风压控制信号的双向加速方法及一次风压控制系统与流程

1.本技术涉及火电机组过程控制技术领域，尤其涉及一种风压控制信号的双向加速方法及一次风压控制系统。


背景技术：

2.燃煤火电机组的一次风压控制系统用于控制风管风压，以使风管风压保持在给定值。但是，目前的一次风压控制系统存在一次风压偏差较大的问题，即一次风压值与一次风压给定值的偏差较大，导致出现风压高造成火嘴脱火，风压过低、风量过小造成堵管，烧坏火嘴等不良现象。
3.目前，风管风压控制主要采用工程最速积分器(engineering fastest integrator，efi)，将efi运用于一次风压控制系统，但efi本身无法最大化降低一次风压偏差，所以需要针对一次风压控制的有效辅助方法。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种风压控制信号的双向加速方法及一次风压控制系统，以解决当前一次风压控制系统无法最大化降低一次风压偏差的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本技术提供了一种风压控制信号的双向加速方法，应用于双向微分加速器，所述双向微分加速器包括输入微分器、正向微分信号加速单元、负向微分信号加速单元和输出加法器，所述方法包括：
6.利用所述输入微分器，对风压控制信号进行信号转换，得到目标风压控制信号；
7.利用所述正向微分信号加速单元，对所述目标风压控制信号进行正向加速，生成正向加速信号；
8.利用所述负向微分信号加速单元，对所述目标风压控制信号进行负向加速，生成负向加速信号；
9.利用所述输出加法器，对所述正向加速信号与所述负向加速信号进行加法运算，生成双向加速信号。
10.作为优选，所述利用所述输入微分器，对风压控制信号进行信号转换，得到目标风压控制信号，包括：
11.利用所述输入微分器，将所述风压控制信号中的上升趋势转换为正极偏差信号，将所述风压控制信号中的下降趋势转换为负极偏差信号，所述正极偏差信号和所述负极偏差信号组成所述目标风压控制信号。
12.作为优选，所述正向微分信号加速单元包括第一正反馈加速器、第一微分器、正向输出控制器和第一加法器，所述第一正反馈加速器用于信号加速，所述第一正反馈加速器的输入端与所述输入微分器的输出端连接，所述第一正反馈加速器的输出端与所述第一微分器的输入端连接；
13.所述第一微分器的输出端与所述正向输出控制器的输入端连接，所述第一加法器
的输入端分别与所述输入微分器的输出端和所述正向输出控制器的输出端连接，所述第一加法器的输出端与所述输出加法器的输入端连接，所述第一加法器用于输出所述正向加速信号。
14.作为优选，所述第一加法器为：
15.aa(t)＝ind(t) foc(t)；
16.其中，aa(t)为所述第一加法器的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号，foc(t)为所述正向输出控制器的输出信号。
17.作为优选，所述负向微分信号加速单元包括第二正反馈加速器、第二微分器、正向输出控制器和第二加法器，所述第二正反馈加速器用于信号加速，所述第二正反馈加速器的输入端与所述输入微分器的输出端连接，所述第二正反馈加速器的输出端与所述第二微分器的输入端连接；
18.所述第二微分器的输出端与所述负向输出控制器的输入端连接，所述第二加法器的输入端分别与所述输入微分器的输出端和所述负向输出控制器的输出端连接，所述第二加法器的输出端与所述输出加法器的输入端连接，所述第二加法器用于输出所述负向加速信号。
19.作为优选，所述第二加法器为：
20.ab(t)＝ind(t) noc(t)；
21.其中，ab(t)为所述第二加法器的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号，noc(t)为所述负向输出控制器的输出信号。
22.作为优选，所述输出加法器为：
23.outa(t)＝aa(t) ab(t)；
24.其中，outa(t)为所述输出加法器的输出信号，aa(t)为所述第一加法器的输出信号，ab(t)为所述第二加法器的输出信号。
25.第二方面，本技术还提供一种一次风压控制系统，包括控制器，所述控制器包括串级比例控制器、工程最速积分器、负比例环节和第一方面所述的双向微分加速器；
26.所述串级比例控制器的输入端用于接收风压控制信号，所述风压控制信号为一次风压控制系统的一次风压信号与一次风压给定信号之间的偏差信号，所述串级比例控制器的输出端分别与所述工程最速积分器的输入端和所述双向微分加速器的输入端连接，所述负比例环节的输入端分别与所述工程最速积分器的输出端和所述双向微分加速器的输入端连接；
27.所述控制器为：
28.c(s)＝k
cpc
[efi(s) ddsa(s)]；
