系统响应速度；外回路采用温度控制，以实现对最终温度的精细化调整，消除温度控制稳态偏差，确保控制精度。

采用本方法后，减温水流量控制不再是采用单一变量的简单控制回路，而是一套基于换热过程热量守恒及串级控制策略，并综合考虑测量仪表置信区间、外部减温水流量扰动对控制所产生的影响的系统性控制策略。

本方法可直接应用于电厂旁路系统喷水减温控制、抽汽供热机组对外供汽减温器的喷水减温控制，控制的快速性和准确性保证了整个系统的安全稳定运行，确保工艺系统不因蒸汽温度不合格而导致非停。同时，使用本方法以后，可以准确控制减温器后蒸汽温度，为用户提供品质稳定的蒸汽温度，提高经济效益。

本发明提供的一种基于热值计算的减温水精细控制方法，将串级控制策略引入减温水流量控制中，在保证控制准确性的同时提升了整体的响应速度；进一步，考虑到低流量工况下减温水流量测量装置精度难以保证的问题，在低流量工况时采取以热量平衡为基础的焓值控制策略，计算出当前工况理论需要的减温水流量，并通过蒸汽温度对理论值进行微调。

本发明提供的方法既有串级控制系统快速响应、精确控制的特点，同时又结合热值计算的理论分析，确保最终控制效果。本成果可直接应用于电厂旁路系统喷水减温控制、抽汽供热机组对外供汽减温器的喷水减温控制，控制的快速性和准确性保证了整个系统的安全稳定运行。

本发明公开一种基于热值计算的减温水控制系统，包括减温水流量需求计算模块、减温水阀门开度计算模块以及减温水温度串级控制模块。在低流量时根据热值计算对减温水流量进行控制，避免流量测量装置在低流量工况下精度较低对控制产生的影响；在高流量时采取串级控制，保证精确度的同时增加了系统的响应速度。本发明从控制策略的角度增加了减温水流量控制的调节品质。

过程量焓值计算模块：采集减温器前、减温器后蒸汽及减温水的压力和温度信号后，对其进行信号处理，并根据对应流体的物性参数表查询到减压器前、后蒸汽焓值以及减温水焓值；

减温水流量需求计算模块：根据减温器前、减温器后蒸汽焓值以及减温水焓值，确定当前工况下减温水的理论需求量，发送给减温水温度前馈-反馈控制模块及串级控制模块；

减温水温度前馈-反馈控制模块：采用前馈-反馈控制策略，前馈值为当前工况理论阀门开度，并根据温度信号对理论阀门开度进行修正，消除温度控制偏差，根据当前工况下减温水理论需求量，以及减温水阀门前后压力，根据阀门特性曲线，获得当前工况理论阀门开度；

减温水温度前馈-反馈控制模块包括第三折算函数计算单元、PID控制单元以及求和运算单元；

减温水流量需求值、减温器前蒸汽压力以及减温器后蒸汽压力作为第三折算函数计算单元的输入；

第三折算函数为减温水阀门特性计算公式；

第三折算函数的输出为减温水阀门在当前工况下，达到当前流量所需要的理论开度值，也即减温水调节阀前馈值；

减温器温度设定值和减温器后蒸汽温度分别为PID控制单元的设定值输入和反馈值输入

PID控制单元输出为减温水调节阀校正值；减温水调节阀前馈值和校正值经求和模块运算后得到低流量工况时减温水调节阀的实际阀位指令；

减温水温度串级控制模块：采用串级控制策略，内回路为流量控制回路，加快系统流量相应速度，外回路为温度控制回路，消除温度控制偏差；外回路设定值和反馈值分别为当前蒸汽温度设定值及实际测量值；内回路设定值为外回路输出与减温水流量需求值之和，反馈值为减温水流量实际测量值；

减温水温度串级控制模块包括第一PID控制单元、求和运算单元、第二PID控制单元；

减温器温度设定值和减温器后蒸汽温度分别为第一PID控制单元的设定值输入和反馈值输入；

第一PID控制单元的输出为减温水流量校正值，其作用为最终使蒸汽温度稳定在设定值，消除稳态偏差；

减温水流量校正值和减温水流量需求值作为求和运算单元的输入，模块输出为减温水流量设定值；

第二PID控制单元的设定值输入为减温水流量设定值及减温水流量测量值；

第二PID控制单元的输出为高流量工况时减温水调节阀的实际阀位指令。

本发明实例提供的基于热值计算的减温水控制系统，比较适合于的大型火电机组，且能通过不同公司设计生产的DCS控制系统组态实现；为了便于实现，实例中所述的各过程变量的测量值、各设定值、阀门指令等信号均来自于火力发电机组DCS控制系统。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述基于热值计算的减温水控制方法的步骤。

本发明基于热值计算的减温水控制方法可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明基于热值计算的减温水控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于该计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于热值计算的减温水控制方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。