阅读说明：本技术 一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统 (Control method and system for steam pipe network balance optimization ) 是由 程高峰 蒋威 杨振国 胡一智 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统,应用于单级蒸汽管网,每个单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置,方法包括：基于每个调节装置关联的出口温度或本级管网的第一本级管网压力中的任意一个,以及每个调节装置关联的出口流量和本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力,确定相对应的调节装置的调节量；基于泄放装置获取的第二本级管网压力、本级管网的流入质量流量和流出质量流量,确定泄放装置的调节量；根据所有的调节装置的调节量和泄放装置的调节量,共同调节单级蒸汽管网的管网压力至目标压力,当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用该控制方法时,实现对蒸汽管网平衡优化的自动化控制。(The invention discloses a control method and a control system for steam pipe network balance optimization, which are applied to single-stage steam pipe networks, wherein each single-stage steam pipe network comprises at least two regulating devices and a discharge device, and the method comprises the following steps: determining the regulating quantity of the corresponding regulating device based on any one of the outlet temperature associated with each regulating device or the first local-level pipe network pressure of the local-level pipe network, the outlet flow associated with each regulating device and the adjacent pipe network pressure of the adjacent pipe network associated with the local-level pipe network; determining the regulating quantity of the relief device based on the second local-level pipe network pressure, the inflow mass flow and the outflow mass flow of the local-level pipe network, which are obtained by the relief device; and adjusting the pipe network pressure of the single-stage steam pipe network to the target pressure together according to the adjustment quantity of all the adjusting devices and the adjustment quantity of the discharge devices, and realizing the automatic control of the balance optimization of the steam pipe network when each single-stage steam pipe network in the whole steam pipe network system adopts the control method.)

一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，更具体的说，涉及一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统。

背景技术

在工业自动化控制领域，蒸汽作为动力源之一有着重要的作用。蒸汽压力的稳定控制关系到产品控制工艺的稳定运行，从而影响着企业的生产成本。

蒸汽系统承担着系统供热、动力驱动等多种功能，且存在多个呈压力梯级利用的管网，各个级别的蒸汽网管承担着各个级别的设备的驱动，各个设备的启停或负荷变化都影响本级蒸汽管网的压力与用汽量，间接影响相互关联的其他蒸汽管网。每级管网下用汽设备上下串联，任何一级管网负荷的变化，都会对其他管网及设备产生影响。从控制要求来说，蒸汽系统要求工况变化剧烈扰动下仍能一定程度维持管网压力，避免其他设备的停机，调节幅度与调节时间在可忍受的范围内。从生产工艺来说，蒸汽系统需要能够依据不同的负荷情况实现自动控制调节，保障在各种工况下都能满足用汽需求。从生产成本来说，在安全稳定控制且满足工艺生产需求的同时，需要尽可能的优化蒸汽控制方案，减少浪费，节能降耗。

但是，当前国内复杂的蒸汽管网系统，平衡控制主要靠人力手动调度来控制，因此已无法满足系统稳定、高效和节能的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统，以实现对蒸汽管网平衡优化的自动化控制，满足系统稳定、高效和节能的需求。

一种蒸汽管网平衡优化的控制方法，所述控制方法应用于单级蒸汽管网，每个所述单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个所述单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，所述控制方法包括：

获取每个所述调节装置关联的出口流量；

获取每个所述调节装置关联的出口温度或本级管网的本级管网压力，将所述本级管网压力记为第一本级管网压力；

获取所述本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力；

基于获取的所述出口温度和所述第一本级管网压力中的任意一个，以及所述出口流量和所述相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；

基于每个所述泄放装置获取本级管网的本级管网压力，记为第二本级管网压力；

基于每个所述泄放装置获取本级管网的流入质量流量和流出质量流量；

基于所述第二本级管网压力、所述流入质量流量和所述流出质量流量，确定相对应的泄放装置的调节量；

根据所有的所述调节装置的调节量和所述泄放装置的调节量，共同调节所述单级蒸汽管网的管网压力至目标压力。

可选的，每个所述调节装置至少包括三个虚拟功能模块，分别为：一个第一基础控制回路、一个平衡控制回路和至少一个压力限制控制回路；

所述第一基础控制回路，用于以所述调节装置的所述出口温度或所述本级管网压力为测量值，基于所述出口温度和出口温度设定值，或者，基于所述第一本级管网压力和第一本级管网压力设定值，得到所述第一基础控制回路的控制输出增量；

所述平衡控制回路，用于以所述调节装置的出口流量为测量值，基于所述出口流量和流量设定值，得到所述平衡控制回路的控制输出增量；

所述压力限制控制回路，用于以本级管网所连接的相邻管网的相邻管网压力为测量值，判断所述测量值是否超过相邻管网压力设定值，如果是，则触发所述压力限制控制回路的压力限制功能，如果否，则不触发压力限制控制回路的压力限制功能。

可选的，所述基于获取的所述出口温度和所述第一本级管网压力中的任意一个，以及所述出口流量和所述相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量，具体包括：

