超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法及其控制回路
技术领域
本发明涉及锅炉机组中间点温度控制技术领域，尤其涉及一种超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法及其控制回路。
背景技术
目前超临界机组的中间点温度控制方案采用一个PID控制回路，在CRT操作画面内对中间点温度进行设定或者由锅炉热负荷通过折算给出中间点温度设定值，再通过PID控制回路输出相应的给水流量修正值和给煤量的修正值，这两个修正值分别作用于给水流量指令和燃料量指令回路内，从而对中间点温度进行实时校正，其中间点温度控制回路如图1所示，图中：
SP-T，中间点温度设定值；
PV-T，中间点温度反馈值(001、002表示输入量的流水号)；
SUB，减法功能模块；
PID，比例-积分-微分控制器；
F(X)，折线函数模块，下标数字为第几个折线函数；
FW，控制回路输出值为给水量修正值；
CW，控制回路输出值为燃料量修正值；
FW-X，给水量修正值将成为下一个控制回路的输入量；
CW-X，燃料量修正值将成为下了一个控制回路的输入量。
图1中函数F1(X)和F2(X)的作用方向是相反的，当中间点温度设定值比实际值低的情况下，给水流量修正值输出为正，而燃料量修正值输出为负，反之亦然。
由于现有技术方案只是以中间点温度与设定值间的偏差大小来确定最终的给水量和燃料量的修正值，没有动态地、全局性考虑机组主蒸汽压力、入炉煤发热值等因素，从而产生了如下的情况：
①当中间点温度实际值和主汽压力都比设定值高的情况下，现有控制技术回路将增大给水流量的修正值，燃料指令修正值将会变小，而水对主蒸汽压力的作用比燃料量快，这样势必造成主汽压力的快速上升，主汽压力的升高导致锅炉主控对燃料量的降低，使系统趋于不稳定状态，从而影响机组的安全运行；
②当中间点温度实际值和主汽压力均低于设定值时，给水流量的修正值会变小，燃料量修正值将变大，由于燃料对主汽压力的作用比较缓慢，使主汽压力的下降速度加快，造成主汽压力偏离压力设定值就越大，经过长时间的调整，再缓慢地升高，从而引起锅炉主控系统的大幅调整和参数剧烈波动；
③当中间点温度实际值低于设定值，而主汽压力又比设定值偏高时，给水流量修正值会变小，燃料量修正值会变大，在一段时间内主汽压力和中间点温度趋于温度，得以控制，但由于燃料量的变大，水量变小，短暂稳态过后，将使主汽压力和中间点温度出现迅速升高的现象，从而使协调控制系统出现大幅调整和参数剧烈波动的情况；
④当中间点温度实际值偏高与设定值，同时主汽压力偏低于压力设定值时，给水流量修正值增加，燃料量修正值减小，由于燃料量的减少，主汽压力得不到锅炉热负荷的补偿，使主汽压力下降幅度增大，引起锅炉主控的的大幅调整和参数剧烈波动；
⑤调整中间点温度时，与主汽压力的控制存在耦合现象，使主汽压力偏离其设定值规定范围内，触发协调控制系统对主汽压力的反向补偿，损失了机组发电负荷，降低了机组AGC调节性能，影响了“两个细则”综合经济效益。
因此，现有的控制技术在控制中间点温度时产出了较多副作用，不利用机组的安全、稳定、经济运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法及其控制回路，实现了稳定中间点温度、主汽压力、给水流量、给煤量等机组运行参数的功能。减轻了运行人员的工作强度，提高了机组的安全、经济运行水平。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法，以主汽压力与其压力设定值之差△P为横坐标，以中间点温度与其温度设定值之差△T为纵坐标建立四象限坐标系，中间点温度控制方式如下：
当△T和△P均为正时，坐落于第一象限内，中间点温度和主汽压力的实际值均高于相对应的设定值，优先减少燃料量修正值；
当△T为正，△P为负时，坐落于第二象限内，中间点温度实际值高于其设定值，主汽压力实际值低于其设定值，优先增加给水流量修正值；
当△T和△P均为负时，坐落于第三象限内，中间点温度和主汽压力的实际值均低于相对应的设定值，优先增加燃料量修正值；
当△T为负，△P为正时，坐落于第四象限内，中间点温度实际值低于其设定值，主汽压力实际值高于其设定值，优先减少给水流量修正值。
本发明还提供一种应用所述超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法的控制回路，包括四象限PID控制回路，所述四象限PID控制回路包括中间点温度给水校正PID控制回路和燃煤校正PID控制回路以及数据处理模块，所述数据处理模块分别连接所述中间点温度给水校正PID控制回路和燃煤校正PID控制回路。
