燃煤链条锅炉控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃煤链条锅炉控制系统及其控制方法，所述控制系统包括：用于检测初始时刻的实际汽包压力测量值PV(0)、以及第k时刻的实际汽包压力测量值PV(k)的压力检测模块；与所述炉排变频器和压力检测模块相连接，并接收初始时刻的汽包压力给定值SV(0)，以及输出第k时刻的频率控制参数u(k)给炉排变频器的下位机；本发明专利技术能够使汽包压力实际值按照导引轨迹的要求，循序渐进的跟踪，在获得良好控制效果的同时不会延长响应时间。

【技术实现步骤摘要】
燃煤链条锅炉控制系统及其控制方法
本专利技术涉及工业锅炉燃烧控制
，具体为一种燃煤链条锅炉控制系统及其控制方法。
技术介绍
目前，燃煤链条锅炉在锅炉行业中保持着主导地位，占所有锅炉总量的2/3以上。近几年国内工业锅炉设计和制造技术得到很大的发展和提高，尤其在受压部件的设计和制造上有较大发展，但是，在燃烧技术、配套辅机和整体水平方面还存在一些问题，这些问题使得锅炉运行压力往往较低，一般仅为锅炉额定工作压力的50％左右，锅炉经常处于低负荷运行，实际运行效率一般比锅炉额定效率低5％～10％以上。现有的锅炉在使用运行中的主要问题是容量过小或负荷不匹配，锅炉燃烧技术水平较低，导致最终的燃烧效率不高。工业锅炉控制系统要完成的任务主要有：①主汽流量要适应负荷的变化；②汽包压力保持在一定的范围内；③炉膛保持一定的负压；④汽包水位保持在一定的范围内。对于锅炉燃烧过程来说，主要完成两个任务：①通过调节引风转速的炉膛负压控制回路来维持炉膛负压恒定；②通过调节炉排转速、给煤转速与鼓风转速的汽包压力控制回路来控制汽包压力恒定。当前的工业锅炉，尤其是35t/h以下的工业锅炉，其控制方案通常都采用手动控制方式或PID控制方式，但对于工况变化剧烈的燃烧过程来说，这类控制方案无法实现很好的控制。虽然PID控制方式在工业锅炉燃烧控制上得到了一定的应用，但其难以兼顾静态特性与动态指标，常由于超调过大、积分饱和、未能很好的实时匹配被控系统特性而导致运行崩溃。因为汽包压力调节过程具有时变性、滞后性、多变量耦合等难点，所以目前有许多燃煤链条锅炉的汽包压力仍然采用的是手动控制方式。针对燃煤链条锅炉，实现燃烧控制的主要被控参数包括汽包压力、风煤配比和炉膛负压等。燃煤链条锅炉燃烧过程是一个具有大惯性、大时延、变参数的多输入多输出复杂过程，PID控制方式无法为具有大惯性、大纯时延和变参数的锅炉燃烧过程提供高质量的控制。具体地，PID控制方式在燃煤链条锅炉燃烧控制中主要存在两类问题：①针对汽包压力的给定信号为阶跃变化时，由于初始时刻汽包压力的设定值与测量值偏差过大，往往会造成汽包压力较大的超调，出现控制的混乱，这将对锅炉造成安全隐患；②没有利用好微分项，微分信号在控制过程中对噪声的放大会干扰系统的控制过程，但由于微分对误差的超前控制又能很好的预测误差，减小超调等，所以合理利用微分项也始终吸引着众多研究者的关注。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制一种燃煤链条锅炉控制系统及其控制方法。本专利技术的技术手段如下：一种燃煤链条锅炉控制系统，所述燃煤链条锅炉包括炉排电机、引风电机、鼓风电机、给煤电机和给水电机；所述控制系统包括：与所述炉排电机相连接的炉排变频器；用于检测初始时刻的实际汽包压力测量值PV(0)、以及第k时刻的实际汽包压力测量值PV(k)的压力检测模块，其中k表示顺序、取值为1,2…,n；与所述炉排变频器和压力检测模块相连接，并接收初始时刻的汽包压力给定值SV(0)，以及输出第k时刻的频率控制参数u(k)给炉排变频器的下位机；所述下位机的工作过程如下：①令SVP(k)＝SVP(k-1)＝PV(0)、PVP(k)＝PVP(k-1)＝PV(0)、u(k)＝u(k-1)＝0，k从1取值至n；其中：SVP(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置分量，PVP(k)为第