基于所述出口温度和所述出口温度设定值，或者，基于所述本级管网压力和所述本级管网压力设定值，确定所述第一基础控制回路的控制输出增量，记为：第一控制输出增量；

基于所述出口流量和所述流量设定值，确定所述平衡控制回路的控制输出增量，记为：第二控制输出增量；

基于所述相邻管网的相邻管网压力和相邻管网压力设定值，确定所述压力限制控制回路的控制输出增量，记为：第三控制输出增量；

根据所述第一控制输出增量、所述第二控制输出增量和所述第三控制输出增量，确定相对应的调节装置的调节量。

可选的，每个所述调节装置的调节量由所述调节装置的所述第一基础控制回路、所述压力限制限制控制回路和所述平衡控制回路的控制输出增量共同决定，具体包括：

当所述压力限制控制回路的限制功能触发时，所述调节装置的调节量跟随所述压力限制控制回路的控制输出增量，屏蔽所述第一基础控制回路与所述平衡控制回路的控制输出增量；

当存在多个所述压力限制控制回路且同时触发限制功能时，选择优先级最高的限制控制回路的控制输出增量，作为调节装置的调节量；当没有压力控制回路触发限制功能时，调节装置的调节量为所述第一基础控制回路的控制输出增量与所述平衡控制回路的控制输出增量；

当所述压力限制控制回路的限制功能未触发时，所述调节装置的调节量为所述第一基础控制回路的控制输出增量与所述平衡控制回路的控制输出增量，并由投切开关确定；当未投入所述平衡控制回路、或投入所述平衡控制且所述平衡控制回路引用的出口流量测点故障时，选择所述第一基础控制回路的控制输出增量；当投入平衡控制时，选择所述平衡控制回路的控制输出增量与所述第一基础控制回路的控制输出增量之和。

可选的，每个所述泄放装置包括两个虚拟功能模块，分别为：一个第二基础控制回路和一个流量监测单元；

所述第二基础控制回路，用于以所述第二本级管网压力为测量值，并基于所述第二本级管网压力和第二本级管网压力设定值，计算所述第二基础控制回路的控制输出增量；

所述流量监测单元，用于计算管网的流入质量流量和流出质量流量的质量流量差，并判断质量流量差是否大于阶跃控制预设值，若是，则根据所述质量流量差计算所述泄放装置的调节量，并将所述泄放装置的调节量作为阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当所述变化量大于前馈控制预设值时，则根据所述变化量计算前馈量，并将所述前馈量传输给所述第二基础控制回路。

可选的，所述流量监测单元还用于：

判断本级管网压力是否超过压力预设值，若是，则将预设阶跃量作为阶跃控制量，且所述阶跃控制量可叠加，当所述本级管网压力持续超过压力预设值时，每持续一个预设的间隔时间，则叠加一次预设阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当所述变化量大于前馈控制预设值时，则根据所述变化量计算前馈量，并将所述前馈量传输给所述第二基础控制回路。

可选的，所述前馈量的计算过程为：

根据如下公式计算相邻两个运算周期的管网流入流出的质量流量差的变化量；

dw＝ΔQn–ΔQn-1；

式中，dw为相邻两个运算周期的管网流入流出的质量流量差的变化量，ΔQn为本次运算周期的管网流入流出的质量流量差，ΔQn-1为前次运算周期的管网流入流出的质量流量差；

根据如下公式计算前馈量；

SV＝K*dw/dt；

式中，SV为前馈量，K为增益系数，dt为相邻两个运算周期的时间差。

可选的，所述前馈量的退出过程为：将所述前馈量在每个运算周期按预设衰减时间系数进行衰减，直到衰减成零。

可选的，所述泄放装置的调节量为：所述第二基础控制回路的控制输出增量与所述流量监测单元的阶跃控制量之和。

可选的，所述阶跃控制量的计算过程为：依据质量流量差、泄放装置前后差压和蒸汽密度求取泄放装置的系数，通过泄放装置特性曲线，反向计算泄放装置的调节量，将所述调节量作为阶跃控制量。

一种蒸汽管网平衡优化的控制系统，所述控制系统应用于单级蒸汽管网，每个所述单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个所述单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，所述控制系统包括：

第一获取单元，用于获取每个所述调节装置关联的出口流量；

第二获取单元，用于获取每个所述调节装置关联的出口温度或本级管网的本级管网压力，将所述本级管网压力记为第一本级管网压力；

第三获取单元，用于获取所述本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力；

第一确定单元，用于基于获取的所述出口温度和所述第一本级管网压力中的任意一个，以及所述出口流量和所述相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；

第四获取单元，用于基于每个所述泄放装置获取本级管网的本级管网压力，记为第二本级管网压力；

第五获取单元，用于基于每个所述泄放装置获取本级管网的流入质量流量和流出质量流量；

第二确定单元，用于基于所述第二本级管网压力、所述流入质量流量和所述流出质量流量，确定相对应的泄放装置的调节量；

调节单元，用于根据所有的所述调节装置的调节量和所述泄放装置的调节量，共同调节所述单级蒸汽管网的管网压力至目标压力。

可选的，每个所述调节装置至少包括三个虚拟功能模块，分别为：一个第一基础控制回路、一个平衡控制回路和至少一个压力限制控制回路；

所述第一基础控制回路，用于以所述调节装置的所述出口温度或所述本级管网压力为测量值，基于所述出口温度和出口温度设定值，或者，基于所述第一本级管网压力和第一本级管网压力设定值，得到所述第一基础控制回路的控制输出增量；

