[发明专利]一种火电机组凝结水泵变频节能优化控制系统及方法

权利要求书

1.一种火电机组凝结水泵变频节能优化控制系统，其特征在于：包括依次连接的凝结水加压装置的凝结水泵(2)、凝结水加热装置的轴封加热器(4)、低压加热器(7)和除氧器(8)，与凝结水泵(2)相连的第一PID控制器(14)、第二PID控制器(15)和第三PID控制器(16)，安装在轴封加热器(4)出口主路管道上的除氧器上水主调节阀(5)及与其相连的第四PID控制器(17)、第五PID控制器(18)和函数发生器(19)，安装在轴封加热器(4)出口旁路管道上的除氧器上水副调节阀(6)及与其相连的函数发生器(19)，位于凝结水泵(2)出口的凝结水泵出口母管压力测点(3)，位于除氧器(8)入口的凝结水至除氧器入口流量测点(9)，位于除氧器(8)内部的除氧器液位测点(10)，位于除氧器(8)出口的锅炉主给水流量测点(11)；

所述第一PID控制器(14)的作用是当机组处于低负荷运行状态下，调节凝结水泵(2)出口压力；第一PID控制器(14)的输入信号包括两路，第一路是凝结水泵出口压力设定值(12)，该设定值的实现方式分两种，一种是由运行人员直接设定，另一种是随机组负荷变化自动变化；第二路是需要控制调节的出口母管压力，由凝结水泵出口母管压力测点(3)直接测量得到，第一PID控制器(14)的输出信号为凝结水泵(2)的动作指令；第一PID控制器(14)包括比例P、积分I控制作用；

所述第二PID控制器(15)和第三PID控制器(16)共同作用为一套串级控制，其作用是当机组处于高负荷运行状态下，凝结水泵(2)调节除氧器液位；第二PID控制器(15)作为主调控制器，其输入信号包括两路，第一路是除氧器液位设定值(13)，该设定值的实现方式是运行人员直接设定；第二路是需要控制调节的除氧器液位，由除氧器液位测点(10)直接测量得到；第二PID控制器(15)包括比例P、积分I控制作用；第三PID控制器(16)作为副调控制器，其输入信号包括两路，第一路是第二PID控制器(15)的输出值作为第三PID控制器(16)的设定值；第二路是需要控制调节凝结水至除氧器入口流量，由凝结水至除氧器入口流量测点(9)直接测量得到，第三PID控制器(16)的输出信号为凝结水泵(2)的动作指令；第三PID控制器(16)包括比例P、积分I控制作用；

所述第四PID控制器(17)和第五PID控制器(18)共同作用为一套串级控制，其作用是当机组处于低负荷运行状态下，除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)共同调节除氧器液位；第四PID控制器(17)作为主调控制器，其输入信号包括两路，第一路是除氧器液位设定值(13)，该设定值的实现方式是运行人员直接设定；第二路是需要控制调节的除氧器液位，由除氧器液位测点(10)直接测量得到；第四PID控制器(17)包括比例P、积分I控制作用；第五PID控制器(18)作为副调控制器，其输入信号包括两路，第一路是第四PID控制器(17)的输出值作为第五PID控制器(18)的设定值；第二路是需要控制调节凝结水至除氧器入口流量，由凝结水至除氧器入口流量测点(9)直接测量得到，第五PID控制器(18)的输出信号为除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)的动作公共指令；第五PID控制器(18)包括比例P、积分I控制作用。

2.根据权利要求1所述的一种火电机组凝结水泵变频节能优化控制系统，其特征在于：所述凝结水泵出口母管压力测点(3)、凝结水至除氧器入口流量测点(9)、除氧器液位测点(10)、锅炉主给水流量测点(11)均布置2-3个测点。

3.权利要求1所述的火电机组凝结水泵变频节能优化控制系统的控制方法，其特征在于：机组正常运行时，主给水回路通过来自热井的凝结水(1)，依次经过凝结水泵(2)和轴封加热器(4)对其加压、加温，再经过除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)的调节控制，进入低压加热器(7)对水继续加热，最后经过除氧器(6)加温、除氧处理，形成进入后续设备的锅炉给水。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：凝结水泵(2)变频调节、除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)在低负荷阶段的共同调节方法为：其中，凝结水泵(2)变频调节对象为凝结水泵出口母管压力，除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)共同调节除氧器液位；

用凝结水泵(2)变频调节凝结水泵出口母管压力，凝结水泵出口母管压力测点(3)现场通常布置两个测点，对其进行二取平均处理，得出压力平均值作为第一PID控制器(14)的被控制对象，出口压力的设定值为凝结水泵出口压力设定值(12)，该设定值的实现方式分两种，一种是由运行人员直接设定，另一种是随机组负荷变化自动变化，考虑低负荷时，凝结水泵(2)的安全工作区间，设定值需设定一个下限，确保凝结水泵(2)转速不至于过低；第一PID控制器(14)调节包括比例P作用、积分I作用，当凝结水泵出口母管压力升高时，凝结水泵出口母管压力平均值与凝结水泵出口压力设定值(12)信号之间出现正偏差，使第一PID控制器(14)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出关凝结水泵(2)变频动作的指令，通过降低变频指令来降低压力；同样，当凝结水泵出口母管压力降低时，凝结水泵出口母管压力平均值与凝结水泵出口压力设定值(12)信号之间出现负偏差，使第一PID控制器(14)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出开凝结水泵(2)变频动作的指令，通过提高变频指令来提高压力；

