燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法及装置与流程

本发明涉及燃气蒸汽联合循环机组技术领域，尤指一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法及装置。

背景技术：

随着新能源机组的大规模投运，为了平抑其随机波动性，常规能源机组需要实现快速变负荷，燃气-蒸汽联合循环机组作为调峰的重要手段，电网对燃气-蒸汽联合循环机组的变负荷速率提出了更高的要求。为了实现更快的变负荷速率，需要对燃机的燃烧器进行改造升级，但是燃烧器升级后，燃机排气温度无法继续保持稳定，排气温度随着负荷的升高而降低。由于余热炉中的蒸汽与燃机排气进行热交换，当排气温度变化时，蒸汽温度也随之波动，进而造成主汽温度及再热汽温度的波动。主汽温度及再热汽温度是燃气-蒸汽联合循环机组的重要运行参数之一，汽温过高甚至超出蒸汽管道或汽轮机叶片金属材质极限温度会严重影响机组运行的安全性，汽温过低则会严重影响机组运行的经济性，此外汽温的大幅度波动也会对汽轮机设备造成严重危害甚至导致机组跳闸。

减温水是调节汽温的重要手段，目前机组通常采用单回路或串级pid对减温水调门进行控制。但是，当燃机快速调整负荷时，排气温度迅速发生大幅变化，常规控制方案的调节速度难以满足机组运行的实际需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的主要目的在于提供一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法及装置，实现减温水的超前调节，提高调节快速性，提高减温水控制品质，进而提高机组运行的安全性和经济性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法，所述方法包括：

获取减温器后温度，并根据预设的汽温设定值与所述减温器后温度，确定汽温控制目标值；

获取汽温实际值及燃机机组负荷，并根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定pid控制器输入值；

根据所述汽温实际值及所述燃机机组负荷，确定汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈；

将所述pid控制器输入值输入至pid控制器，并根据所述汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈，得到减温水阀门开度指令。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据预设的汽温设定值与所述减温器后温度，确定汽温控制目标值包括：

根据所述减温器后温度，确定减温器后温度微分；

根据所述减温器后温度微分与所述汽温设定值，确定所述汽温控制目标值。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定pid控制器输入值包括：

根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定所述汽温控制目标值与所述汽温实际值的差值，将所述差值作为pid控制器输入值。

可选的，在本发明一实施例中，所述将所述pid控制器输入值输入至pid控制器，并根据所述汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈，得到减温水阀门开度指令包括：

根据所述汽温实际值微分前馈及所述燃机机组负荷微分前馈，利用前馈系数计算与限幅计算，得到汽温实际值微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度；

根据所述燃机机组负荷前馈，利用预设关系函数，得到燃机机组负荷前馈对应的阀门开度；

将所述pid控制器输入值、汽温实际值微分前馈对应的阀门开度、燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷前馈对应的阀门开度输入至pid控制器，得到减温水阀门开度指令。

本发明实施例还提供一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制装置，所述装置包括：

控制目标模块，用于获取减温器后温度，并根据预设的汽温设定值与所述减温器后温度，确定汽温控制目标值；

输入值模块，用于获取汽温实际值及燃机机组负荷，并根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定pid控制器输入值；

前馈模块，用于根据所述汽温实际值及所述燃机机组负荷，确定汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈；

阀门开度模块，用于将所述pid控制器输入值输入至pid控制器，并根据所述汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈，得到减温水阀门开度指令。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制目标模块包括：

减温器单元，用于根据所述减温器后温度，确定减温器后温度微分；

控制目标单元，用于根据所述减温器后温度微分与所述汽温设定值，确定所述汽温控制目标值。

可选的，在本发明一实施例中，所述输入值模块还用于根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定所述汽温控制目标值与所述汽温实际值的差值，将所述差值作为pid控制器输入值。

可选的，在本发明一实施例中，所述阀门开度模块包括：

第一开度单元，用于根据所述汽温实际值微分前馈及所述燃机机组负荷微分前馈，利用前馈系数计算与限幅计算，得到汽温实际值微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度；

第二开度单元，用于根据所述燃机机组负荷前馈，利用预设关系函数，得到燃机机组负荷前馈对应的阀门开度；

开度指令单元，用于将所述pid控制器输入值、汽温实际值微分前馈对应的阀门开度、燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷前馈对应的阀门开度输入至pid控制器，得到减温水阀门开度指令。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

本发明还提供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执行上述方法的计算机程序。

本发明通过将燃机机组负荷作为前馈引入汽温控制方案，在负荷变化的同时调整减温水量，提高了汽温控制系统减温水调门的调节速率，改善了汽温控制品质，克服了汽温大惯性特性对控制系统的不利影响，避免了变负荷过程中的汽温超温问题，提高了机组运行的安全性。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中减温水单回路pid控制方案示意图；

图2为现有技术中减温水串级pid控制方案示意图；

图3为本发明实施例一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法的流程图；

图4为本发明实施例中燃气蒸汽联合循环机组汽温控制优化原理示意图；

图5为本发明实施例中汽温控制方案优化示意图；

图6为本发明实施例中确定汽温控制目标值的流程图；

图7为本发明实施例中得到减温水阀门开度指令的流程图；

图8为本发明实施例一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制装置的结构示意图；

图9为本发明实施例中控制目标模块的结构示意图；

图10为本发明实施例中阀门开度模块的结构示意图；

图11为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法及装置。

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作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。