[0029]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ddsa(s)为双向微分加速器的传递函数，k
cpc
为所述串级比例控制器的增益。
[0030]
作为优选，所述工程最速积分器的传递函数为：
[0031][0032]
其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0033]
作为优选，所述双向微分加速器的传递函数为：
[0034][0035]
其中，t
ind
为输入微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，ia(t)为第一正反馈加速器中第一积分加速器的输出信号，t
ia
为第一积分加速器的积分时间常数，t
da
为第一微分器的微分时间常数，k
da
为第一微分器的微分增益，ib(t)为第二正反馈加速器中第二积分加速器的输出信号，t
ib
为第二积分加速器的积分时间常数，t
db
为第二微分器的微分时间常数，k
db
为第二微分器的微分增益。
[0036]
与现有技术相比，本技术至少存在以下有益效果：
[0037]
通过利用所述输入微分器，对风压控制信号进行信号转换，得到目标风压控制信号；利用所述正向微分信号加速单元，对所述目标风压控制信号进行正向加速，生成正向加速信号；利用所述负向微分信号加速单元，对所述目标风压控制信号进行负向加速，生成负向加速信号；利用所述输出加法器，对所述正向加速信号与所述负向加速信号进行加法运算，生成双向加速信号。本技术的双向微分加速器通过所述输入微分器使控制过程的风压控制信号转换为微分信号，再利用正向微分信号加速单元和负向微分信号加速单元，实现风压控制信号的双向加速，以使风压控制信号的输出时间缩短，有效抑制风压偏差问题。同时将该双向微分加速器用于构建火电机组的一次风压控制系统，减小一次风压偏差，最终增强控制效果。
[0038]
此外，本技术通过积分限幅器对积分加速器的输出进行条件限幅，并配合输入微分器和双向加速，解决当前缺乏针对风压偏差问题的辅助抑制技术的问题，有效抑制火电机组的一次风压控制系统的风压制过程的双向超压问题，降低风管风压偏差，从而能够提高风压控制效果。
附图说明
[0039]
图1为本技术实施例示出的风压控制信号的双向加速方法的流程示意图；
[0040]
图2为本技术一实施例示出的双向微分加速器的结构示意图；
[0041]
图3为本技术另一实施例示出的双向微分加速器的结构示意图；
[0042]
图4为本技术实施例示出的双向微分加速器的信号流向示意图；
[0043]
图5为本技术实施例示出的双向微分加速器的提取结果示意图；
[0044]
图6为本技术实施例示出的一次风压控制系统的结构示意图；
[0045]
图7为本技术实施例示出的一次风压控制系统的控制结果示意图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0047]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0048]
应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0049]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0050]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0051]
在本技术描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0052]
在本技术描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0053]
请参照图1，图1为本技术实施例提供的一种风压控制信号的双向加速方法的流程示意图。本技术实施例的风压控制信号的双向加速方法可应用于双向微分加速器，双向微分加速器可集成于计算机设备，该计算机设备包括但不限于智能手机、笔记本电脑、平板电脑、桌上型计算机、物理服务器和云服务器等设备。
[0054]
可选地，如图2所示的双向微分加速器的结构示意图。所述双向微分加速器(double differential signal accelerator，ddsa)包括输入微分器21、正向微分信号加速单元22、负向微分信号加速单元23和输出加法器24。
[0055]
如图1所示，本实施例的方法包括步骤s101至步骤s104，详述如下：
[0056]
步骤s101，利用所述输入微分器，对风压控制信号进行信号转换，得到目标风压控
制信号。
[0057]