所述平衡控制回路，用于以所述调节装置的出口流量为测量值，基于所述出口流量和流量设定值，得到所述平衡控制回路的控制输出增量；

所述压力限制控制回路，用于以本级管网所连接的相邻管网的相邻管网压力为测量值，判断所述测量值是否超过相邻管网压力设定值，如果是，则触发所述压力限制控制回路的压力限制功能，如果否，则不触发压力限制控制回路的压力限制功能。

可选的，所述第一确定单元具体用于：

基于所述出口温度和所述出口温度设定值，或者，基于所述本级管网压力和所述本级管网压力设定值，确定所述第一基础控制回路的控制输出增量，记为：第一控制输出增量；

基于所述出口流量和所述流量设定值，确定所述平衡控制回路的控制输出增量，记为：第二控制输出增量；

基于所述相邻管网的相邻管网压力和相邻管网压力设定值，确定所述压力限制控制回路的控制输出增量，记为：第三控制输出增量；

根据所述第一控制输出增量、所述第二控制输出增量和所述第三控制输出增量，确定相对应的调节装置的调节量。

可选的，每个所述调节装置的调节量由所述调节装置的所述第一基础控制回路、所述压力限制限制控制回路和所述平衡控制回路的控制输出增量共同决定，具体包括：

当所述压力限制控制回路的限制功能触发时，所述调节装置的调节量跟随所述压力限制控制回路的控制输出增量，屏蔽所述第一基础控制回路与所述平衡控制回路的控制输出增量；

当存在多个所述压力限制控制回路且同时触发限制功能时，选择优先级最高的限制控制回路的控制输出增量，作为调节装置的调节量；当没有压力控制回路触发限制功能时，调节装置的调节量为所述第一基础控制回路的控制输出增量与所述平衡控制回路的控制输出增量；

当所述压力限制控制回路的限制功能未触发时，所述调节装置的调节量为所述第一基础控制回路的控制输出增量与所述平衡控制回路的控制输出增量，并由投切开关确定；当未投入所述平衡控制回路、或投入所述平衡控制且所述平衡控制回路引用的出口流量测点故障时，选择所述第一基础控制回路的控制输出增量；当投入平衡控制时，选择所述平衡控制回路的控制输出增量与所述第一基础控制回路的控制输出增量之和。

可选的，每个所述泄放装置包括两个虚拟功能模块，分别为：一个第二基础控制回路和一个流量监测单元；

所述第二基础控制回路，用于以所述第二本级管网压力为测量值，并基于所述第二本级管网压力和第二本级管网压力设定值，计算所述第二基础控制回路的控制输出增量；

所述流量监测单元，用于计算管网的流入质量流量和流出质量流量的质量流量差，并判断质量流量差是否大于阶跃控制预设值，若是，则根据所述质量流量差计算所述泄放装置的调节量，并将所述泄放装置的调节量作为阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当所述变化量大于前馈控制预设值时，则根据所述变化量计算前馈量，并将所述前馈量传输给所述第二基础控制回路。

可选的，所述流量监测单元还用于：

判断本级管网压力是否超过压力预设值，若是，则将预设阶跃量作为阶跃控制量，且所述阶跃控制量可叠加，当所述本级管网压力持续超过压力预设值时，每持续一个预设的间隔时间，则叠加一次预设阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当所述变化量大于前馈控制预设值时，则根据所述变化量计算前馈量，并将所述前馈量传输给所述第二基础控制回路。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统，该方法应用于单级蒸汽管网，每个单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，控制方法包括：基于每个调节装置关联的出口温度或本级管网的第一本级管网压力中的任意一个，以及每个调节装置关联的出口流量和本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；基于泄放装置获取的第二本级管网压力、本级管网的流入质量流量和流出质量流量，确定泄放装置的调节量；根据所有的调节装置的调节量和泄放装置的调节量，共同调节单级蒸汽管网的管网压力至目标压力，当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用本发明示出的控制方法时，即可实现全厂的蒸汽管网控制。因此，本发明实现了对蒸汽管网平衡优化的自动化控制，可以满足系统稳定、高效和节能的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种蒸汽管网平衡优化的控制方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种蒸汽管网平衡优化的功能逻辑示意图；

图3为本发明实施例公开的一种蒸汽管网平衡优化的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种蒸汽管网平衡优化的控制方法及系统，该方法应用于单级蒸汽管网，每个单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，控制方法包括：基于每个调节装置关联的出口温度或本级管网的第一本级管网压力中的任意一个，以及每个调节装置关联的出口流量和本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力，，确定相对应的调节装置的调节量；基于泄放装置获取的第二本级管网压力、本级管网的流入质量流量和流出质量流量，确定泄放装置的调节量；根据所有的调节装置的调节量和泄放装置的调节量，共同调节单级蒸汽管网的管网压力至目标压力，当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用本发明示出的控制方法时，即可实现全厂的蒸汽管网控制。因此，本发明实现了对蒸汽管网平衡优化的自动化控制，可以满足系统稳定、高效和节能的需求。

参见图1，本发明一实施例公开的一种蒸汽管网平衡优化的控制方法流程图，该方法应用于单级蒸汽管网，每个所述单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个所述单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，所述控制方法包括步骤：

