СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАЗОГРЕВОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2014 года по МПК G21C7/36 

Изобретение относится к области управления энергетическими стационарными и транспортными установками электростанций и станций теплоснабжения с любым видом горючего, в том числе ядерного горючего, и может быть использовано в системах разогрева энергетических установок с принудительной и естественной циркуляцией теплоносителя.

Известны способы управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности измеренной и заданной температуры [Африкантов И.И. Судовые атомные паропроизводящие установки. Изд. «Судостроение», 1965. Стр. 239], а также по сигналу разности измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя [Африкантов И.И. Судовые атомные паропроизводящие установки. Изд. «Судостроение», 1965. Стр. 246].

Недостатком известных способов является слабая устойчивость при возникновении возмущений в системе регулирования по мощности установки, расходу питательной воды или циркуляции теплоносителя.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности сигналов измеренной и заданной мощности, при этом заданная мощность равна сумме сигнала, который равен величине расхода питательной воды, и сигнала заданной мощности разогрева, обеспечивающей заданную скорость разогрева, формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, интегрируют ее и осуществляют управление регулятором разогрева по сумме сигнала управления по разности сигналов мощностей с сигналом результата интегрирования [Патент на изобретение №2190266 РФ. Способ управления разогревом энергетической установки] (Прототип).

Недостатком известного способа является ухудшение качества переходного процесса при изменении расхода питательной воды до образования перегретого пара в установке. Ухудшение качества переходного процесса объясняется следующим. Разогрев установки происходит, когда мощность установки превышает отбираемую мощность. Скорость изменения температуры теплоносителя пропорциональна разности между мощностью установки и отбираемой мощностью. В энергетической установке с перегретым паром отбираемая мощность (с учетом тепловых потерь) определяется расходом питательной воды. Но в процессе разогрева установки пар становится перегретым только при температуре свыше 200°C (точнее 201.4°C при давлении 1.6 МПа), до этого пар начиная со 100°C находится на линии насыщения. Теплоотдача жидкости к насыщенному пару выше, чем к ненасыщенному. Соответственно, пока пар находится на линии насыщения, отбираемая мощность будет ниже значения, определяемого расходом питательной воды. Следовательно, при одном и том же расходе питательной воды, в зависимости от фазового состояния теплоносителя второго контура, отбираемая мощность будет различаться. Пока пар не станет перегретым, отбираемая мощность будет ниже заданного уровня, что приведет к увеличению скорости разогрева. В результате чего при изменении расхода питательной воды до перегрева пара выше линии насыщения увеличивается перерегулирование и время перерегулирования по мощности установки, скорости изменения температуры и перемещению рабочего органа регулятора. Это снижает безопасность и ресурс установки.

Задачей изобретения является повышение качества переходного процесса, безопасности и ресурса установки.

Поставленная задача и получаемый технический результат реализуются предложенной совокупностью существенных признаков.

Способ управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности сигналов измеренной мощности и заданной мощности, состоящий в том, что формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, затем интегрируют эту разность сигналов и осуществляют управление регулятором разогрева по сумме сигнала управления по мощности и сигнала результата интегрирования, причем дополнительно формируют характеристику отбираемой мощности, затем по этой характеристике задают сигнал, характеризующий отбираемую мощность, при формировании характеристики отбираемой мощности дополнительно учитывают величину и скорость изменения расхода используемой среды второго контура.

Предложенное решение поясняют иллюстративные материалы, где:

Фиг.1 - схемное решение примера реализации предлагаемого способа;

Фиг.2 - результат математического моделирования переходных процессов разогрева по способу прототипа (кривая 1 - алгоритм с интегратором, где заданная мощность равна сумме сигнала, который равен величине расхода питательной воды, и сигнала заданной мощности разогрева) и предлагаемого способа (кривая 2 - алгоритм с интегратором, где заданная мощность равна сумме сигнала фактически отбираемой мощности и сигнала заданной мощности разогрева).

На фигурах позициями обозначены используемые элементы и воздействующие факторы.