在本步骤中，风压控制信号为过程信号，输入微分器为将风压控制信号转换为微分信号，即目标风压控制信号。可选地，所述风压控制信号为一次风压控制系统的一次风压信号与一次风压给定信号之间的偏差信号，以针对一次风压控制系统在风压控制过程中的双向超压问题进行抑制，提高一次风压控制系统的风压控制效果。
[0058]
在一些实施例中，所述步骤s101，包括：
[0059]
利用所述输入微分器，将所述风压控制信号中的上升趋势转换为正极偏差信号，将所述风压控制信号中的下降趋势转换为负极偏差信号，所述正极偏差信号和所述负极偏差信号组成所述目标风压控制信号。
[0060]
在本实施例中，为了信号双向加速，利用输入微分器在将风压控制信号转换为微分信号的过程中，将风压控制信号的上升趋势转换为正极偏差信号，即输入微分器的输出信号为正，将风压控制信号的下降趋势转换为负极偏差信号，即输入微分器的输出信号为负。将正极偏差信号输入到正向微分信号加速单元进行正向加速，将负极偏差信号输入到负向微分信号加速单元进行负向加速。
[0061]
可选地，所述输入微分器在对风压控制信号进行信号转换时的函数表达式为：
[0062][0063]
其中，ind(s)为输入微分器的传递函数，t
ind
为微分时间常数，s为拉普拉斯算子。
[0064]
步骤s102，利用所述正向微分信号加速单元，对所述目标风压控制信号进行正向加速，生成正向加速信号。
[0065]
在本步骤中，正向微分信号加速单元对输入微分器输出的正极偏差信号进行信号加速，生成正向加速信号。
[0066]
在一些实施例中，如图3所示，所述正向微分信号加速单元22包括第一正反馈加速器221、第一微分器222、正向输出控制器223和第一加法器224，所述第一正反馈加速器221用于信号加速，所述第一正反馈加速器221的输入端与所述输入微分器21的输出端连接，所述第一正反馈加速器221的输出端与所述第一微分器222的输入端连接；
[0067]
所述第一微分器222的输出端与所述正向输出控制器223的输入端连接，所述第一加法器224的输入端分别与所述输入微分器21的输出端和所述正向输出控制器223的输出端连接，所述第一加法器224的输出端与所述输出加法器24的输入端连接，所述第一加法器224用于输出所述正向加速信号。
[0068]
在本实施例中，第一正反馈加速器221包括第一正反馈环节2211、第一积分加速器2212和第二积分限幅器2213。所述正反馈环节2211，用于控制所述第一积分加速器2212进行加速；所述第一积分加速器2212，用于对所述目标风压控制信号进行正向加速；所述第一积分限幅器2213，用于对所述第一积分加速器2212的输出信号进行限幅。
[0069]
其中，正反馈环节2211的输出端与第一微分器222的输入端和第一积分加速器2212的输入端连接，以将目标风压控制信号输入到第一积分加速器2212进行加速，第一积分加速器2212将加速后的信号输出给正反馈环节2211，当正反馈环节2211确认过程信号加速完成后，则第一积分加速器2212加速后的信号输出给第一微分器222。
[0070]
其中，在第一积分加速器2212与第一积分限幅器2213连接，以在第一积分加速器
2212对过程信号进行加速时，对第一积分加速器2212输出的信号进行直接限幅。
[0071]
如图3所示，将输入微分器输出的目标风压控制信号输入到正反馈环节，正反馈环节控制第一积分加速器进行加速。其中通过第一积分限幅器对目标风压控制信号中的正极信号进行限幅，以使第一积分加速器对正极信号进行加速，通过第一积分限幅器对第一积分加速器输出的加速信号进行条件限幅，并反馈至正反馈环节。当正反馈环节确认第一积分加速器的加速过程结束时，将加速信号输入到第一微分器，以利用第一微分器提取加速信号中的微分信号，得到第一微分输出信号；最后将第一微分输出信号输入到正向输出控制器，以提取第一微分输出信号中的目标正极信号，实现正向加速。
[0072]
在一些实施例中，所述第一积分加速器为：
[0073][0074]
所述第一积分限幅器为：
[0075][0076]
其中，ia(s)为所述第一积分加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，t
ia
为所述第一积分加速器的积分时间常数，ia(t)为所述第一积分加速器的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号。
[0077]
所述第一微分器为：
[0078][0079]
其中，da(s)为所述第一微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，t
da
为所述第一微分器的微分时间常数，k
da
为所述第一微分器的微分增益；
[0080]
所述正向输出控制器为：
[0081][0082]
其中，foc(t)为所述正向输出控制器的输出信号，da(t)为所述第一微分器的输出信号。