步骤S101、获取每个调节装置关联的出口流量；

为便于对调节装置的工作原理进行说明，本发明按照获取参数的不同，将调节装置的内部程序按照功能的不同，划分为：第一基础控制回路、平衡控制回路和压力限制控制回路三种虚拟功能模块，其中，每个调节装置包括：一个第一基础控制回路、一个平衡控制回路和至少一个压力限制控制回路。

具体的，每个调节装置的第一基础控制回路，用于以调节装置的出口温度或本级管网的管网压力为测量值，对测量值和设定值采用PID(Proportion IntegralDifferential)运算，基于出口温度和出口温度设定值，或者，基于第一本级管网压力和第一本级管网压力设定值，得到第一基础控制回路的控制输出增量，其中，第一基础控制回路的设定值来源于工艺设定，设定依据与单级蒸汽管网在正常生产期间所需的压力或温度相关。

每个调节装置的平衡控制回路，用于以调节装置的出口流量为测量值，并基于测量值和流量设定值，计算所述平衡控制回路的控制输出增量。

其中，流量设定值来源于主平衡计算单元。

具体的，将n个调节装置的出口流量的采样值分别定义为F1，F2，……Fn，n路调节装置的权重分别定义为B1，B2，……Bn，主平衡计算单元将计算所有调节装置的出口流量的总和SUM＝F1+F2+……+Fn，计算第n路调节装置的平衡控制回路的设定值SVn＝SUM*Bn。第n个平衡控制回路将以设定值SVn作为控制目标，以出口流量Fn为测量值，通过平衡控制回路计算该路调节装置的平衡回路的控制输出增量DMVn。

步骤S102、获取每个调节装置关联的出口温度或本级管网的本级管网压力，将所述本级管网压力记为第一本级管网压力；

步骤S103、获取本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力；

每个调节装置的压力限制控制回路，用于以本级管网所连接的相邻管网的相邻管网压力为测量值，判断所述测量值是否超过相邻管网压力设定值，如果是，则触发压力限制控制回路的压力限制功能，如果否，则不触发压力限制控制回路的压力限制功能。

压力限制功能主要运用于安全防护，当相邻管网的压力测量值发生工艺异常，比如压力过高时容易产生危险，则需要强制让调节装置增加开度进行泄压方向的调节。

其中，管网压力设定值的设定来源于工艺设定。

需要说明的是，步骤S101～步骤S103的执行顺序包括但不限于图1所示，在实际应用中，步骤S101～步骤S103还可以同时执行。

步骤S104、基于调节装置获取的出口温度和第一本级管网压力中的任意一个，以及出口流量和相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；

需要说明的是，每个调节装置的调节量由该调节装置的第一基础控制回路、压力限制限制控制回路和平衡控制回路的控制输出增量共同决定。

具体的，本实施例中，步骤S104具体包括：

基于所述出口温度和所述出口温度设定值，或者，基于所述第一本级管网压力和所述第一本级管网压力设定值，确定所述第一基础控制回路的控制输出增量，记为：第一控制输出增量；

基于所述出口流量和所述流量设定值，确定所述平衡控制回路的控制输出增量，记为：第二控制输出增量；

基于所述相邻管网的相邻管网压力和相邻管网压力设定值，确定所述压力限制控制回路的控制输出增量，记为：第三控制输出增量；

根据所述第一控制输出增量、所述第二控制输出增量和所述第三控制输出增量，确定相对应的调节装置的调节量。

本实施例中，当存在多个压力限制控制回路且同时触发限制功能时，需定义优先级，选择优先级最高的限制控制回路的控制输出增量，作为调节装置的调节量。当没有压力控制回路触发限制功能时，调节装置的调节量为其压力控制回路的控制输出增量与平衡控制回路的控制输出增量，具体由投切开关确定；当未投入平衡控制、或投入平衡控制但平衡控制引用的该路的出口流量测点故障时将选择第一基础控制回路的控制输出增量；当投入平衡控制时，将选择平衡控制回路的控制输出增量与第一基础控制回路的控制输出增量之和。

步骤S105、基于每个所述泄放装置获取本级管网的本级管网压力，记为第二本级管网压力；

同样，为便于对泄放装置的工作原理进行说明，本发明按照获取参数的不同，将泄放装置的内部程序按照功能的不同，划分为不同的虚拟功能模块，包括：第二基础控制回路和一个流量监测单元，其中，每个泄放装置包括：一个第二基础控制回路和一个流量监测单元。

具体的，每个泄放装置的第二基础控制回路，用于以第二本级管网压力为测量值，并基于测量值和第二本级管网压力设定值，计算第二基础控制回路的控制输出增量，其中，第二基础控制回路的管网压力设定值取决于工艺对管网的压力设定。

本实施例中，泄放装置的功能更多的时候是用于管网突变的情况，常态下会设置一个相比管网压力偏高的管网压力设定值，则经过基础控制回路运算常态下是一个关阀的动作，当遇到压力变高或者趋势变高时，可进行回路调节。

需要说明的是，第二基础控制回路的第二管网压力设定值比本级管网的设定压力值高时，在正常状态时，管网压力低于管网压力设定值，因此，经过第二基础控制回路计算所得的控制输出增量为关方向。

