基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统及方法技术方案

技术编号:18444142 阅读:33 留言:0更新日期:2018-07-14 10:04
本发明专利技术公开基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统及方法,包括PLC控制器,控制屏,执行机构,测量装置和电源;PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端,输出端经伺服模块连接执行机构控制端,执行机构输出端驱动有机工质汽轮机;测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值、前座与后座的振动信号、以及包括温度、压力和流量的运行状态参数;控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态;电源用于为PLC控制器,控制屏和测量装置供电;PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制;并根据振动信号和运行状态参数进行逻辑运算产生参数监测和报警信号。实现了负荷控制。

Microprocessor based coordinated control system and method for geothermal power generation using organic refrigerants

The invention discloses an organic geothermal power generation coordination control system based on a microprocessor, including a PLC controller, a control panel, an actuating mechanism, a measuring device and a power supply, the input end of the PLC controller connects the output end of the measuring device, the output end is connected to the actuator control end via the servo module, and the actuator output end drive is driven. A dynamic organic working steam turbine; the measuring device is used to measure the actual value of the rotational speed, the vibration signal of the front seat and the rear seat, and the operating state parameters including the temperature, pressure and flow; the control panel and the PLC controller display the control parameters and the control state interactively; the electric source is used for the PLC controller, the control panel and the measurement. The PLC controller is used to control the rotational speed of the organic working steam turbine by PID control according to the actual value of the rotational speed and the setting value of the rotational speed; and the parameter monitoring and alarm signal are generated according to the logic operation of the vibration signal and the operating state parameters. The load control is realized.

【技术实现步骤摘要】
基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统及方法
本专利技术涉及中低温地热发电
,具体为基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统及方法。
技术介绍
我国中低温地热资源丰富,开展中低温地热发电热力循环的技术研究,可以推动中低温地热发电技术在我国适宜地区的推广应用,解决区域性电力需求和增加能源供给来源。有机工质汽轮机作为中低温地热发电热力循环中的关键部件,需要对其展开深入的研究。调速系统作为汽轮发电机组的主要控制系统,其动态特性不仅会对机组的经济性与安全性产生影响,还会对供电质量,主要是对功率和频率产生影咱,从而对电网的稳定性问题产生影响。汽轮机调速系统经历了三个阶段的发展,目前广泛应用的是数字电液调节系统。常见的汽轮机调速系统已经能较好满足火电机组的正常运行,尚且存在自动控制功能不够完善的问题,而适用于中低温地热发电机组的控制调速系统的发展还多处于仿真研究阶段。根据地热输出源和有机工质发电系统的不同特点,研究关键部件汽轮机和地热输出系统的协调控制策略以及完整的控制系统,目前并没有这方面的报道。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题,本专利技术提供基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统及方法,控制简单高效,精度高,能够进行速度、压力和负载的同步调节,保证地热低温发电装置的安全和稳定运行。本专利技术是通过以下技术方案来实现:基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,包括PLC控制器,控制屏,执行机构,测量装置和电源;所述的PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端,输出端经伺服模块连接执行机构控制端,执行机构输出端驱动有机工质汽轮机;所述的测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值、前座与后座的振动信号、以及包括温度、压力和流量的运行状态参数;所述的控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态;所述电源用于为PLC控制器,控制屏和测量装置供电;所述的PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制;并根据振动信号和运行状态参数进行逻辑运算产生参数监测和报警信号。优选的,PLC控制器采用S7-200CPU224XP型PLC,设置有有14个数字量输入测点、10个数字量输出测点、2个模拟量输出测点和1个模拟量输出测点。优选的,测量装置包括三个无源电磁式转速传感器,分别对应靠近有机工质汽轮机转轴连接的齿轮安装,通过检测齿轮上齿经过其磁极的移动输出对应有机工质汽轮机转速的频率输出信号。进一步,PLC控制器将测量装置输出端输出的三路频率输出电信号进行幅值转化,使其变成相应的转速实际值,与转速设定值进行比较,当三个信号中至少有两个不符合设定值时,得到有机工质汽轮机的转速实际值,给PLC控制器输出端连接的阀位限制器发出输出信号。优选的,PLC控制器与上位机之间通过PC/PPI编程电缆连接,上位机端口味USB接口,PLC控制器端口为串行接口,使用RS232或RS485传输协议通信。进一步,控制屏和上位机通过串行电缆连接;PLC控制器和控制屏通过串行接口连接,使用RS485传输协议。优选的,PLC控制器的输入端还包括六个转速设定值输入端口,六个转速设定值输入端口按照设定值优先级从高到低依次连接远程设定值、同步设定值、超速试验设定值、转速设定提升值,转速设定降低值和启动设定值。基于微处理器的有机工质地热发电协调控制方法,包括如下步骤,从汽轮机采集三个转速值,经过当三个信号中至少有两个不符合设定值时,转速需要调节,给调解阀执行机构发出输出信号,得出用于有机工质汽轮机控制的转速实际值;在汽轮机运行的不同阶段,控制系统输出不同的转速设定值;转速设定值按逻辑优先顺序依次排列分别为远程设定值、同步设定值、超速试验设定值、转速设定值升/降以及启动设定值;不同阶段的转速设定值按逻辑优先顺序进行排列,当优先级较高的下一阶段的设定值被选择时,自动代替优先级较低的上一阶段的设定值。优选的,当机组并网后,需要对机组的负荷进行控制,将负荷偏差与转速偏差同时输入PID控制器;转速控制与机组负荷控制模型运行条件下,PID具有不同的设定值;通过预设控制逻辑,当运行条件发生切换时,发出并网控制参数选择指令,使PID控制器中的各参数进行变化,满足不同阶段的要求;将接入电网给出的负荷信号作为负荷控制的设定值,使用调速不等率将负荷偏差转化为相应的转速偏差。优选的,进行进汽压力控制时,通过进汽压力设定值升/降指令按确定的步长对进汽压力设定值进行调节,或通过远程的方式给出压力设定值,远程设定值在逻辑中具有优先性;通过串级PID将进汽压力输入值、进汽压力设定值和不等率逻辑反馈值三个信号的偏差作为输入,输出压力控制信号对进汽压力进行控制,压力控制信号根据进汽压力控制投入或退出进行百分比转换为转速设定值,通过对转速设定值的修正对进汽压力进行控制。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术以作为微处理器的PLC控制器为核心,对有机工质汽轮机进行调速控制,适用于中低温地热汽轮机,通过PLC控制器、控制屏和执行机构的配合,确保低温换热器、有机工质汽轮机、有机工质泵和冷凝器的协调运行,保证地热低温发电装置的安全和稳定运行。通过选择自动启动或手动启动方式,由调速系统或操作人员控制转速的设定值和阀位控制器输出,完成有机工质汽轮机的启动,转速将被控制在设定的最低转速。转速PID控制器在并网之后工作在机组负荷控制模式,通过接受电网给出的负荷信号作为负荷控制的设定值,使用调速不等率将负载偏差转化为响应的转速偏差,实现负荷控制。其转速控制精度达到±1转/分,调速不等率在3-6%范围内连续可调。进一步的,通过进汽压力设定值升/降指令,按照设定步长,可对汽轮机的进汽压力进行调节。进一步的,通过设定调速系统的转速值使最大转速设定值上升为115%额定转速,执行机组超速试验,测试汽轮机电机与机械超速保护功能。附图说明图1为本专利技术实例中所述调速系统的结构示意图;图2为本专利技术实例中所述调速系统的调速原理示意图。图3为本专利技术实例中所述进汽压力调节逻辑的原理示意图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明,所述是对本专利技术的解释而不是限定。本系统采用PID自整定功能中的延时反馈算法,对控制器参数和控制系统进行优化设计。其过程为,在一个稳定的状态下产生一个微小但持续的扰动,过程变量中扰动的周期和振幅将决定控制过程的频率和增益。然后利用最终的增益和频率值,PID自整定程序提供合适的增益值、积分时间值和微分时间值。本专利技术基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,如图1所示,其包括PLC控制器,控制屏,执行机构,测量装置和电源。其中PLC控制器采用西门子的S7-200CPU224XP型PLC,该PLC具有14个数字量输入测点、10个数字量输出测点、2个模拟量输出测点和1个模拟量输出测点,并且具有PID调节功能;为满足有机工质汽轮机的控制要求,需要连接五个4模拟量输入模块和一个2模拟量输出模块。所采用控制屏为西门子公司的SMART700IE可组态触摸式显示屏,通过对该控制屏的画面组态,可以实现参数状态监视、控制参数调整、控制模式转换和参数超限报警等功能。采用执行机构为日本光荣公司Nucom-NM40型电子执行器。上述方案中,测量装置包括:转速测量部分,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,包括PLC控制器,控制屏,执行机构,测量装置和电源;所述的PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端,输出端经伺服模块连接执行机构控制端,执行机构输出端驱动有机工质汽轮机;所述的测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值、前座与后座的振动信号、以及包括温度、压力和流量的运行状态参数;所述的控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态;所述电源用于为PLC控制器,控制屏和测量装置供电;所述的PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制;并根据振动信号和运行状态参数进行逻辑运算产生参数监测和报警信号。

