[发明专利]基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统及方法，该系统包括除氧器、给水泵、给水泵出口流量传感器、给水泵调节装置、给水泵小汽轮机、变速给水泵、转速测量表、最小给水流量计算模块、再循环控制器、给水再循环阀门和基于再循环状态给水前馈模块等。本发明在保护给水泵低负荷运行安全的前提下，通过限制给水再循环阀门的开度速率及开度曲线，避免给水再循环阀门的低开度运行，减少给水再循环阀门的磨损；并在给水再循环阀门开启或关闭的瞬间，对给水系统进行水量前馈补偿，减小机组在低负荷下由于给水再循环阀门大幅动作对给水系统带来的控制扰动，从而实现低负荷下给水系统的安全、节能与提升控制稳定性的综合目标。

技术领域

本发明属于火力发电厂的自动控制领域，涉及锅炉的给水控制系统，具体涉及一种基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统及方法，适用于给水泵最小流量阀开启及关闭过程。

背景技术

随着我国电力产业机构的升级与可再生能源的快速发展，火电机组将承担电网深度调峰的功能角色，以低负荷至中高负荷的灵活性调节为其主要的运行模式，而频繁低负荷的运行工况对机炉设备及控制系统都提出更高的要求。常规给水控制逻辑设置给水最小流量保护系统保证低负荷下给水泵的安全运行，该系统包括再循环管、给水流量再循环阀、再循环调节前、后电动截止阀、差压变送器及过程控制器等，其中最小流量再循环阀门是最为关键的设备。在机组低负荷运行过程中，若锅炉实际的给水流量持续降低，当给水泵的出口流量低于最小流量再循环阀开启限值时，再循环阀门将自动开启，旁路部分给水回到除氧器，从而增加流经给水泵的工质流量，避免给水泵发生过热和汽蚀，减轻泵体的运行损害。

在深度调峰运行工况下，机组负荷频繁触及30％Pe以下负荷点，给水泵流量偏低的工况持续存在，使得最小流量再循环阀门的保护动作频繁，从而造成给水流量波动大、最小流量阀磨损严重等问题：

(1)常规再循环阀控制策略无法适应深度调峰运行

给水泵最小流量常规保护逻辑采用基础PID控制方式，手动设置的定值作为流量控制目标。当给水泵出口流量小于设定值时，再循环阀开度增大，提高给水泵的入口流量；当实际流量高于设定值后，再通过PID拉回作用关小再循环阀。而长期低负荷运行下，给水泵经常在最小流量附近工作，PID控制过程存在的超调现象，会频繁触发最小流量阀的开关，不利于给水系统的稳定运行及给水泵的安全运行。

(2)给水泵最小流量再循环阀设备易磨损

最小流量再循环阀门安装在给水泵出口与除氧器水箱之间，阀门进出口压差约为20Mpa左右，时刻在高压差下工作。因此，阀门节流后的工质很容易出现闪蒸和气蚀，尤其是低负荷下，阀门在频繁开启的过程中极易产生磨损。实际运行中应考虑避免再循环阀门在小开度下工作，否则将严重加速设备的磨损，牺牲设备寿命。

(3)低负荷下加剧给水控制回路的扰动

在深度调峰运行工况下，出于最小流量阀门保护的目的，可以通过设置给水再循环阀的最小开度限值并设定阀门死区，使其直接越过节流过大的小开度范围。但是由于低负荷下机组的稳定性较弱，当再循环阀门开度瞬时开大或关死时，给水流量的突变将对给水系统带来不可避免的控制扰动，甚至会引起系统的震荡和发散。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统及方法，在保护给水泵低负荷运行安全的前提下，通过限制给水再循环阀门的开度速率及开度曲线，避免给水再循环阀门的低开度运行，减少给水再循环阀门的磨损；并在给水再循环阀门开启或关闭的瞬间，对给水系统进行水量前馈补偿，减小机组在低负荷下由于给水再循环阀门大幅动作对给水系统带来的控制扰动，从而实现低负荷下给水系统的安全、节能与提升控制稳定性的综合目标。

本发明采用如下技术方案来实现的：