步骤S106、基于每个所述泄放装置获取本级管网的流入质量流量和流出质量流量；

具体的，每个泄放装置的流量监测单元，用于计算管网的流入质量流量和流出质量流量的质量流量差，并判断质量流量差是否大于阶跃控制预设值，若是，则根据质量流量差计算泄放装置的调节量，并将泄放装置的调节量作为阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当变化量大于前馈控制预设值时，则根据质量流量差的变化量计算前馈量，并将前馈量传输给第二基础控制回路。

流量监测单元还用于：

判断本级管网压力是否超过压力预设值，若是，则将预设阶跃量作为阶跃控制量，且所述阶跃控制量可叠加，当所述本级管网压力持续超过压力预设值时，每持续一个预设的间隔时间，则叠加一次预设阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当所述变化量大于前馈控制预设值时，则根据所述变化量计算前馈量，并将所述前馈量传输给所述第二基础控制回路。

其中，前馈量的计算方法为：

根据公式(1)计算相邻两个运算周期的管网流入流出的质量流量差的变化量dw，公式(1)如下：

dw＝ΔQn–ΔQn-1(1)；

式中，dw为相邻两个运算周期的管网流入流出的质量流量差的变化量，ΔQn为本次运算周期的管网流入流出的质量流量差，ΔQn-1为前次运算周期的管网流入流出的质量流量差。

根据公式(2)计算前馈量SV，公式(2)如下：

SV＝K*dw/dt(2)；

式中，SV为前馈量，K为增益系数，dt为相邻两个运算周期的时间差。

需要特别说明的是，预先对前馈量设置有预设死区，当前馈量小于预设死区时，修正前馈量为零；当前馈量不小于预设死区时，确定前馈量有效。

前馈量的作用为：将计算得到的前馈量传输给泄放装置的第二基础控制回路，并叠加到第二基础控制回路的压力设定值上，形成虚拟压力设定值，其中，虚拟压力设定值低于第二基础控制回路的预设压力设定值，使得第二基础控制回路的调节作用能够提前动作。

前馈量的退出过程为：将前馈量在每个运算周期按预设衰减时间系数进行衰减，直到衰减成零。

需要说明的是，在实际应用中，可以根据质量流量差、泄放装置前后差压和蒸汽密度求取泄放装置的系数，通过泄放装置特性曲线，反向计算泄放装置的调节开度，以此作为阶跃控制量。

其中阶跃控制量允许多次叠加，将叠加后总的阶跃控制量作为泄放装置的调节量的叠加项。

步骤S107、基于所述本级管网的管网压力、所述流入质量流量和所述流出质量流量，确定相对应的泄放装置的调节量；

具体的，泄放装置的调节量由泄放装置的第二基础控制回路和流量监测单元的阶跃控制量共同决定。

泄放装置的调节量为：泄放装置的第二基础控制回路的控制输出增量与流量监测单元的阶跃控制量之和。

步骤S108、根据所有的所述调节装置的调节量和所述泄放装置的调节量，共同调节所述单级蒸汽管网的管网压力至目标压力。

也就是说，本级管网的管网压力受到所有调节装置的调节量与泄放装置的调节量共同作用。

具体的，在分别获得调节装置的调节量和泄放装置的调节量后，两者的调节量都将影响本级管网的蒸汽的流入流出，从而改变管网的压力，使单级蒸汽管网的管网压力在两者共同作用下调节到目标压力。

需要特别说明的是，本发明实现的是对单级蒸汽管网的管网压力的平衡优化控制，当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用图1示出的控制方法时，即可实现全厂的蒸汽管网控制。

综上可知，本发明公开了一种蒸汽管网平衡优化的控制方法，该方法应用于单级蒸汽管网，每个单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，控制方法包括：基于每个调节装置关联的出口温度或本级管网的第一本级管网压力中的任意一个，以及每个调节装置关联的出口流量和本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；基于泄放装置获取的第二本级管网压力、本级管网的流入质量流量和流出质量流量，确定泄放装置的调节量；根据所有的调节装置的调节量和泄放装置的调节量，共同调节单级蒸汽管网的管网压力至目标压力，当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用本发明示出的控制方法时，即可实现全厂的蒸汽管网控制。因此，本发明实现了对蒸汽管网平衡优化的自动化控制，可以满足系统稳定、高效和节能的需求。

上述实施例中，所述调节装置判断压力限制控制回路的测量值，也即本级管网所连接的相邻管网的相邻管网压力，是否超过管网压力设定值，取决于测量值跨越设定值的方向。若工艺对管网压力设定值进行设定时设定为高限值，则测量值从低于管网压力设定值到高于管网压力设定值时，为跨越管网压力设定值，触发限制功能；若工艺对设定值进行设定值设定为低限值，则测量值从大于管网压力设定值到小于管网压力设定值时，为跨越管网压力设定值，触发限制功能。

需要说明的是，流量设定值由主平衡计算单元设置。

上述实施例中，每个调节装置的平衡控制回路，用于以调节装置的出口流量为测量值，并基于测量值和流量设定值，计算所述平衡控制回路的控制输出增量，具体包括：

统计所有调节装置的出口流量的总流量，再将总流量乘以每一路调节装置的权重系数，得到该路调节装置的目标输出流量，将所有的目标输出流量传输给相对应的调节装置的平衡控制回路作为回路设定值，再由平衡控制回路计算控制输出增量。