目前，燃气蒸汽联合循环机组通常采用单回路或串级pid实现减温水控制，其中单回路pid控制方案如图1所示，串级pid控制方案如图2所示。

从图1中可以看出，被控对象为汽温，执行机构为减温水调门。由于汽温对于减温水存在一定的响应滞后，仅采用pid控制器难以实现较好的控制效果，单回路pid控制方案中采用减温器后温度的微分对汽温设定值进行修正，当减温水量增加时，减温器后温度快速下降，对应的微分量为负值，叠加在汽温设定值上可以减少设定值与实际值的偏差，从而减少减温水的喷入量，避免大幅超调。同时，采用实际汽温的微分作为前馈，当汽温升高时提前调节减温水调门，提高控制器的调节速度。但是，由于汽温调节存在大惯性、大延时的特点，仅采用单回路控制策略难以实现汽温的快速、准确控制。

与单回路pid相比，串级pid控制具有调节速度快、克服内扰能力强的特点，对于大惯性系统具有更好的控制效果，串级pid控制方案如图2所示。从图2中可以看出，主回路控制对象为汽温，主回路pid输出的减温水流量为副回路的设定值。副回路pid将减温水流量作为控制对象，根据减温水流量设定值与实际值的偏差调整调门开度，副回路pid同样采用汽温的微分作为前馈。

目前燃气-蒸汽联合循环机组排气温度通常为定值，汽机汽温仅存在短暂的小幅波动，常规控制策略可以满足运行需求。燃机燃烧器升级改造后，燃机变负荷过程中排气温度会随负荷不断变化，排气温度的变化通过热传递会影响汽机汽温，造成汽温快速大幅波动。现有控制方案仅采用实际汽温的微分作为前馈量，在快速性上难以满足实际运行需求，容易出现超温问题，影响机组运行安全。

相比单回路pid控制方案，串级pid具有更快的调节速度。但是，由于部分机组减温水流量测点不准确，或者测点位置设计不合理，无法反映实际减温水流量，造成串级控制方案失效，汽温控制只能采用单回路pid方案。此类机组在实际运行过程中更容易出现汽温失控问题，严重威胁机组运行的安全性。

如图3所示为本发明实施例一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法的流程图，本发明实施例提供的燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法的执行主体包括但不限于计算机。图中所示方法包括：

步骤s1，获取减温器后温度，并根据预设的汽温设定值与所述减温器后温度，确定汽温控制目标值；

步骤s2，获取汽温实际值及燃机机组负荷，并根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定pid控制器输入值；

步骤s3，根据所述汽温实际值及所述燃机机组负荷，确定汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈；

步骤s4，将所述pid控制器输入值输入至pid控制器，并根据所述汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈，得到减温水阀门开度指令。

其中，本发明针对燃机燃烧器升级改造后，燃机排气温度随负荷快速变化，减温水调节速率不足，引起汽机汽温大幅波动的问题。将燃机机组负荷引入汽温控制方案中，将机组负荷折算为减温水调门开度作为前馈量，在机组变负荷过程中及时调整减温水流量，避免汽温大惯性、大延迟特性对调节品质的不利影响。燃气蒸汽联合循环机组汽温控制优化原理示意图如图4所示。

进一步的，本发明实施例中汽温控制方案优化示意图如图5所示，汽温控制目标值由汽温设定值及减温器后温度的微分组成，汽温设定值为手动输入，控制目标值与汽温实际值的差值作为pid控制器的输入。汽温控制前馈由三部分组成，汽温实际值微分前馈、机组负荷前馈及机组负荷微分前馈。其中，汽温和负荷微分前馈经前馈系数及限幅环节计算得出调门开度，负荷前馈通过机组负荷—调门开度函数将负荷的变化转化为减温水调门的开度。汽温控制方案经本发明进行优化后，燃机机组负荷变化的同时减温水调门也会同步调整，提高了控制系统的响应速度，提高了汽温控制品质，避免了超温问题，提高了机组运行安全性。

作为本发明的一个实施例，如图6所示，根据预设的汽温设定值与所述减温器后温度，确定汽温控制目标值包括：

步骤s11，根据所述减温器后温度，确定减温器后温度微分；

步骤s12，根据所述减温器后温度微分与所述汽温设定值，确定所述汽温控制目标值。

其中，汽温控制目标值由汽温设定值及减温器后温度的微分组成，汽温设定值为手动输入。

作为本发明的一个实施例，所述根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定pid控制器输入值包括：根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定所述汽温控制目标值与所述汽温实际值的差值，将所述差值作为pid控制器输入值。

其中，控制目标值与汽温实际值的差值作为pid控制器的输入。

作为本发明的一个实施例，如图7所示，所述将所述pid控制器输入值输入至pid控制器，并根据所述汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈，得到减温水阀门开度指令包括：