[0083]
可选地，所述第一加法器为：
[0084]
aa(t)＝ind(t) foc(t)；
[0085]
其中，aa(t)为所述第一加法器的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号，foc(t)为所述正向输出控制器的输出信号。
[0086]
步骤s103，利用所述负向微分信号加速单元，对所述目标风压控制信号进行负向加速，生成负向加速信号。
[0087]
在本步骤中，负向微分信号加速单元对输入微分器输出的负极偏差信号进行信号加速，生成负向加速信号。
[0088]
在一些实施例中，如图3所示，所述负向微分信号加速单元23包括第二正反馈加速器231、第二微分器232、正向输出控制器233和第二加法器234，所述第二正反馈加速器231
用于信号加速，所述第二正反馈加速器231的输入端与所述输入微分器21的输出端连接，所述第二正反馈加速器231的输出端与所述第二微分器232的输入端连接；
[0089]
所述第二微分器232的输出端与所述负向输出控制器233的输入端连接，所述第二加法器234的输入端分别与所述输入微分器21的输出端和所述负向输出控制器233的输出端连接，所述第二加法器234的输出端与所述输出加法器24的输入端连接，所述第二加法器234用于输出所述负向加速信号。
[0090]
在本实施例中，第二正反馈加速器231包括第二正反馈环节2311、第二积分加速器2312和第二积分限幅器2313。所述正反馈环节2311，用于控制所述第二积分加速器2312进行加速；所述第二积分加速器2312，用于对所述目标风压控制信号进行负向加速；所述第二积分限幅器2313，用于对所述第二积分加速器2312的输出信号进行限幅。
[0091]
其中，正反馈环节2311的输出端与第二微分器232的输入端和第二积分加速器2312的输入端连接，以将目标风压控制信号输入到第二积分加速器2312进行加速，第二积分加速器2312将加速后的信号输出给正反馈环节2311，当正反馈环节2311确认过程信号加速完成后，则第二积分加速器2312加速后的信号输出给第二微分器232。
[0092]
其中，在第二积分加速器2312与第二积分限幅器2313连接，以在第二积分加速器2312对过程信号进行加速时，对第二积分加速器2312输出的信号进行直接限幅。
[0093]
如图3所示，将输入微分器输出的目标风压控制信号输入到正反馈环节，正反馈环节控制第二积分加速器进行加速。其中通过第二积分限幅器对目标风压控制信号中的负极信号进行限幅，以使第二积分加速器对负极信号进行加速，通过第二积分限幅器对第二积分加速器输出的加速信号进行条件限幅，并反馈至正反馈环节。当正反馈环节确认第二积分加速器的加速过程结束时，将加速信号输入到第二微分器，以利用第二微分器提取加速信号中的微分信号，得到第二微分输出信号；最后将第二微分输出信号输入到负向输出控制器，以提取第二微分输出信号中的目标负极信号，实现负向加速。
[0094]
在一些实施例中，所述第二积分加速器为：
[0095][0096]
所述第二积分限幅器为：
[0097][0098]
其中，ib(s)为所述第二积分加速器的传递函数，s为拉普拉斯算子，t
ib
为所述第二积分加速器的积分时间常数，ib(t)为所述第二积分加速器的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号。
[0099]
所述第二微分器为：
[0100][0101]
其中，db(s)为所述第二微分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，t
db
为所述第二微分器的微分时间常数，k
db
为所述第二微分器的微分增益；
[0102]
所述负向输出控制器为：
[0103][0104]
其中，noc(t)为所述负向输出控制器的输出信号，db(t)为所述第二微分器的输出信号。
[0105]
可选地，所述第二加法器为：
[0106]
ab(t)＝ind(t) noc(t)；
[0107]
其中，ab(t)为所述第二加法器的输出信号，ind(t)为所述输入微分器的输出信号，noc(t)为所述负向输出控制器的输出信号。
[0108]
步骤s104，利用所述输出加法器，对所述正向加速信号与所述负向加速信号进行加法运算，生成双向加速信号。
[0109]
在本步骤中，通过输出加法器对风压控制信号中上升趋势对应的正向加速信号和风压控制信号中下降趋势对应的负向加速信号进行信号合成，以生成完整的双向加速信号，实现过程信号加速，从而使控制系统能够超前观测到过程信号，以能够提前进行信号控制。
[0110]
可选地，所述输出加法器为：
[0111]
outa(t)＝aa(t) ab(t)；
[0112]