需要特别说明的是，当某一路调节装置的调节功能发生故障或者进行人工手动控制或者未投入平衡控制，则将该路调节装置剔除，在剩余有效的调节装置中继续进行每路平衡控制回路的设定值计算。

上述实施例中，每个调节装置的调节量由该调节装置的第一基础控制回路、压力限制限制控制回路和平衡控制回路的控制输出增量共同决定，具体包括：

当压力限制控制回路的限制功能触发时，调节装置的调节量跟随压力限制控制回路的控制输出增量，屏蔽基础控制回路与平衡控制回路的控制输出增量；

当存在多个压力限制控制回路且限制功能触发时，预先设置优先级，当高优先级限制控制回路的限制功能触发时，屏蔽低优先级限制控制回路的控制输出增量，调节装置的调节量跟随高优先级限制控制回路的控制输出增量；

当压力限制控制回路的限制功能未触发时，调节装置的调节量为其基础控制回路的控制输出增量与平衡控制回路的控制输出增量，具体由投切开关确定；当未投入所述平衡控制回路、或投入所述平衡控制且所述平衡控制回路引用的出口流量测点故障时，选择所述基础控制回路的控制输出增量；当投入平衡控制时，选择所述平衡控制回路的控制输出增量与基础控制回路的控制输出增量之和。

上述实施例中，泄放装置的流量监测单元，用于实时计算管网的流入质量流量和流出质量流量的质量流量差，并判断流量差是否大于阶跃控制预设值，若是，则根据质量流量差计算泄放装置的调节量，并将调节量作为阶跃控制量，包括：

当检测到发生阶跃控制并计算阶跃控制量时，依据调节效果，可选择是否暂时屏蔽比例作用，待阶跃控制判断条件不成立时，恢复第二基础控制回路的比例作用；

当检测到发生阶跃控制瞬间，若泄放装置的第二基础控制回路处于手动状态，单次使其切换到自动状态。

其中，阶跃控制量的计算过程为：依据质量流量差、泄放装置前后差压和蒸汽密度求取泄放装置的系数，通过泄放装置特性曲线，反向计算泄放装置的调节量，并将调节量作为阶跃控制量。阶跃控制量允许多次叠加，将叠加后总的阶跃控制量作为泄放装置调节量的被叠加项。

需要特别说明的是，每个调节装置包括的第一基础控制回路、平衡控制回路和至少一个压力限制控制回路，以及每个泄放装置包括的第二基础控制回路和一个流量监测单元的具体工作原理，请参见图2所示的流程图。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种蒸汽管网平衡优化的控制系统。

参见图3，本发明一实施例公开的一种蒸汽管网平衡优化的控制系统的结构示意图，所述控制系统应用于单级蒸汽管网，每个所述单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个所述单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，所述控制系统包括：

第一获取单元201，用于获取每个所述调节装置关联的出口流量；

为便于对调节装置的工作原理进行说明，本发明按照获取参数的不同，将调节装置的内部程序按照功能的不同，划分为：第一基础控制回路、平衡控制回路和压力限制控制回路三种虚拟功能模块，其中，每个调节装置包括：一个第一基础控制回路、一个平衡控制回路和至少一个压力限制控制回路。

具体的，每个调节装置的第一基础控制回路，用于以调节装置的出口温度或本级管网的管网压力为测量值，对测量值和设定值采用PID(Proportion IntegralDifferential)运算，基于出口温度和出口温度设定值，或者，基于第一本级管网压力和第一本级管网压力设定值，得到第一基础控制回路的控制输出增量，其中，第一基础控制回路的设定值来源于工艺设定，设定依据与单级蒸汽管网在正常生产期间所需的压力或温度相关。

每个调节装置的平衡控制回路，用于以调节装置的出口流量为测量值，并基于测量值和流量设定值，计算所述平衡控制回路的控制输出增量。

其中，流量设定值来源于主平衡计算单元。

具体的，将n个调节装置的出口流量的采样值分别定义为F1，F2，……Fn，n路调节装置的权重分别定义为B1，B2，……Bn，主平衡计算单元将计算所有调节装置的出口流量的总和SUM＝F1+F2+……+Fn，计算第n路调节装置的平衡控制回路的设定值SVn＝SUM*Bn。第n个平衡控制回路将以设定值SVn作为控制目标，以出口流量Fn为测量值，通过平衡控制回路计算该路调节装置的平衡回路的控制输出增量DMVn。

第二获取单元202，用于获取每个所述调节装置关联的出口温度或本级管网的本级管网压力，将所述本级管网压力记为第一本级管网压力；

第三获取单元203，用于获取所述本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力；

每个调节装置的压力限制控制回路，用于以本级管网所连接的相邻管网的相邻管网压力为测量值，判断所述测量值是否超过相邻管网压力设定值，如果是，则触发压力限制控制回路的压力限制功能，如果否，则不触发压力限制控制回路的压力限制功能。

