再热汽温控制信号的正向超前提取器及再热汽温控制系统的制作方法

1.本技术涉及火电机组过程控制技术领域，尤其涉及一种再热汽温控制信号的正向超前提取器及再热汽温控制系统。


背景技术：

2.在火电机组过程控制中，火电机组的再热汽温控制系统，经常会出现再热汽温偏差较大的问题，即再热汽温值相对再热汽温给定值的偏差较大，相对来说，再热汽温控制系统的正向超温问题(即再热汽温值大于再热汽温给定值)更为严重。
3.目前，针对再热汽温的正向超温问题，现有技术在再热汽温的正向偏差超过一定幅度时，对减温水阀门增加一个固定开度，以控制减温水阀门的水量而达到汽温控制目的，但是当前再热汽温控制系统在控制过程中的控制信号存在控制滞后问题，导致控制效果有限。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种再热汽温控制信号的正向超前提取器及再热汽温控制系统，以解决当前再热汽温控制存在控制滞后的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本技术提供了一种再热汽温控制信号的正向超前提取器，包括第一微分器、正反馈加速器、第二微分器和正向输出控制器；
6.所述第一微分器，用于对再热汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号；
7.所述正反馈加速器，用于对所述第一微分输出信号进行加速，得到目标加速信号；
8.所述第二微分器，用于对所述目标加速信号进行信号转换，得到第二微分输出信号；
9.所述正向输出控制器，用于提取所述第二微分输出信号中的目标正极信号，所述目标正极信号为所述再热汽温控制信号的正向超前信号。
10.作为优选，所述再热汽温控制信号为再热汽温控制系统的再热汽温信号与再热汽温给定信号之间的偏差信号。
11.作为优选，所述第一微分器为：
[0012][0013]
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。
[0014]
作为优选，所述正反馈加速器包括正反馈环节、积分器和积分限幅器；
[0015]
所述正反馈环节，用于控制所述积分器进行加速；
[0016]
所述积分器，用于对所述第一微分输出信号进行正向加速；
[0017]
所述积分限幅器，用于对所述积分器的输出信号进行限幅。
[0018]
作为优选，所述积分器为：
[0019][0020]
所述积分限幅器为：
[0021][0022]
其中，i(s)为所述积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ti为所述积分器的积分时间常数，i(t)为所述积分器的输出信号，da(t)为所述第一微分器的输出信号。
[0023]
作为优选，所述第二微分器为：
[0024][0025]
其中，db(s)为所述第二微分器的传递函数，k
db
为所述第二微分器的微分增益，t
db
为所述第二微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子。
[0026]
作为优选，所述正向输出控制器为：
[0027][0028]
其中，foc(t)为所述正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。
[0029]
第二方面，本技术还提供一种再热汽温控制系统，包括控制器，所述控制器包括工程最速比例积分器、负比例环节和第一方面所述的正向超前提取器；
[0030]
所述工程最速比例积分器的输出端和所述正向超前提取器的输出端与负比例环节的输入端连接，所述工程最速比例积分器的再热汽温控制信号和所述正向超前提取器的再热汽温控制信号为过程信号，所述过程信号为再热汽温控制系统的再热汽温信号与再热汽温给定信号之间的偏差信号；
[0031]
所述控制器为：
[0032]
c(s)＝efpi(s)+pflo(s)。
[0033]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efpi(s)为工程最速比例积分器的传递函数，pflo(s)为正向超前提取器的传递函数。
[0034]
作为优选，所述工程最速比例积分器的传递函数为：
[0035][0036]
其中，efpi(s)为工程最速比例积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，k
efpi
为所述工程最速比例积分器的的串级比例增益，n为所述工程最速比例积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0037]
作为优选，所述正向超前提取器的传递函数为：
[0038][0038][0039]
其中，t
da
为第一微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，ia(t)为积分器的输出信号，da(t)为第一微分器的输出信号，ti为积分器的积分时间常数，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，db(t)为第二微分器的输出信号。
[0040]
与现有技术相比，本技术至少存在以下有益效果：
[0041]
