СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОБЛОКОМ Российский патент 1997 года по МПК F01K7/24 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для управления энергоблоков, работающих в режимах номинального и фиксированного давления свежего пара.

Известна силовая установка с комбинированным циклом, содержащая один или более газотурбогенераторов, котел-утилизатор, вырабатывающий пар за счет использования тепла отходящих газов газотурбогенераторов, и паротурбогенератор, работающий на паре, вырабатываемом в котле-утилизаторе. Силовая установка содержит блок управления, который регулирует степень открытия клапана, установленного на байпасном паропроводе паротурбогенератора (JP N62-11167). Способ управления, реализованный в рассматриваемой установке, заключается в формировании управляющего сигнала, который регулирует степень открытия байпасного клапана в зависимости от величины рассогласования фактической и заданной величин давления пара, являющихся функциями времени, при этом до момента, пока показатель изменения сигнала давления пара или эквивалентного ему сигнала достигнет заданного значения, величина рассогласования равна нулю и байпасный клапан удерживается в полностью закрытом состоянии.

Недостатком такого способа управления является автономность контуров управления частоты вращения паротурбогенератора и давления пара и статизм используемых регуляторов, что снижает статические и динамические характеристики системы управления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ управления энергоблоком путем изменения пропускной способности регулирующего органа турбины по управляющему сигналу [1]
Недостатком указанного способа управления энергоблоком является пониженная точность регулирования параметров установки в режиме работы при скользящем давлении пара, так как согласно данному способу выходной сигнал регулятора давления (второй сигнал) в два раза меньше, чем тот сигнал, который был бы сформирован указанным способом на режимах работы установки при фиксированных параметрах свежего пара.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности регулирования параметров на режимах скользящего давления пара, а также расширение функциональных возможностей управления энергоблоком за счет обеспечения автоматизации режимов пуска.

Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в способе управления энергоблоком на режимах скользящего давления пара путем изменения пропускной способности регулирующего органа турбины по управляющему сигналу, формируемому в виде суммы двух сигналов, первый из которых равен сумме сигналов заданного значения пропускной способности регулирующего органа и отклонению частоты вращения турбины от заданного значения, согласно изобретению предлагается второй сигнал получать путем детектирования третьего сигнала, равного сумме проинвертированного первого сигнала, сигнала, пропорционального отклонению давления пара от заданного значения, и сигнала, равного проинтегрированной сумме ограниченного пропорционального третьего сигнала и сигнала отклонения давления пара от заданного значения, при этом третий сигнал используют в качестве управляющего сигнала для байпасного клапана или для задания изменения режима работы котла, при этом на режиме пуска заданное значение давления пара за котлом сформировано в зависимости от времени пуска и фактического давления пара.

Функциональная схема системы управления, иллюстрирующая пример реализации заявляемого способа управления энергоблоком, приведена на чертеже.

На чертеже изображены энергоблок 1, имеющий в своем составе котел 2 и турбину 3, регулирующий орган турбины 4 с приводом 5, система управления 6, которая может быть выполнена на базе программируемых контроллеров, входящих в состав современных АСУ ТП, с программной реализацией предлагаемого способа управления. Система 6 связана с выходами датчика 7 давления свежего пара за котлом 2 и датчика 8 частоты вращения турбины 3.

Сущность предлагаемого способа управления энергоблоком состоит в следующем.

На статических режимах энергоблока 1 турбина 3 работает в режиме обеспечения заданной мощности, при этом регулируемыми являются следующие внешние параметры: мощность турбины и тепловая нагрузка для теплофикационных турбин и мощность турбины для конденсационных турбин. Величина давления свежего пара перед регулирующим органом 4 турбины 3 не регламентируется потребителем, поэтому в настоящее время используют как режим работы энергоблока при фиксированных параметрах пара, так и режим работы энергоблока при скользящих параметрах пара, что позволяет повысить эффективность работы энергоблока на различных эксплуатационных режимах.