压力限制功能主要运用于安全防护，当相邻管网的压力测量值发生工艺异常，比如压力过高时容易产生危险，则需要强制让调节装置增加开度进行泄压方向的调节。

其中，管网压力设定值的设定来源于工艺设定。

需要特别说明的是，第一获取单元201、第二获取单元202和第三获取单元203的执行顺序包括但不限于图3所示实施例，三个获取单元的执行顺序可以根据实际需要调整，且，第一获取单元201、第二获取单元202和第三获取单元203三个执行单元还可以同时执行。

第一确定单元204，用于基于获取的所述出口温度和所述第一本级管网压力中的任意一个，以及所述出口流量和所述相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；

需要说明的是，每个调节装置的调节量由该调节装置的第一基础控制回路、压力限制限制控制回路和平衡控制回路的控制输出增量共同决定。

具体的，本实施例中，第一确定单元204具体用于：

基于所述出口温度和所述出口温度设定值，或者，基于所述第一本级管网压力和所述第一本级管网压力设定值，确定所述第一基础控制回路的控制输出增量，记为：第一控制输出增量；

基于所述出口流量和所述流量设定值，确定所述平衡控制回路的控制输出增量，记为：第二控制输出增量；

基于所述相邻管网的相邻管网压力和相邻管网压力设定值，确定所述压力限制控制回路的控制输出增量，记为：第三控制输出增量；

根据所述第一控制输出增量、所述第二控制输出增量和所述第三控制输出增量，确定相对应的调节装置的调节量。

本实施例中，当存在多个压力限制控制回路且同时触发限制功能时，需定义优先级，选择优先级最高的限制控制回路的控制输出增量，作为调节装置的调节量。当没有压力控制回路触发限制功能时，调节装置的调节量为其压力控制回路的控制输出增量与平衡控制回路的控制输出增量，具体由投切开关确定；当未投入平衡控制、或投入平衡控制但平衡控制引用的该路的出口流量测点故障时将选择第一基础控制回路的控制输出增量；当投入平衡控制时，将选择平衡控制回路的控制输出增量与第一基础控制回路的控制输出增量之和。

第四获取单元205，用于基于每个所述泄放装置获取本级管网的本级管网压力，记为第二本级管网压力；

同样，为便于对泄放装置的工作原理进行说明，本发明按照获取参数的不同，将泄放装置的内部程序按照功能的不同，划分为不同的虚拟功能模块，包括：第二基础控制回路和一个流量监测单元，其中，每个泄放装置包括：一个第二基础控制回路和一个流量监测单元。

具体的，每个泄放装置的第二基础控制回路，用于以第二本级管网压力为测量值，并基于测量值和第二本级管网压力设定值，计算第二基础控制回路的控制输出增量，其中，第二基础控制回路的管网压力设定值取决于工艺对管网的压力设定。

本实施例中，泄放装置的功能更多的时候是用于管网突变的情况，常态下会设置一个相比管网压力偏高的管网压力设定值，则经过基础控制回路运算常态下是一个关阀的动作，当遇到压力变高或者趋势变高时，可进行回路调节。

需要说明的是，第二基础控制回路的第二管网压力设定值比本级管网的设定压力值高时，在正常状态时，管网压力低于管网压力设定值，因此，经过第二基础控制回路计算所得的控制输出增量为关方向。

第五获取单元206，用于基于每个所述泄放装置获取本级管网的流入质量流量和流出质量流量；

具体的，每个泄放装置的流量监测单元，用于计算管网的流入质量流量和流出质量流量的质量流量差，并判断质量流量差是否大于阶跃控制预设值，若是，则根据质量流量差计算泄放装置的调节量，并将泄放装置的调节量作为阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当变化量大于前馈控制预设值时，则根据质量流量差的变化量计算前馈量，并将前馈量传输给第二基础控制回路。

流量监测单元还用于：

判断本级管网压力是否超过压力预设值，若是，则将预设阶跃量作为阶跃控制量，且所述阶跃控制量可叠加，当所述本级管网压力持续超过压力预设值时，每持续一个预设的间隔时间，则叠加一次预设阶跃控制量；若否，则计算管网的流入流出的质量流量差的变化量，当所述变化量大于前馈控制预设值时，则根据所述变化量计算前馈量，并将所述前馈量传输给所述第二基础控制回路。

其中，前馈量的计算方法为：

根据公式(1)计算相邻两个运算周期的管网流入流出的质量流量差的变化量dw，公式(1)如下：

dw＝ΔQn–ΔQn-1(1)；

式中，dw为相邻两个运算周期的管网流入流出的质量流量差的变化量，ΔQn为本次运算周期的管网流入流出的质量流量差，ΔQn-1为前次运算周期的管网流入流出的质量流量差。

根据公式(2)计算前馈量SV，公式(2)如下：

SV＝K*dw/dt(2)；

式中，SV为前馈量，K为增益系数，dt为相邻两个运算周期的时间差。

需要特别说明的是，预先对前馈量设置有预设死区，当前馈量小于预设死区时，修正前馈量为零；当前馈量不小于预设死区时，确定前馈量有效。

前馈量的作用为：将计算得到的前馈量传输给泄放装置的第二基础控制回路，并叠加到第二基础控制回路的压力设定值上，形成虚拟压力设定值，其中，虚拟压力设定值低于第二基础控制回路的预设压力设定值，使得第二基础控制回路的调节作用能够提前动作。