通过所述第一微分器对再热汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号；所述正反馈加速器对所述第一微分输出信号进行加速，得到目标加速信号；所述第二微分器对所述目标加速信号进行信号转换，得到第二微分输出信号；所述正向输出控制器提取所述第二微分输出信号中的目标正极信号，以提取所述再热汽温控制信号对应的正向超前信号。本技术通过正向超前提取器提取再热汽温控制信号的正向超前信号，以使再热汽温控制信号提前输出，从而提前进行正向超温控制，降低控制滞后，进而能够解决再热汽温控制系统存在的正向超温问题，增强控制效果。
[0042]
此外，本技术通过积分限幅器对积分器的输出进行条件限幅，并配合正向反馈环节和微分器，解决当前控制滞后的问题，提前输出信号控制，从而能够提高对火电机组的再热汽温控制系统的再热汽温控制效果，抑制正向超温。
附图说明
[0043]
图1为本技术一实施例示出的正向超前提取器的结构示意图；
[0044]
图2为本技术另一实施例示出的正向超前提取器的结构示意图；
[0045]
图3为本技术实施例示出的正向超前提取器与常规微分器的信号流向示意图；
[0046]
图4为本技术实施例示出的正向超前提取器与常规微分器的提取结果示意图；
[0047]
图5为本技术实施例示出的再热汽温控制系统的结构示意图；
[0048]
图6为本技术实施例示出的再热汽温控制系统的控制结果示意图。
具体实施方式
[0049]
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。
[0050]
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。
[0051]
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。
[0052]
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。
[0053]
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。
[0054]
在此申请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。
[0055]
在此申请描述的逻辑和/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。
[0056]
请参照图1，图1为本技术实施例提供的一种再热汽温控制信号的正向超前提取器的结构示意图。本技术实施例的正向超前提取器(process forward lead extractor，pflo)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。如图1所示，本实施例的再热汽温控制信号的正向超前提取器包括第一微分器11、正反馈加速器12、第二微分器13和正向输出控制器14；
[0057]
所述第一微分器11，用于对再热汽温控制信号进行信号转换，得到第一微分输出信号；
[0058]
所述正反馈加速器12，用于对所述第一微分输出信号进行加速，得到目标加速信号；
[0059]
所述第二微分器13，用于对所述目标加速信号进行信号转换，得到第二微分输出信号；
[0060]
所述正向输出控制器14，用于提取所述第二微分输出信号中的目标正极信号，所述目标正极信号为所述再热汽温控制信号的正向超前信号。
[0061]
在本实施例中，如图1所示，第一微分器11、正反馈加速器12、第二微分器13和正向输出控制器14依次连接。将再热汽温控制信号输入到第一微分器11，以使第一微分器11提取再热汽温控制信号中的正极信号，从而便于后续对影响正向超温的正极信号进行超前提取，进而使控制系统能够提前观测到再热汽温控制信号，并进行信号控制，降低控制滞后问题。
[0062]
可选地，再热汽温控制信号为过程信号，过程信号为再热汽温控制系统的再热汽温信号与再热汽温给定信号之间的偏差信号，以针对再热汽温系控制统的正向超温进行抑制。
[0063]
在一些实施例中，所述第一微分器为：
[0064]
[0065]
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。
[0066]
在本实施例中，第一微分器提取再热汽温控制信号的微分信号，并将微分信号输入到正反馈加速器进行信号加速，以使过程信号提前输出。
[0067]
在一些实施例中，如图2所示，所述正反馈加速器12包括正反馈环节121、积分器122和积分限幅器123；
[0068]
所述正反馈环节121，用于控制所述积分器122进行加速；
[0069]
所述积分器122，用于对所述第一微分输出信号进行正向加速；
[0070]
所述积分限幅器123，用于对所述积分器的输出信号进行限幅。
[0071]
在本实施例中，正反馈环节121的输出端与第二微分器13的输入端和积分器122的输入端连接，以将过程信号输入到积分器122进行加速，积分器122将加速后的信号输出给正反馈环节121，当正反馈环节121确认过程信号加速完成后，则积分器122加速后的信号输出给第二微分器13。
[0072]
其中，在积分器122与积分限幅器123连接，以在积分器122对过程信号进行加速时，对积分器122输出的信号进行直接限幅。
[0073]
如图2所示，将第一微分器输出的第一微分输出信号输入到正反馈环节，正反馈环节控制积分器进行加速。其中通过积分限幅器对第一微分输出信号中的正极信号进行限幅，以使积分器对正极信号进行加速，通过积分限幅器对积分器输出的加速信号进行条件限幅，并反馈至正反馈环节。当正反馈环节确认积分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正向输出控制器，以提取第二微分输出信号中的目标正极信号，实现正向加速。