在本发明提供的所述控制回路的一种较佳实施例中，所述中间点温度给水校正PID控制回路包括依次连接的接收中间点温度设定值和反馈值的减法功能模块一、带死区的选择输出功能模块一、PID控制器一、加法功能模块一；
所述燃煤校正PID控制回路包括依次连接的接收中间点温度设定值和反馈值的减法功能模块二、带死区的选择输出功能模块二、PID控制器二、加法功能模块二；
所述数据处理模块包括前馈信号控制回路、折线函数模块一、模拟信号发生器、减法功能模块三、第一数据处理模块和第二数据处理模块，所述折线函数模块一的信号输入端连接所述前馈信号控制回路以及模拟信号发生器，其信号输出端分别连接所述第一数据处理模块和减法功能模块三，所述第一数据处理模块的信号输入端连接所述PID控制器一的信号输出端，其信号输出端连接所述加法功能模块一的信号输入端，所述减法功能模块三的信号输出端连接所述第二数据处理模块的信号输入端，所述第二数据处理模块的信号输入端连接所述PID控制器二的信号输出端，其信号输出端连接所述加法功能模块二的信号输入端，所述加法功能模块一和加法功能模块二分别输出给水量修正值和燃料量修正值。
在本发明提供的控制回路的一种较佳实施例中，所述第一数据处理模块包括依次连接的乘法功能模块一、高低限监视模块一、速率功能模块一；
所述第二数据处理模块包括依次连接的乘法功能模块二、高低限监视模块二、速率功能模块二。
在本发明提供的控制回路的一种较佳实施例中，所述前馈信号控制回路包括一象限前馈信号控制回路、二象限前馈信号控制回路、三象限前馈信号控制回路、四象限前馈信号控制回路，其中：
所述一象限前馈信号控制回路包括接受减法功能模块一或减法功能模块二信号的折线函数模块二、乘法功能模块三、接受主汽压力设定值和反馈值的减法功能模块四、折线函数模块三、乘法功能模块四、减法功能模块五和选择回路功能模块；所述折线函数模块二连接所述乘法功能模块三；所述减法功能模块四、折线函数模块三、乘法功能模块四依次连接；所述乘法功能模块三、乘法功能模块四分别连接所述减法功能模块五的输入端，所述减法功能模块五的输出端连接所述选择回路功能模块；
所述二象限前馈信号控制回路、三象限前馈信号控制回路、四象限前馈信号控制回路的结构与所述一象限前馈信号控制回路的结构相同。
在本发明提供的控制回路的一种较佳实施例中，还包括加法功能模块三，所述加法功能模块三的输入端分别连接所述一象限前馈信号控制回路、二象限前馈信号控制回路、三象限前馈信号控制回路、四象限前馈信号控制回路的选择回路功能模块的信号输出端，所述加法功能模块三的信号输入端连接所述折线函数模块一。
在本发明提供的控制回路的一种较佳实施例中，所述一象限前馈信号控制回路、二象限前馈信号控制回路、三象限前馈信号控制回路、四象限前馈信号控制回路的选择回路功能模块对应连接一象限前馈使能信号控制回路、二象限前馈使能信号控制回路、三象限前馈使能信号控制回路、四象限前馈使能信号控制回路，其中：
所述一象限前馈使能信号控制回路包括接受减法功能模块一或减法功能模块二信号的高值信号选择模块一和接受减法功能模块四的高值信号选择模块二，所述高值信号选择模块一和高值信号选择模块二均连接开关量与运算功能模块一，所述开关量与运算功能模块一连接所述一象限前馈信号控制回路的选择回路功能模块；
所述二象限前馈使能信号控制回路包括接受减法功能模块一或减法功能模块二信号的高值信号选择模块三和接受减法功能模块四的低值信号选择模块一，所述高值信号选择模块三和低值信号选择模块一均连接开关量与运算功能模块二，所述开关量与运算功能模块二连接所述二象限前馈信号控制回路的选择回路功能模块；
所述三象限前馈使能信号控制回路包括接受减法功能模块一或减法功能模块二信号的低值信号选择模块二和接受减法功能模块四的低值信号选择模块三，所述低值信号选择模块二和低值信号选择模块三均连接开关量与运算功能模块三，所述开关量与运算功能模块三连接所述三象限前馈信号控制回路的选择回路功能模块；
所述四象限前馈使能信号控制回路包括接受减法功能模块一或减法功能模块二信号的低值信号选择模块四和接受减法功能模块四的高值信号选择模块四，所述低值信号选择模块四和高值信号选择模块四均连接开关量与运算功能模块四，所述开关量与运算功能模块四连接所述四象限前馈信号控制回路的选择回路功能模块。