【技术特征摘要】
1.基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,包括PLC控制器,控制屏,执行机构,测量装置和电源;所述的PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端,输出端经伺服模块连接执行机构控制端,执行机构输出端驱动有机工质汽轮机;所述的测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值、前座与后座的振动信号、以及包括温度、压力和流量的运行状态参数;所述的控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态;所述电源用于为PLC控制器,控制屏和测量装置供电;所述的PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制;并根据振动信号和运行状态参数进行逻辑运算产生参数监测和报警信号。2.根据权利要求1所述的基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,PLC控制器采用S7-200CPU224XP型PLC,设置有有14个数字量输入测点、10个数字量输出测点、2个模拟量输出测点和1个模拟量输出测点。3.根据权利要求1所述的基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,测量装置包括三个无源电磁式转速传感器,分别对应靠近有机工质汽轮机转轴连接的齿轮安装,通过检测齿轮上齿经过其磁极的移动输出对应有机工质汽轮机转速的频率输出信号。4.根据权利要求3所述的基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,PLC控制器将测量装置输出端输出的三路频率输出电信号进行幅值转化,使其变成相应的转速实际值,与转速设定值进行比较,当三个信号中至少有两个不符合设定值时,得到有机工质汽轮机的转速实际值,给PLC控制器输出端连接的阀位限制器发出输出信号。5.根据权利要求1所述的基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,PLC控制器与上位机之间通过PC/PPI编程电缆连接,上位机端口味USB接口,PLC控制器端口为串行接口,使用RS232或RS485传输协议通信。6.根据权利要求5所述的基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统,其特征在于,控制屏和上位机通过串行电缆连接;PLC控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴义平龙颖杜洋巩鹏飞曹越桑懿谦
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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