k时刻的汽包压力测量值的位置分量，SVP(k-1)为第k-1时刻的汽包压力给定值的位置分量，PVP(k-1)为第k-1时刻的汽包压力测量值的位置分量，u(k)为第k时刻的频率控制参数，u(k-1)为第k-1时刻的频率控制参数，k表示顺序、取值为1,2…,n；②获得初始时刻的汽包压力给定值SV(0)与第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)之间的偏差e(k)；③对初始时刻的汽包压力给定值SV(0)与第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)之间偏差的绝对值|e(k)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较；④当|e(k)|＞DL2且e(k)＞0时，控制所述炉排变频器的阀位开到上限，即设定第k时刻的频率控制参数u(k)＝u(k)max并输出u(k)给所述炉排变频器，其中u(k)max表示阀位上限值，令k＝k+1，返回②；⑤当|e(k)|＞DL2且e(k)＜0时，控制所述炉排变频器阀位开到下限，即设定第k时刻的频率控制参数u(k)＝u(k)min并输出u(k)给所述炉排变频器，其中u(k)min表示阀位下限值，令k＝k+1，返回②；⑥当DL1＜|e(k)|＜DL2，判断|SVP(k)-PV(0)|是否小于0.95×|SV(0)-PV(0)|，是则执行⑧，否则令SVP(k)＝SVP(k-1)＝PV(0)，令k＝k+1，返回②；⑦当|e(k)|＜DL1时，令SVP(k)＝SVP(k-1)＝SV(0)，执行⑨；⑧根据公式得出第k时刻的汽包压力给定值的位置分量SVP(k)，其中T为时间项调节参数，执行⑨；⑨根据公式SVV(k)＝SVP′(k)得出第k时刻的汽包压力给定值的速度分量SVV(k)，并根据公式PVV(k)＝PVP′(k)得出第k时刻的汽包压力测量值的速度分量PVV(k)，其中，SVP′(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置分量SVP(k)的一阶导数、PVP′(k)为第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)的一阶导数，执行⑩；⑩通过公式Δu(k)＝AP[SVP(k)-PVP(k)]+AV[SVV(k)-PVV(k)]得出第k时刻的频率控制参数u(k)的变化量Δu(k)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，执行；利用公式u(k)＝u(k-1)+Δu(k)得出第k时刻的频率控制参数u(k)，并输出频率控制参数u(k)给炉排变频器以控制所述炉排变频器的输出频率，进而调节炉排电机的转速以实现锅炉汽包压力的控制，其中，u(k-1)为第k-1时刻的频率控制参数，令k＝k+1，返回②；另外，所述控制系统还包括用于检测炉膛温度的温度传感器、检测汽包水位的液位传感器和检测主汽流量的流量传感器；所述下位机还用于接收汽包水位设定值，并根据汽包水位设定值和实际汽包水位值的偏差采用PID控制方式实现汽包水位闭环控制；另外，所述控制系统还包括：与引风电机相连接的引风变频器、与鼓风电机相连接的鼓风变频器、与给煤电机相连接的给煤变频器、与给水电机相连接的给水变频器；进一步地，所述下位机经由现场控制柜接收压力检测模块、温度传感器、液位传感器和流量传感器输出的信号，以及实现炉排变频器、引风变频器、鼓风变频器、给煤变频器和给水变频器的控制。