步骤s41，根据所述汽温实际值微分前馈及所述燃机机组负荷微分前馈，利用前馈系数计算与限幅计算，得到汽温实际值微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度；

步骤s42，根据所述燃机机组负荷前馈，利用预设关系函数，得到燃机机组负荷前馈对应的阀门开度；

步骤s43，将所述pid控制器输入值、汽温实际值微分前馈对应的阀门开度、燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷前馈对应的阀门开度输入至pid控制器，得到减温水阀门开度指令。

其中，汽温控制前馈由三部分组成，汽温实际值微分前馈、机组负荷前馈及机组负荷微分前馈。其中，汽温和负荷微分前馈经前馈系数及限幅环节计算得出调门开度，负荷前馈通过机组负荷—调门开度函数将负荷的变化转化为减温水调门的开度。由于排气温度与蒸汽温度之间存在着强耦合关系，可以将机组负荷作为前馈量，实现减温水的超前调节，提高调节快速性，提高减温水控制品质，进而提高机组运行的安全性和经济性。

本发明通过将燃机机组负荷作为前馈引入汽温控制方案，通过机组负荷—调门开度函数及机组负荷的微分，将负荷的变化转化为减温水调门的开度，在负荷变化的同时调整减温水量，提高了汽温控制系统的调节速率，改善了汽温控制品质。

进一步的，针对燃烧器改造后排气温度随负荷变化的燃气-蒸汽联合循环机组，本发明技术方案有效提高了减温水调门的调节速率，克服了汽温大惯性特性对控制系统的不利影响，改善了汽温控制品质，避免了变负荷过程中的汽温超温问题，提高了机组运行的安全性。

如图8所示为本发明实施例一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制装置的结构示意图，图中所示装置包括：

控制目标模块10，用于获取减温器后温度，并根据预设的汽温设定值与所述减温器后温度，确定汽温控制目标值；

输入值模块20，用于获取汽温实际值及燃机机组负荷，并根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定pid控制器输入值；

前馈模块30，用于根据所述汽温实际值及所述燃机机组负荷，确定汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈；

阀门开度模块40，用于将所述pid控制器输入值输入至pid控制器，并根据所述汽温实际值微分前馈、燃机机组负荷微分前馈及燃机机组负荷前馈，得到减温水阀门开度指令。

其中，本发明针对燃机燃烧器升级改造后，燃机排气温度随负荷快速变化，减温水调节速率不足，引起汽机汽温大幅波动的问题。将燃机机组负荷引入汽温控制方案中，将机组负荷折算为减温水调门开度作为前馈量，在机组变负荷过程中及时调整减温水流量，避免汽温大惯性、大延迟特性对调节品质的不利影响。

进一步的，汽温控制目标值由汽温设定值及减温器后温度的微分组成，汽温设定值为手动输入，控制目标值与汽温实际值的差值作为pid控制器的输入。汽温控制前馈由三部分组成，汽温实际值微分前馈、机组负荷前馈及机组负荷微分前馈。其中，汽温和负荷微分前馈经前馈系数及限幅环节计算得出调门开度，负荷前馈通过机组负荷—调门开度函数将负荷的变化转化为减温水调门的开度。汽温控制方案经本发明进行优化后，燃机机组负荷变化的同时减温水调门也会同步调整，提高了控制系统的响应速度，提高了汽温控制品质，避免了超温问题，提高了机组运行安全性。

作为本发明的一个实施例，如图9所示，所述控制目标模块10包括：

减温器单元11，用于根据所述减温器后温度，确定减温器后温度微分；

控制目标单元12，用于根据所述减温器后温度微分与所述汽温设定值，确定所述汽温控制目标值。

作为本发明的一个实施例，所述输入值模块还用于根据所述汽温实际值与所述汽温控制目标值，确定所述汽温控制目标值与所述汽温实际值的差值，将所述差值作为pid控制器输入值。

作为本发明的一个实施例，如图10所示，所述阀门开度模块40包括：

第一开度单元41，用于根据所述汽温实际值微分前馈及所述燃机机组负荷微分前馈，利用前馈系数计算与限幅计算，得到汽温实际值微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度；

第二开度单元42，用于根据所述燃机机组负荷前馈，利用预设关系函数，得到燃机机组负荷前馈对应的阀门开度；

开度指令单元43，用于将所述pid控制器输入值、汽温实际值微分前馈对应的阀门开度、燃机机组负荷微分前馈对应的阀门开度及燃机机组负荷前馈对应的阀门开度输入至pid控制器，得到减温水阀门开度指令。

基于与上述一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制装置。由于该一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制装置解决问题的原理与一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法相似，因此该一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制装置的实施可以参见一种燃气蒸汽联合循环机组汽温控制方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明通过将燃机机组负荷作为前馈引入汽温控制方案，在负荷变化的同时调整减温水量，提高了汽温控制系统减温水调门的调节速率，改善了汽温控制品质，克服了汽温大惯性特性对控制系统的不利影响，避免了变负荷过程中的汽温超温问题，提高了机组运行的安全性。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

本发明还提供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执行上述方法的计算机程序。

如图11所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图11中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图11中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图11所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。

其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。

输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。

该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。

存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。

通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。

基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。