1 - регулятор;

2, 3, 5 и 6 - алгебраические сумматоры;

4 - интегратор;

7 - K1Nи - сигнал измеренной мощности;

8 - K1Nу - сигнал, характеризующий отбираемую мощность;

9 - K1Nур - сигнал заданной мощности разогрева;

10 - Δу - сигнал управления;

11 - $$K2t_{и}^{о}$$ - сигнал измеренной температуры;

12 - $$K2t_{ост}^{о}$$ - сигнал заданной температуры остановки разогрева;

13 - $$K2\Delta t_{ост}^{о}$$ - сигнал остановки разогрева по температуре $$\left(K2\Delta t_{ост}^{о}=K2t_{ост}^{о}-K2t_{и}^{о}\right)$$ ;

14 - $$K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ - сигнал скорости изменения измеренной температуры;

15 - $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ - сигнал заданной скорости изменения температуры;

16 - Δс - сигнал на входе интегратора 4 ( равный разности между заданной $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ и измеренной $$K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ скоростью разогрева);

17 - Δи - сигнал результата интегрирования ( сигнал коррекции уровня мощности установки по скорости разогрева);

18 - формирователь характеристики задатчика отбираемой мощности;

19 - сигнал расхода питательной воды.

На представленных на фиг.2 трех графиках в осях: мощность - время (а), скорость разогрева - время (б), температура на выходе из активной зоны - время (в):

Кривая 1 - характеризует процессы в прототипе (алгоритм с интегратором, где заданная мощность равна сумме сигнала, который равен величине расхода питательной воды, и сигнала заданной мощности разогрева).

Кривая 2 - характеризует процессы в предлагаемом способе (алгоритм с интегратором, где заданная мощность равна сумме сигнала фактически отбираемой мощности и сигнала заданной мощности разогрева).

Пример реализации предлагаемого способа управлением разогревом энергетической установки показан на фиг.1 с пояснениями в описании, где использованы следующие обозначения:

1 - регулятор, 2, 3, 5 и 6 - алгебраические сумматоры; 4 - интегратор; 7 - K1Nи - сигнал измеренной мощности; 8 - K1Ny - сигнал отбираемой мощности; 9 - K1Nур - сигнал заданной мощности разогрева; 10 - Δу - сигнал управления; 11 - $$K2t_{и}^{о}$$ - сигнал измеренной температуры; 12 - $$K2t_{ост}^{о}$$ - сигнал заданной температуры остановки разогрева; 13 - $$K2\Delta t_{ост}^{о}$$ - сигнал остановки разогрева по температуре $$\left(K2\Delta t_{ост}^{о}=K2t_{ост}^{о}-K2t_{и}^{о}\right)$$ ; 14 - $$K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ - сигнал скорости изменения измеренной температуры; 15 - $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ - сигнал заданной скорости изменения температуры; 16 - Δс - сигнал на входе интегратора 4 ( равный разности между заданной и измеренной скоростью разогрева); 17 - Δи - сигнал результата интегрирования ( сигнал коррекции уровня мощности установки по скорости разогрева); 18 - формирователь характеристики задатчика отбираемой мощности; 19 - сигнал расхода питательной воды.

Разогрев по предлагаемому способу производится следующим образом.