一种燃煤链条锅炉控制方法，所述燃煤链条锅炉包括炉排电机；所述炉排电机与炉排变频器相连接；所述控制方法包括如下步骤：S1：检测初始时刻的实际汽包压力测量值PV(0)，并给出初始时刻的汽包压力给定值SV(0)，执行S2；S2：令SVP(k)＝SVP(k-1)＝PV(0)、PVP(k)＝PVP(k-1)＝PV(0)、u(k)＝u(k-1)＝0，k从1取值至n；其中：SVP(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃煤链条锅炉控制系统，所述燃煤链条锅炉包括炉排电机、引风电机、鼓风电机、给煤电机和给水电机；其特征在于，所述控制系统包括：与所述炉排电机相连接的炉排变频器；用于检测初始时刻的实际汽包压力测量值PV(0)、以及第k时刻的实际汽包压力测量值PV(k)的压力检测模块，其中k表示顺序、取值为1,2…,n；与所述炉排变频器和压力检测模块相连接，并接收初始时刻的汽包压力给定值SV(0)，以及输出第k时刻的频率控制参数u(k)给炉排变频器的下位机；所述下位机的工作过程如下：①令SVP(k)＝SVP(k‑1)＝PV(0)、PVP(k)＝PVP(k‑1)＝PV(0)、u(k)＝u(k‑1)＝0，k从1取值至n；其中：SVP(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置分量，PVP(k)为第k时刻的汽包压力测量值的位置分量，SVP(k‑1)为第k‑1时刻的汽包压力给定值的位置分量，PVP(k‑1)为第k‑1时刻的汽包压力测量值的位置分量，u(k)为第k时刻的频率控制参数，u(k‑1)为第k‑1时刻的频率控制参数，k表示顺序、取值为1,2…,n；②获得初始时刻的汽包压力给定值SV(0)与第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)之间的偏差e(k)；③对初始时刻的汽包压力给定值SV(0)与第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)之间偏差的绝对值|e(k)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较；④当|e(k)|＞DL2且e(k)＞0时，控制所述炉排变频器的阀位开到上限，即设定第k时刻的频率控制参数u(k)＝u(k)max并输出u(k)给所述炉排变频器，其中u(k)max表示阀位上限值，令k＝k+1，返回②；⑤当|e(k)|＞DL2且e(k)＜0时，控制所述炉排变频器阀位开到下限，即设定第k时刻的频率控制参数u(k)＝u(k)min并输出u(k)给所述炉排变频器，其中u(k)min表示阀位下限值，令k＝k+1，返回②；⑥当DL1＜|e(k)|＜DL2，判断|SVP(k)‑PV(0)|是否小于0.95×|SV(0)‑PV(0)|，是则执行⑧，否则令SVP(k)＝SVP(k‑1)＝PV(0)，令k＝k+1，返回②；⑦当|e(k)|＜DL1时，令SVP(k)＝SVP(k‑1)＝SV(0)，执行⑨；⑧根据公式SVP(k)=SV(0)-PV(0)T+1+[SVP(k-1)-PV(0)]×TT+1+PV(0)]]>得出第k时刻的汽包压力给定值的位置分量SVP(k)，其中T为时间项调节参数，执行⑨；⑨根据公式SVV(k)＝SVP′(k)得出第k时刻的汽包压力给定值的速度分量SVV(k)，并根据公式PVV(k)＝PVP′(k)得出第k时刻的汽包压力测量值的速度分量PVV(k)，其中，SVP′(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置分量SVP(k)的一阶导数、PVP′(k)为第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)的一阶导数，执行⑩；⑩通过公式Δu(k)＝AP[SVP(k)‑PVP(k)]+AV[SVV(k)‑PVV(k)]得出第k时刻的频率控制参数u(k)的变化量Δu(k)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，执行利用公式u(k)＝u(k‑1)+Δu(k)得出第k时刻的频率控制参数u(k)，并输出频率控制参数u(k)给炉排变频器以控制所述炉排变频器的输出频率，进而调节炉排电机的转速以实现锅炉汽包压力的控制，其中，u(k‑1)为第k‑1时刻的频率控制参数，令k＝k+1，返回②。...