与现有技术相比，本发明提供的超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法及其控制回路的有益效果是：本发明采用的所述控制方法，在保证中间点温度符合机组运行要求的同时还能保证主汽压力波动幅度小，给水流量、给煤量等运行参数波动变小；且中间点温度控制效果改善后主汽温度也会稳定，受热面超温现象明显减少，爆管的情况也几乎不会发生，大大减少了电厂的经济损失；本发明采用所述控制方法后，对其它相关的控制系统干扰也较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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它的附图，其中：
图1是本发明提供的传统的中间点温度控制回路的SAMA图；
图2是本发明提供的中间点温度四象限控制方法的原理图；
图3是本发明提供的所述四象限PID控制回路的SAMA图；
图4是本发明提供的所述一象限前馈信号控制回路的SAMA图；
图5是本发明提供的所述二象限前馈信号控制回路的SAMA图；
图6是本发明提供的所述三象限前馈信号控制回路的SAMA图；
图7是本发明提供的所述四象限前馈信号控制回路的SAMA图；
图8是本发明提供的所述前馈信号控制回路的SAMA图；
图9是本发明提供的所述一象限前馈使能信号控制回路的SAMA图；
图10是本发明提供的所述二象限前馈使能信号控制回路的SAMA图；
图11是本发明提供的所述三象限前馈使能信号控制回路的SAMA图；
图12是本发明提供的所述四象限前馈使能信号控制回路的SAMA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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，本发明提供一种超临界直流锅炉机组中间点温度四象限控制方法，以主汽压力与其压力设定值之差△P为横坐标，以中间点温度与其温度设定值之差△T为纵坐标建立四象限坐标系，中间点温度控制方式如下：
当△T和△P均为正时，坐落于第一象限内，中间点温度和主汽压力的实际值均高于相对应的设定值，优先减少燃料量修正值；
当△T为正，△P为负时，坐落于第二象限内，中间点温度实际值高于其设定值，主汽压力实际值低于其设定值，优先增加给水流量修正值；
当△T和△P均为负时，坐落于第三象限内，中间点温度和主汽压力的实际值均低于相对应的设定值，优先增加燃料量修正值；
当△T为负，△P为正时，坐落于第四象限内，中间点温度实际值低于其设定值，主汽压力实际值高于其设定值，优先减少给水流量修正值。
请参阅图3～图12，本发明还提供一种可采用上述控制方法进行中间点温度控制的控制回路。
如图3所示，本实施例的所述控制回路包括四象限PID控制回路，所述四象限PID控制回路包括中间点温度给水校正PID控制回路1和燃煤校正PID控制回路2以及数据处理模块3，所述数据处理模块3分别连接所述中间点温度给水校正PID控制回路1和燃煤校正PID控制回路2。
所述中间点温度给水校正PID控制回路1包括依次连接的接收中间点温度设定值和反馈值的减法功能模块一101、带死区的选择输出功能模块一102、PID控制器一103、加法功能模块一104；本实施例的所述减法功能模块一101将中间点温度设定值和反馈值进行计算，得到差值，即△T，所述带死区的选择输出功能模块一102，当输入量在死区范围内时，输出为0，当输入量大于死区值时，直接输出至PID控制器一103。
所述燃煤校正PID控制回路2包括依次连接的接收中间点温度设定值和反馈值的减法功能模块二201、带死区的选择输出功能模块二202、PID控制器二203、加法功能模块二204；本实施例的所述减法功能模块二201同理得到中间点温度设定值和反馈值的差值，即：△T，所述带死区的选择输出功能模块二202，当输入量在死区范围内时，输出为0，当输入量大于死区值时，直接输出至PID控制器二203。