其中，outa(t)为所述输出加法器的输出信号，aa(t)为所述第一加法器的输出信号，ab(t)为所述第二加法器的输出信号。
[0113]
作为示例而非限定，图4示出了双向微分加速器的信号流向示意图。如图4所示，采用ddsa，对5阶惯性过程(five order inertia process，foip)在单位阶跃输入信号的双向微分信号进行加速观测。其中，五阶惯性过程foip为：
[0114][0115]
其中，foip(s)为5阶惯性过程foip的传递函数，t
foip
为foip时间常数，单位为s。
[0116]
在t
ind
＝100s，t
ia
＝t
ib
＝100s，t
da
＝t
db
＝100s，k
da
＝k
db
＝4，t
foip
＝100s，foip输入为单位阶跃信号，得到过程双向微分加速观测结果，如图5所示。在t＝0s时刻，单位阶跃输入信号为风压控制信号，在t＝1200s时刻，风压控制信号单位负阶跃变化。pv
foip
(t)为5阶惯性过程foip在单位阶跃输入的过程输出信号，pv
ind
(t)为输入微分器的输出信号，pv
ddsa
(t)为双向微分加速器的输出信号。可见，ddsa输出信号明显超前于输入微分器的输出信号。
[0117]
请参见图6，本技术还提供一次风压控制系统的结构示意图。如图6所示，该系统包括控制器(controller，c)和控制过程(controller process，cp)，所述控制器包括串级比例控制器(cascade proportional controller，cpc)、工程最速积分器(engineering fastest integrator，efi)、负比例环节(－1)和如图2或图3所示的双向微分加速器ddsa；
[0118]
所述串级比例控制器的输入端用于接收风压控制信号，所述风压控制信号为一次风压控制系统的一次风压信号与一次风压给定信号之间的偏差信号，所述串级比例控制器的输出端分别与所述工程最速积分器的输入端和所述双向微分加速器的输入端连接，所述负比例环节的输入端分别与所述工程最速积分器的输出端和所述双向微分加速器的输入
端连接；
[0119]
所述控制器为：
[0120]
c(s)＝k
cpc
[efi(s) ddsa(s)]；
[0121]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efi(s)为工程最速积分器的传递函数，ddsa(s)为双向微分加速器的传递函数，k
cpc
为所述串级比例控制器的增益。
[0122]
可选地，所述工程最速积分器的传递函数为：
[0123][0124]
其中，efpi(s)为工程最速积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，n为工程最速积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0125]
可选地，所述双向微分加速器的传递函数为：
[0126][0127]
其中，t
ind
为输入微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，ia(t)为第一正反馈加速器中第一积分加速器的输出信号，t
ia
为第一积分加速器的积分时间常数，t
da
为第一微分器的微分时间常数，k
da
为第一微分器的微分增益，ib(t)为第二正反馈加速器中第二积分加速器的输出信号，t
ib
为第二积分加速器的积分时间常数，t
db
为第二微分器的微分时间常数，k
db
为第二微分器的微分增益。
[0128]
作为示例而非限定，将所述控制器c应用于某电厂600mw超临界火电机组的一次风压控制系统，得到控制结果，如图7所示。在10：00之后加入双向微分加速器ddsa，其中在未加入ddsa前，相对一次风管压力给定值，一次风压控制系统的一次风管压力最大偏差为0.33kpa/－0.25kpa。在加入ddsa后，一次风管压力最大偏差为0.2kpa/－0.16kpa。可见，ddsa对抑制一次风压的偏差有较好的作用。
[0129]
在本技术所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
[0130]
所述功能如果以软件功能模块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，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计
算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0131]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。