Требуемый режим работы энергоблока 1 обеспечивается определенной паропроизводительностью котла 2, вырабатывающего пар определенных параметров, и поддерживаемой системой управления 6 пропускной способностью регулирующего органа 4 путем изменения управляющего сигнала U_po на входе исполнительного механизма 5. Управляющий сигнал U_po включает две составляющие сигналы U1 и U2. Сигнал U1 является функцией сигнала n_ф от датчика 8 частоты вращения ротора турбины 3 и заданных значений частоты вращения n_зад и пропускной способности G_зад. Сигнал U2, являясь результатом детектирования сигнала U3, зависит в свою очередь от значения сигнала U1 и сигнала P_ф, эквивалентного фактическому от датчика 7 давлению пара за котлом 2, и сигналу P_зад, являющемуся сигналом задания давления пара от задающего блока.

Согласно изобретению в соответствии с иллюстрирующей схемой значения сигналов (в относительных единицах) могут быть получены по следующим соотношениям:
U_po U1 + U2,
U1 (n_зад n_ф + G,

где
U_po управляющий сигнал, изменяющий пропускную способность регулирующего органа 4,
n_зад заданное значение частоты вращения турбины 3,
n_ф фактическое значение частоты вращения турбины 3,
G_зад заданное значение пропускной способности регулирующего органа 4,
P_зад заданное номинальное значение давления пара за котлом 2,
P_ф фактическое значение давления пара за котлом 2,
U_n сигнал после ограничительной функции, являющийся выходом корректирующей цепи,
P_min заданный для режима работы при скользящих параметрах уровень давления минимальный,
P_max заданный для режима работы при скользящих параметрах уровень давления максимальный,
К ключ, положение которого определяет режим работы энергоблока 1: замкнут скользящие, разомкнут фиксированные параметры пара за котлом 2,
К_кор коэффициент передачи корректирующей цепи,
W1(p), W2(p), W3(p) передаточные функции, вычисляемые по выражениям:

W2(p) 1

в которых
T_u постоянная времени интегратора,
K_y коэффициент передачи по величине отклонения фактического давления пара от заданного,
p d/dt оператор дифференцирования по времени.

Управление энергоблоком 1 на режимах скользящего давления пара (ключ К замкнут) согласно изобретению осуществляется следующим способом. Сигнал P_ф от датчика давления пара 7, эквивалентный текущему фактическому давлению пара перед регулирующим органом 4 паровой турбины 3, поступает на сумматор, где из него вычитается величина заданного значения пара P_зад. До тех пор, пока текущее фактическое давление пара находится в определенных для режима скользящих параметров заданных границах, то есть P_min≅ P_ф ≅ P_max, сигнал U3 согласно (4) определяется выражением:

что на установившихся режимах дает величину:

Таким образом, при задании величины K_кор в пределах 10 100 обеспечивается существенное снижение амплитуды сигнала U3 в области допустимых давлений при работе энергоблока 1 на режиме скользящих параметров, а следовательно, тем самым величина пропускной способности рабочего органа определяется только величиной сигнала U1.

Если в процессе работы энергоблока 1 текущее фактическое давление пара выйдет за заданные границы, то есть P_ф < P_min или P_max < P_ф, сигнал U3 определяется согласно (4) выражением:

обеспечивая такое положение регулирующего органа 4, при котором статическая ошибка между заданным и фактическим давлением пара будет равна нулю за счет наличия соответствующей интегральной составляющей при формировании сигнала управления.

Следует отметить, что знак U3 определяет соотношение между генерируемым котлом 2 и потребляемым турбиной 3 паром. Так U3 <0 означает, что энергоблок 1 работает с дефицитом мощности и при достижении минимально возможного режима работы по давлению пара P_min автоматически происходит снижение мощности энергоблока 1 за счет прикрытия на требуемую величину, которая определяется из условия P_ф P_min, рабочего органа 4.

При U3>0 энергоблок 1 работает с избытком паропроизводительности котла 2 и при достижении максимально возможного для режима скользящего давления уровня величины пара P_max величина сигнала U3 резко возрастает. Этот сигнал следует использовать для коррекции сигнала задания режима работы котла 2 или для изменения пропускной способности байпасного клапана, устанавливаемого на паропроводе сброса свежего пара, например, через дроссельно-увлажнительную установку в конденсатор или в редукционно-охлаждающее устройство в зависимости от принятой в энергоблоке 1 тепловой схемы.

В переходных режимах работы возможны случаи выхода величины сигнала U_н на ограничения согласно (5), что обеспечивает демпфирование давления пара в паропроводе в переходном процессе, ограничивая скорость его изменения и тем самым обеспечивая более щадящий эксплуатационный режим для котла и паропроводов.