所述数据处理模块3包括前馈信号控制回路4、折线函数模块一301、模拟信号发生器302、减法功能模块三303、第一数据处理模块304和第二数据处理模块305，所述折线函数模块一301的信号输入端连接所述前馈信号控制回路4以及模拟信号发生器302，其信号输出端分别连接所述第一数据处理模块304和减法功能模块三303，本实施例由所述前馈信号控制回路4提供前馈系数，并通过模拟信号发生器302输入变量，由所述折线函数模块一301进行处理，并分别输出信号至第一数据处理模块304和减法功能模块三303，所述减法功能模块三303与设定值进行计算得到差值，所述第一数据处理模块304的信号输入端连接所述PID控制器一103的信号输出端，其信号输出端连接所述加法功能模块一104的信号输入端，本实施例的所述中间点温度给水校正PID控制回路1的所述PID控制器一103的输出信号及其与前馈信号经所述第一数据处理模块304的处理后再由所述加法功能模块一104处理后输出给水量修正值，所述减法功能模块三303的信号输出端连接所述第二数据处理模块305的信号输入端，所述第二数据处理模块305的信号输入端连接所述PID控制器二203的信号输出端，其信号输出端连接所述加法功能模块二204的信号输入端，本实施例的所述燃煤校正PID控制回路2的所述PID控制器二203的输出信号及其与处理后的前馈信号经所述第二数据处理模块305的处理后再由所述加法功能模块二204处理后输出燃料量修正值。
优选地，本实施例的所述第一数据处理模块304包括依次连接的乘法功能模块一3041、高低限监视模块一3042、速率功能模块一3043；
所述第二数据处理模块305包括依次连接的乘法功能模块二3051、高低限监视模块二3052、速率功能模块二3053。
本实施例的乘法功能模块为：两个输入值相乘，高低限监视模块为：当输入值在该上下限内时，输出值等于输入值，当输入值大于上限值时，输出值等于上限值，当输入值小于下限值时，输出值等于下限值，速率功能模块为：输出值等于输入值按速率变化的值。
优选地，请参阅图4～图7，本实施例的所述前馈信号控制回路4包括一象限前馈信号控制回路401、二象限前馈信号控制回路402、三象限前馈信号控制回路403、四象限前馈信号控制回路404，其中：
所述一象限前馈信号控制回路401包括接受减法功能模块一101或减法功能模块二102信号的折线函数模块二4011、乘法功能模块三4012、接受主汽压力设定值和反馈值的减法功能模块四4013、折线函数模块三4014、乘法功能模块四4015、减法功能模块五4016和选择回路功能模块4017；所述折线函数模块二4011连接所述乘法功能模块三4012；所述减法功能模块四4013、折线函数模块三4014、乘法功能模块四4015依次连接；所述乘法功能模块三4012、乘法功能模块四4015分别连接所述减法功能模块五4016的输入端，所述减法功能模块五4016的输出端连接所述选择回路功能模块4017。
本实施例的所述一象限前馈信号控制回路，由△T及△P分别作为所述折线函数模块二4011和折线函数模块三4014的信号输入，分别通过所述乘法功能模块三4012和乘法功能模块四4015进行处理，使该信号乘以逻辑设定系数K输出，再由所述减法功能模块五4016和选择回路功能模块4017处理输出一象限前馈信号。
具体地，本实施例的所述二象限前馈信号控制回路、三象限前馈信号控制回路、四象限前馈信号控制回路的结构与所述一象限前馈信号控制回路的结构相同，且信号输出原理相同。
本实施例的选择回路功能模块4017如图4～7所示，当使能端为1是，输出值等于Y的值，当使能端为0是，输出值等于N的值。
本实施例的所述前馈信号控制回路4还包括加法功能模块三405，所述加法功能模块三405的输入端分别连接所述一象限前馈信号控制回路401、二象限前馈信号控制回路402、三象限前馈信号控制回路403、四象限前馈信号控制回路404的选择回路功能模块的信号输出端，所述加法功能模块三405的信号输入端连接所述折线函数模块一301。
所述一象限前馈信号控制回路401、二象限前馈信号控制回路402、三象限前馈信号控制回路403、四象限前馈信号控制回路404的选择回路功能模块对应连接一象限前馈使能信号控制回路501、二象限前馈使能信号控制回路502、三象限前馈使能信号控制回路503、四象限前馈使能信号控制回路504，其中：
所述一象限前馈使能信号控制回路501包括接受减法功能模块一101或减法功能模块二201信号的高值信号选择模块一5011和接受减法功能模块四4013的高值信号选择模块二5012，所述高值信号选择模块一5011和高值信号选择模块二5012均连接开关量与运算功能模块一5013，所述开关量与运算功能模块一5013连接所述一象限前馈信号控制回路401的选择回路功能模块；
所述二象限前馈使能信号控制回路502包括接受减法功能模块一101或减法功能模块二201信号的高值信号选择模块三5021和接受减法功能模块四4013的低值信号选择模块一5022，所述高值信号选择模块三5021和低值信号选择模块一5022均连接开关量与运算功能模块二5023，所述开关量与运算功能模块二5023连接所述二象限前馈信号控制回路402的选择回路功能模块。