Перед началом процесса разогрева устанавливаются: заданная скорость разогрева, скорость изменения температуры $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ (15). Формирователь характеристики задатчика отбираемой мощности (18) преобразует сигнал расхода питательной воды (19) в сигнал отбираемой мощности (8). Сигнал заданной мощности на выходе алгебраического сумматора (6), равный сумме сигналов отбираемой мощности K1Nу (8) и заданной мощности разогрева K1Nур (9), устанавливающей заданную скорость изменения температуры $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ (15), подается на вход алгебраического сумматора 5, с выхода которого сигнал управления Δу=K1Nу+K1Nур-K1Nи (10) поступает на вход автоматического регулятора 1. Под воздействием регулятора 1 в энергетической установке увеличивается мощность. Когда сигнал измеренной мощности K1Nи (7) станет равным заданному значению K1Nу+K1Nур, сигнал управления будет равен нулю, Δу=0. Это приведет к разогреву теплоносителя со скоростью изменения температуры, соответствующей установленной в энергетической установке мощности. Если скорость разогрева теплоносителя не будет равна заданной, это будет означать, что поступающий на вход алгебраического сумматора 3 сигнал измеренной скорости изменения температуры $$K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ (14) не будет равен сигналу заданной скорости изменения температуры $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ (15). В этом случае разность этих сигналов Δс (16) поступит на вход интегратора 4, с выхода которого сигнал результата интегрирования Δи (17) поступит на вход алгебраического сумматора 5. Если скорость увеличения температуры $$K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ (14) меньше заданной $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ (15), то сигнал Δи (17) на выходе интегратора 4 будет иметь такой же знак, как у сигнала заданной мощности разогрева. В результате чего сигнал управления Δу (10), поступающий на вход регулятора 1, станет равен алгебраической сумме сигналов K1Nу (8), K1Nур (9), K1Nи (7) и Δи (17). Под воздействием регулятора мощность установки будет увеличиваться до момента, когда сигнал управления Δу (10) станет равным нулю, а сигнал результата интегрирования Δи=const. Наступит установившийся режим регулирования заданной скорости разогрева. При этом сигнал измеренной мощности, K1Nи (7), будет равен сумме сигналов K1Nу+K1Nур и сигнала результата интегрирования, Δи (17), то есть K1Nи=K1Nу+K1Nур+Δи. В энергетической установке установится значение генерируемой мощности, превышение которой над отбираемой мощностью обеспечивает заданную скорость изменения температуры $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ (15).

Если скорость увеличения температуры $$K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ (14) окажется меньше заданной $$K3d{t}_{у}^{о}/dt$$ (15), тогда по сравнению с первым случаем поступающий на вход интегратора 4 сигнал Δс (16) изменит свой знак. Соответственно изменит свой знак сигнал Δи на выходе интегратора 4 и будет противоположен знаку сигнала заданной мощности разогрева K1Nур (9). Регулятор 1 будет уменьшать мощность установки до наступления равенств: Δу=0, K1Nи=K1Nу+K1Nур-Δи, Δи=const, $$K3d{t}_{у}^{о}/dt=K3d{t}_{и}^{о}/dt$$ . Интегратор 4 позволяет установить скорость изменения температуры равной заданному значению путем изменения, коррекции мощности установки.

Синхронизация отбора и генерации мощности в установке позволяет уменьшить величину и время перерегулирования по измеренной мощности, скорости изменения температуры и перемещению рабочего органа регулятора, повышает устойчивость процесса регулирования, уменьшает значения термических напряжений в конструкциях энергоустановки в течение всего процесса разогрева. В результате повышается безопасность и ресурс установки.

На фиг.2 на трех графиках в осях: мощность - время (а), скорость разогрева - время (б), температура на выходе из активной зоны - время (в), показан результат математического моделирования переходных процессов разогрева по способу прототипа, кривая 1, и предлагаемого способа, кривая 2, где заданная мощность равна сумме сигнала фактически отбираемой мощности и сигнала заданной мощности разогрева. Величины и время изменения измеренной мощности N, температуры t^° и скорости ее изменения dt^°/dt в предлагаемом способе меньше, чем в прототипе.

Изобретение относится к области управления энергетическими стационарными и транспортными установками электростанций и станций теплоснабжения с любым видом горючего, в том числе ядерного горючего, и может быть использовано в системах разогрева энергетических установок с принудительной и естественной циркуляцией теплоносителя. Формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, затем интегрируют эту разность сигналов и осуществляют управление регулятором разогрева по сумме сигнала управления по мощности и сигнала результата интегрирования. Дополнительно формируют характеристику отбираемой мощности, затем по этой характеристике задают сигнал, характеризующий отбираемую мощность. При формировании характеристики отбираемой мощности дополнительно учитывают величину и скорость изменения расхода используемой среды второго контура. 2 ил.

Способ управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности сигналов измеренной мощности и заданной мощности, состоящий в том, что формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, затем интегрируют эту разность сигналов и осуществляют управление регулятором разогрева по сумме сигнала управления по мощности и сигнала результата интегрирования, отличающийся тем, что дополнительно формируют характеристику отбираемой мощности, затем по этой характеристике задают сигнал, характеризующий отбираемую мощность, при формировании характеристики отбираемой мощности дополнительно учитывают величину и скорость изменения расхода используемой среды второго контура.