Режимы работы энергоблока 1 при фиксированных параметрах пара котла 2 обеспечиваются просто отсутствием корректирующей составляющей на входе интегратора, что на иллюстрирующей схеме достигается размыканием ключа К. При этом давление пара на установившихся режимах равно заданному в силу астатизма используемого закона регулирования.

На режимах пуска энергоблока 1, как правило, необходимо разогрев котла 2 проводить при определенных ограничениях по температуре. Причем температурный режим разгона котла 2 может быть обеспечен определенным временным графиком набора давления. Для решения этой задачи будем формировать в задающем блоке сигнал P_зад в виде заданной функции времени и его текущей корректировке по фактическому давлению пара с тем, чтобы исключить локальный временной перегрев котла 2 в процессе пуска. Это можно реализовать, например, используя для вычисления сигнала на выходе задающего блока на режимах пуска котла следующие зависимости:
P_зад(t) = f(t - τ(t, P_ф)), (12)
где
f(t) принятая ограничивающая функция давления пара при разводке котла 2,
ε заданная малая величина (e ≈ 0,001).

При пуске до тех, пор пока набор паропроизводительности котла 2 не допускает запуск турбины 3, способ управления энергоблоком 1 осуществляется путем изменения положения регулирующих органов котла 2, то есть осуществляется управление паропроизводительностью или расходом через байпасный клапан. Способ управления заключается в отслеживании заданного уровня давления пара в соответствии с величиной сигнала U3 при работе системы управления 6 в режиме фиксированных параметров пара. С достижением определенного уровня параметров пара дальнейшее управление может осуществляться способом управления на скользящих параметрах.

Зависимости (12), (13), (14) легко реализуются в виде программы для управляющей ЭВМ (управляющего контролера), например, сама нелинейная функция реализуется либо в виде таблицы с последующей выборкой данных путем интерполяции или в виде аппроксимирующего эту функцию полинома.

Предлагаемый способ управления позволяет обеспечить высокую точность поддержания регулируемых параметров, расширяет функциональные возможности управления энергоблоком за счет повышения степени автоматизации на режимах пуска, возможности обеспечения работы при фиксированных и скользящих параметрах пара и простого перехода с одного режима работы на другой. В настоящее время разработан рабочий проект парогазовой энергетической установки ПГУ-80, в котором использовано предлагаемое техническое решение.

Использование: в теплоэнергетике и может быть использовано для управления энергоблоками, работающими в режимах номинального и фиксированного давления свежего пара. Сущность изобретения: при работе энергоблока 1 на режимах скользящего давления пара осуществляют изменение пропускной способности регулирующего органа 4 турбины 3 по управляющему сигналу, являющемуся суммой двух сигналов, первый из которых равен сумме сигналов заданного значения пропускной способности регулирующего органа 4 и отклонению частоты вращения турбины 3 от заданного значения, а второй - детектированному третьему сигналу, равному сумме проинвертированного первого сигнала, сигнала, пропорционального отклонению давления пара от заданного значения, и сигнала, равного проинтегрированной сумме ограниченного пропорционального третьего сигнала и сигнала отклонения давления пара от заданного значения, при этом третий сигнал используют в качестве управляющего сигнала для байпасного клапана или для задания изменения режима работы котла 2. При этом на режиме пуска заданное значение давления пара за котлом сформировано в зависимости от времени пуска и фактического давления пара. 1 ил.

Способ управления энергоблоком на режимах скользящего давления пара путем изменения пропускной способности регулирующего органа турбины по управляющему сигналу, являющемуся суммой двух сигналов, первый из которых равен сумме сигналов заданного значения пропускной способности регулирующего органа и отклонению частоты вращения турбины от заданного значения, отличающийся тем, что второй сигнал получаем путем детектирования третьего сигнала, равного сумме проинвертированного первого сигнала, сигнала, пропорционального отклонению давления пара от заданного значения, и сигнала, равного проинтегрированной сумме ограниченного пропорционального третьего сигнала и сигнала отклонения давления пара от заданного значения, при этом третий сигнал используют в качестве управляющего сигнала для байпасного клапана или для задания изменения режима работы котла, при этом на режиме пуска заданное значение давления пара за котлом сформировано в зависимости от времени пуска и фактического давления пара.