所述三象限前馈使能信号控制回路503包括接受减法功能模块一101或减法功能模块二201信号的低值信号选择模块二5031和接受减法功能模块四4013的低值信号选择模块三5032，所述低值信号选择模块二5031和低值信号选择模块三5032均连接开关量与运算功能模块三5033，所述开关量与运算功能模块三5033连接所述三象限前馈信号控制回路403的选择回路功能模块；
所述四象限前馈使能信号控制回路504包括接受减法功能模块一101或减法功能模块二201信号的低值信号选择模块四5041和接受减法功能模块四4013的高值信号选择模块四5042，所述低值信号选择模块四5041和高值信号选择模块四5042均连接开关量与运算功能模块四5043，所述开关量与运算功能模块四5043连接所述四象限前馈信号控制回路404的选择回路功能模块。
本实施例的高值信号选择模块表示输入该模块的两个数据较大的量输出；低值信号选择模块表示输入该模块的两个数据较小的输出；开关量与运算功能模块表示当两个输入值均为真值时，输出为真，否则输出为假。
本发明的控制原理如下：
原有的中间点温度单PID控制回路由中间点温度给水校正PID控制回路1和燃煤校正PID控制回路2所代替，以所述数据处理模块3作为数据的处理。由锅炉主控输出的燃料指令按照煤水比关系折算出给水流量指令基准值，叠加四象限给水校正PID控制回路的输出给水流量修正值后得到给水流量指令；由锅炉主控输出燃料量指令作为给煤量指令基准值，叠加四象限燃煤校正PID控制回路的输出给煤量修正值后得到给煤指令。本发明由四象限中间点温度给水校正PID控制回路和四象限燃煤校正PID控制回路，分别进行中间点温度与主汽压力的解耦控制。
具体地，如图3所示的控制回路以图2的四象限控制原理设计而成。
当ΔT和ΔP都为正，即在第一象限时，中间点温度和主汽压力都比设定值偏高，应该优先减煤。如图3、图4、图9所示，一象限前馈使能信号为1，除一象限前馈外，其他象限的前馈均为0，给水校正PID控制回路的输出值保持不变，因此给水流量修正值保持不变。因为一象限前馈使能信号为1，因此，给煤量修正值是一象限前馈(此时为负值)与燃煤校正PID控制回路的输出值之和。最终的控制效果是给水流量基本不变，给煤量逐步减小，中间点温度和主汽压力逐渐减小后接近设定值。
当ΔT为正，ΔP为负，即在第二象限时，中间点温度比设定值偏高，主汽压力比设定值偏低，应该优先加水。如图3、图5、图10所示，此时二象限前馈使能信号为1，除二象限前馈外，其他象限的前馈均为0，燃煤校正PID控制回路的输出值保持不变，因此给煤量修正值保持不变。因为二象限前馈使能信号为1，因此，给水流量修正值是二象限前馈(此时为正值)与给水流量校正PID控制回路的输出值之和。最终的控制效果是给煤量基本不变，给水流量逐步增大，中间点温度和主汽压力逐渐接近设定值。
当ΔT和ΔP都为负，即在第三象限时，中间点温度和主汽压力都比设定值偏低，应该优先加煤。如图3、图6、图11所示，此时三象限前馈使能信号为1，除三象限前馈外，其他象限的前馈均为0，给水校正PID控制回路的输出值保持不变，因此给水流量修正值保持不变。因为三象限前馈使能信号为1，因此，给煤量修正值是三象限前馈(此时为正值)与燃煤校正PID控制回路的输出值之和。最终的控制效果是给水流量基本不变，给煤量逐步增大，中间点温度和主汽压力逐渐增大后接近设定值。
当ΔT为负，ΔP为正，即在第四象限时，中间点温度比设定值偏低，主汽压力比设定值偏高，应该优先减水。如图3、图7、图12所示，此时四象限前馈使能信号为1，除四象限前馈外，其他象限的前馈均为0，燃煤校正PID控制回路的输出值保持不变，因此给煤量修正值保持不变。因为四象限前馈使能信号为1，因此给水流量修正值是四象限前馈(此时为负值)与给水流量校正PID控制回路输出值之和。最终的控制效果是给煤量基本不变，给水流量逐步减小，中间点温度和主汽压力逐渐接近设定值。
值得说明的是：如图4～图8，中间点温度四象限控制前馈信号是根据中间点温度和主汽压力偏差形成的综合信号，在工程实施过程中需要根据现场实际情况调整函数F(x)和增益系数K来得到合适的四象限前馈值。
如图9～图12，中间点温度四象限控制前馈使能信号是根据中间点温度和主汽压力偏差判别出的开关量信号，在工程实施过程中可根据现场实际情况修改四象限前馈起作用的边界条件。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