【技术特征摘要】
1.一种燃煤链条锅炉控制系统，所述燃煤链条锅炉包括炉排电机、引风电机、鼓风电机、给煤电机和给水电机；其特征在于，所述控制系统包括：与所述炉排电机相连接的炉排变频器；用于检测初始时刻的实际汽包压力测量值PV(0)、以及第k时刻的实际汽包压力测量值PV(k)的压力检测模块，其中k表示顺序、取值为1，2…，n；与所述炉排变频器和压力检测模块相连接，并接收汽包压力给定目标值SV(0)，以及输出第k时刻的频率控制参数u(k)给炉排变频器的下位机；所述下位机的工作过程如下：①令SVP(k)＝SVP(k-1)＝PV(0)、PVP(k)＝PVP(k-1)＝PV(0)、u(k)＝u(k-1)＝0，k从1取值至n；其中：SVP(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置分量，PVP(k)为第k时刻的汽包压力测量值的位置分量，SVP(k-1)为第k-1时刻的汽包压力给定值的位置分量，PVP(k-1)为第k-1时刻的汽包压力测量值的位置分量，u(k)为第k时刻的频率控制参数，u(k-1)为第k-1时刻的频率控制参数，k表示顺序、取值为1，2…，n；②令第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)恒等于所述压力检测模块所检测的第k时刻的实际汽包压力测量值PV(k)；③获得汽包压力给定目标值SV(0)与第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)之间的偏差e(k)；④对汽包压力给定目标值SV(0)与第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)之间偏差的绝对值|e(k)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较；⑤当|e(k)|＞DL2且e(k)＞0时，控制所述炉排变频器的阀位开到上限，即设定第k时刻的频率控制参数u(k)＝u(k)max并输出u(k)给所述炉排变频器，其中u(k)max表示阀位上限值，令k＝k+1，返回③；⑥当|e(k)|＞DL2且e(k)＜0时，控制所述炉排变频器阀位开到下限，即设定第k时刻的频率控制参数u(k)＝u(k)min并输出u(k)给所述炉排变频器，其中u(k)min表示阀位下限值，令k＝k+1，返回③；⑦当DL1＜|e(k)|＜DL2，判断|SVP(k)-PV(0)|是否小于0.95×|SV(0)-PV(0)|，是则执行⑧，否则令SVP(k)＝SVP(k-1)＝PV(0)，令k＝k+1，返回③；⑧当|e(k)|＜DL1时，令SVP(k)＝SVP(k-1)＝SV(0)，执行⑩；⑨根据公式得出第k时刻的汽包压力给定值的位置分量SVP(k)，其中T为时间项调节参数，执行⑩；⑩根据公式SVV(k)＝SVP′(k)得出第k时刻的汽包压力给定值的速度分量SVV(k)，并根据公式PVV(k)＝PVP′(k)得出第k时刻的汽包压力测量值的速度分量PVV(k)，其中，SVP′(k)为第k时刻的汽包压力给定值的位置分量SVP(k)的一阶导数、PVP′(k)为第k时刻的汽包压力测量值的位置分量PVP(k)的一阶导数，执行通过公式Δu(k)＝AP[SVP(k)-PVP(k)]+AV[SVV(k)-PVV(k)]得出第k时刻的频率控制参数u(k)的变化量Δu(k)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，执行利用公式u(k)＝u(k-1)+Δu(k)得出第k时刻的频率控制参数u(k)，并输出频率控制参数u(k)给炉排变频器以控制所述炉排变频器的输出频率，进而调节炉排电机的转速以实现锅炉汽包压力的控制，其中，u(k-1)为第k-1时刻的频率控制参数，令k＝k+1，返回③。2.根据权利要求1所述的燃煤链条锅炉控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括用于检测炉膛温度的温度传感器、检测汽包水位的液位传感器和检测主汽流量的流量传感器；所述下位机还用于接收汽包水位设定值，并根据汽包水位设定值和实际汽包水位值的偏差采用PID控制方式实现汽包水位闭环控制。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪思源，蔡麒，王文标，郑赫，刘维聪，邢倩菲，李琦，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21