前馈量的退出过程为：将前馈量在每个运算周期按预设衰减时间系数进行衰减，直到衰减成零。

需要说明的是，在实际应用中，可以根据质量流量差、泄放装置前后差压和蒸汽密度求取泄放装置的系数，通过泄放装置特性曲线，反向计算泄放装置的调节开度，以此作为阶跃控制量。

其中阶跃控制量允许多次叠加，将叠加后总的阶跃控制量作为泄放装置的调节量的叠加项。

第二确定单元207，用于基于所述第二本级管网压力、所述流入质量流量和所述流出质量流量，确定相对应的泄放装置的调节量；

具体的，泄放装置的调节量由泄放装置的第二基础控制回路和流量监测单元的阶跃控制量共同决定。

泄放装置的调节量为：泄放装置的第二基础控制回路的控制输出增量与流量监测单元的阶跃控制量之和。

调节单元208，用于根据所有的所述调节装置的调节量和所述泄放装置的调节量，共同调节所述单级蒸汽管网的管网压力至目标压力。

也就是说，本级管网的管网压力受到所有调节装置的调节量与泄放装置的调节量共同作用。

具体的，在分别获得调节装置的调节量和泄放装置的调节量后，两者的调节量都将影响本级管网的蒸汽的流入流出，从而改变管网的压力，使单级蒸汽管网的管网压力在两者共同作用下调节到目标压力。

需要特别说明的是，本发明实现的是对单级蒸汽管网的管网压力的平衡优化控制，当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用图1示出的控制方法时，即可实现全厂的蒸汽管网控制。

综上可知，本发明公开了一种蒸汽管网平衡优化的控制系统，该系统应用于单级蒸汽管网，每个单级蒸汽管网包括至少两个调节装置和一个泄放装置，多个单级蒸汽管网所组成的蒸汽管网系统，控制方法包括：基于每个调节装置关联的出口温度或本级管网的第一本级管网压力中的任意一个，以及每个调节装置关联的出口流量和本级管网所关联的相邻管网的相邻管网压力，确定相对应的调节装置的调节量；基于泄放装置获取的第二本级管网压力、本级管网的流入质量流量和流出质量流量，确定泄放装置的调节量；根据所有的调节装置的调节量和泄放装置的调节量，共同调节单级蒸汽管网的管网压力至目标压力，当整个蒸汽管网系统中的每个单级蒸汽管网均采用本发明示出的控制方法时，即可实现全厂的蒸汽管网控制。因此，本发明实现了对蒸汽管网平衡优化的自动化控制，可以满足系统稳定、高效和节能的需求。

上述实施例中，所述调节装置判断压力限制控制回路的测量值，也即本级管网所连接的相邻管网的相邻管网压力，是否超过管网压力设定值，取决于测量值跨越设定值的方向。若工艺对管网压力设定值进行设定时设定为高限值，则测量值从低于管网压力设定值到高于管网压力设定值时，为跨越管网压力设定值，触发限制功能；若工艺对设定值进行设定值设定为低限值，则测量值从大于管网压力设定值到小于管网压力设定值时，为跨越管网压力设定值，触发限制功能。

上述实施例中，每个调节装置的调节量由该调节装置的第一基础控制回路、压力限制限制控制回路和平衡控制回路的控制输出增量共同决定，具体包括：

当压力限制控制回路的限制功能触发时，调节装置的调节量跟随压力限制控制回路的控制输出增量，屏蔽基础控制回路与平衡控制回路的控制输出增量；

当存在多个压力限制控制回路且限制功能触发时，预先设置优先级，当高优先级限制控制回路的限制功能触发时，屏蔽低优先级限制控制回路的控制输出增量，调节装置的调节量跟随高优先级限制控制回路的控制输出增量；

当压力限制控制回路的限制功能未触发时，调节装置的调节量为其基础控制回路的控制输出增量与平衡控制回路的控制输出增量，具体由投切开关确定；当未投入所述平衡控制回路、或投入所述平衡控制且所述平衡控制回路引用的出口流量测点故障时，选择所述基础控制回路的控制输出增量；当投入平衡控制时，选择所述平衡控制回路的控制输出增量与基础控制回路的控制输出增量之和。

上述实施例中，泄放装置的流量监测单元，用于实时计算管网的流入质量流量和流出质量流量的质量流量差，并判断流量差是否大于阶跃控制预设值，若是，则根据质量流量差计算泄放装置的调节量，并将调节量作为阶跃控制量，包括：

当检测到发生阶跃控制并计算阶跃控制量时，依据调节效果，可选择是否暂时屏蔽比例作用，待阶跃控制判断条件不成立时，恢复第二基础控制回路的比例作用；

当检测到发生阶跃控制瞬间，若泄放装置的第二基础控制回路处于手动状态，单次使其切换到自动状态。

其中，阶跃控制量的计算过程为：依据质量流量差、泄放装置前后差压和蒸汽密度求取泄放装置的系数，通过泄放装置特性曲线，反向计算泄放装置的调节量，并将调节量作为阶跃控制量。阶跃控制量允许多次叠加，将叠加后总的阶跃控制量作为泄放装置调节量的被叠加项。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。