用除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)通过三冲量的串级控制方式来调节除氧器液位，其中主环控制器为第四PID控制器(17)，副环控制器为第五PID控制器(18)，除氧器液位测点(10)现场通常布置两个或三个测点，若为两个测点，进行二取平均处理、若为三个测点，进行三取中值处理，得出的液位值作为第四PID控制器(17)的被控制对象，液位的设定值为除氧器液位设定值(13)，该设定值由运行人员直接设定，正常运行时，除氧器液位的设定值为2000--2100mm；第四PID控制器(17)调节包括比例P作用、积分I作用，当除氧器液位升高时，除氧器液位平均值与除氧器液位设定值(13)信号之间出现正偏差，使第四PID控制器(17)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出减少第四PID控制器(17)输出的动作指令；同样，当除氧器液位降低时，除氧器液位平均值与除氧器液位设定值(13)信号之间出现负偏差，使第四PID控制器(17)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出增加第四PID控制器(17)输出的动作指令；第四PID控制器(17)的输出值作为第五PID控制器(18)的设定值，凝结水至除氧器入口流量测点(9)现场通常布置两个测点，对其进行二取平均处理，得出流量平均值作为第五PID控制器(18)的被控制对象；第五PID控制器(18)调节包括比例P作用、积分I作用，当凝结水至除氧器入口流量升高时，凝结水至除氧器入口流量与设定值信号之间出现正偏差，使第五PID控制器(18)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出关除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)动作的公共指令，通过关闭除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀来减少流量；同样，当凝结水至除氧器入口流量降低时，凝结水至除氧器入口流量与设定值信号之间出现负偏差，使第五PID控制器(18)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出开调节阀动作的公共指令，通过开启调节阀来提高流量；第五PID控制器(18)的输出为除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)的公共指令，其中，除氧器上水主调节阀(5)直接接收该指令，除氧器上水副调节阀(6)接收函数发生器(19)处理后的该指令，除氧器上水副调节阀(6远早于除氧器上水主调节阀(5)进入全开状态，两阀门的线性关系是不同的，所以通过函数发生器(19)来区分除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀的不同开度；

所述凝结水泵(2)变频调节、除氧器上水主调节阀(5及除氧器上水副调节阀(6)在高负荷阶段的共同调节方法为：其中，凝结水泵(2)变频调节对象为除氧器液位，除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)的公共指令以每秒变化3％--5％速率升至100％，除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)均进入无节流状态；

用凝结水泵(2)变频通过三冲量的串级控制方式来调节除氧器液位，其中主环控制器为第二PID控制器(15)，副环控制器为第三PID控制器(16)，除氧器液位测点(10)现场通常布置两个或三个测点，若为两个测点，进行二取平均处理、若为三个测点，进行三取中值处理，得出的液位值作为第二PID控制器(15)的被控制对象，液位的设定值为除氧器液位设定值(13)，该设定值由运行人员直接设定，正常运行时，除氧器液位的设定值为2000--2100mm；第二PID控制器(15)调节包括比例P作用、积分I作用，当除氧器液位升高时，除氧器液位平均值与除氧器液位设定值(13)信号之间出现正偏差，使第二PID控制器(15)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出减少第二PID控制器(15)输出的动作指令；同样，当除氧器液位降低时，除氧器液位平均值与除氧器液位设定值(13)信号之间出现负偏差，使PID控制器(15)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出增加第二PID控制器(15)输出的动作指令；第二PID控制器(15)的输出值作为第三PID控制器(16)的设定值，凝结水至除氧器入口流量测点(9)现场通常布置两个测点，对其进行二取平均处理，得出流量平均值作为第三PID控制器(16)的被控制对象；第三PID控制器(16)调节包括比例P作用、积分I作用，当凝结水至除氧器入口流量升高时，凝结水至除氧器入口流量与设定值信号之间出现正偏差，使第三PID控制器(16)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出关变频动作的指令，通过降低凝结水泵(2)转速来减少流量；同样，当凝结水至除氧器入口流量降低时，凝结水至除氧器入口流量与设定值信号之间出现负偏差，使第三PID控制器(16)的比例P作用、积分I作用开始动作，发出开变频动作的指令，通过升高凝结水泵(2)转速来提高流量；

除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)在高负荷段进入全开状态后，重点考虑异常工况的处理；当除氧器液位测点(10)出现液位过高危险状况时，除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)迅速由全开状态转变为调节除氧器液位状态，调节方式为三冲量的串级控制方式，具体原理与低负荷时调节液位时一致，与此同时，凝结水泵(2)变频由调节液位自动转变为调节凝结水泵出口母管压力方式，具体原理与低负荷时调节压力时一致，当液位恢复至2350mm以下时，凝结水泵(2)变频、除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)均恢复原运行方式，此时，除氧器上水主调节阀(5)和除氧器上水副调节阀(6)公共指令以每秒变化3％--5％速率升至100％；当凝结水泵(2)变频工作方式出现故障时，凝结水泵(2)将迅速切换到工频工作方式，该方式不具备控制调节特性，此时，除氧器上水主调节阀(5)及除氧器上水副调节阀(6)迅速由全开状态转变为调节除氧器液位状态，调节方式为三冲量的串级控制方式，具体原理与低负荷时调节液位时一致。