[0074]
在一些实施例中，所述积分器为：
[0075][0076]
所述积分限幅器为：
[0077][0078]
其中，i(s)为所述积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，ti为所述积分器的积分时间常数，i(t)为所述积分器的输出信号，da(t)为所述第一微分器的输出信号。
[0079]
在一些实施例中，所述第二微分器为：
[0080][0081]
其中，db(s)为所述第二微分器的传递函数，k
db
为所述第二微分器的微分增益，t
db
为所述第二微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子。
[0082]
在一些实施例中，所述正向输出控制器为：
[0083][0084]
其中，foc(t)为所述正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。
[0085]
作为示例而非限定，图3示出了再热汽温控制信号的正向超前提取器与常规微分器的信号流向示意图。采用pflo，提取4阶惯性过程(fourth order inertia process，foip)的单位阶跃输入信号的超前信号，同时与常规微分器(conventional differentiator，cd)进行对比。
[0086]
可选地，4阶惯性过程foip和常规微分器cd为：
[0087][0088][0089]
其中，foip为4阶惯性过程，cd为常规微分器，foip(s)为foip的传递函数，t
foip
为foip时间常数，单位为s；cd(s)为cd的传递函数，t
cd
为cd的微分时间常数，单位为s；k
cd
为cd的增益，单位为无量纲。
[0090]
在ti＝100s，t
da
＝100s，t
db
＝100s，k
db
＝8，t
cd
＝100s，t
foip
＝100s，k
cd
＝4，foip输入为单位阶跃信号，得到过程超前提取器plo输出信号、微分器cd输出信号的提取结果，如图4所示。在t＝0s时，再热汽温控制信号单位阶跃变化，在t＝1200s时刻，再热汽温控制信号再次单位阶跃变化。
[0091]
pv
foip
(t)为4阶惯性过程foip在单位阶跃输入的过程输出信号，pv
pflo
(t)为再热汽温控制信号的正向超前提取器pflo的过程输出信号，pv
cd
(t)为cd的过程输出信号。可见，pflo较好地提取了pv
foip
(t)的正向超前信号，相对于pv
cd
(t)，pv
pflo
(t)输出的截止时间较短，表明了pflo的超前性能优于cd。
[0092]
请参见图5，本技术还提供一种再热汽温控制系统的结构示意图。如图5所示，该系统包括控制器(controller，c)和控制过程(controller process，cp)，所述控制器包括工程最速比例积分器(engineering fastest proportional-integral，efpi)、负比例环节(-1)和图1或图2所示的再热汽温控制信号的正向超前提取器；
[0093]
所述工程最速比例积分器的输出端和所述正向超前提取器的输出端与负比例环节的输入端连接，所述工程最速比例积分器的再热汽温控制信号和所述正向超前提取器的再热汽温控制信号为过程信号，所述过程信号为再热汽温控制系统的再热汽温信号与再热汽温给定信号之间的偏差信号；
[0094]
所述控制器为：
[0095]
c(s)＝efpi(s)+pflo(s)。
[0096]
其中，c(s)为控制器的传递函数，efpi(s)为工程最速比例积分器的传递函数，pflo(s)为正向超前提取器的传递函数。
[0097]
作为优选，所述工程最速比例积分器的传递函数为：
[0098][0099]
其中，efpi(s)为工程最速比例积分器的传递函数，s为拉普拉斯算子，k
efpi
为所述工程最速比例积分器的的串级比例增益，n为所述工程最速比例积分器的阶次，t
efi
为工作最速积分器的时间常数。
[0100]
作为优选，所述正向超前提取器的传递函数为：
[0101][0102]
其中，t
da
为第一微分器的微分时间常数，s为拉普拉斯算子，ia(t)为积分器的输出信号，da(t)为第一微分器的输出信号，ti为积分器的积分时间常数，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，db(t)为第二微分器的输出信号。
[0103]
作为示例而非限定，将所述控制器c应用于某电厂1000mw超临界火电机组的再热汽温控制系统，得到的控制结果如图6所示。在11:00之后加入过程正向超前提取器pflo，在未加入pflo前，相对再热汽温给定，再热汽温最大正向偏差为26.4℃；在加入pflo后，再热汽温最大正向偏差为8.6℃，可见，pflo对抑制再热汽温的正向偏差有较好的作用。
[0104]
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。
[0105]
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。
[0106]
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。