一種數模聯合電液控制系統的制作方法
【專利摘要】一種數模聯合電液控制系統，提出一種數模聯合控制的概念，實現了汽輪發電機孤網運行下的電網頻率快速調整和自動調整的結合。控制器輸出的閥位給定指令與一次調頻卡輸出的快速一次調頻指令經閥門曲線卡運算后輸出至功放卡，控制電液轉換器動作。快速一次調頻控制回路為獨立硬件結構，能夠快速響應，大大縮短控制系統傳遞時間，解決了數字電液控制系統固有存在的控制器運算周期長，解決了目前汽輪發電機在孤網運行方式下存在的電網調頻問題。
【專利說明】一種數模聯合電液控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽輪發電機控制領域的控制系統，具體地說涉及一種孤網(小網)運行的數模聯合電液控制系統。
【背景技術】
[0002]汽輪發電機是火力發電的重要設備，其控制系統是汽輪發電機的大腦和神經中樞，在火力發電與電網技術中有著無與倫比的重要性，長期以來承擔著作為科研目的的重
要課題。
[0003]孤網是孤立電網的簡稱，一般泛指脫離大電網的小容量電網，電網中單機容量大于電網總容量的8%，即可認定為孤網。孤網運行的最突出特點，是由負荷控制轉變為頻率控制，要求調速系統具有符合要求的靜態特性、良好的穩定性和動態響應特性，以保證在用戶負荷變化的情況下自動保持電網頻率的穩定。這就是通常所說的一次調頻功能。運行人員關注的問題不再是負荷，而是調整孤網頻率，使之維持在額定頻率的附近。這就是二次調頻功能。
[0004]一次調頻:各汽輪發電機組并網運行時，受外界負荷變動影響，電網頻率發生變化，這時，各機組的調節系統參與調節作用，改變各機組所帶的負荷，使之與外界負荷相平衡。同時，還盡力減少電網頻率的變化，這一過程即為一次調頻。
[0005]二次調頻:一次調頻是有差調節，不能維持電網頻率不變，只能緩和電網頻率的改變程度。所以還需要增、減某些機組的負荷，以恢復電網頻率，這一過程稱為二次調頻。只有經過二次調頻后，電網頻率才能精確地保持恒定值。
[0006]二次調頻目前有兩種方法:1、手動改變閥位給定指令，使負荷平衡，實現手動二次調頻；2、根據實際頻率與額定頻率的偏差設定積分控制程序，實現自動二次調頻。
[0007]過去汽輪機發電控制系統采用傳統的機械液壓式調節系統(MHC)，這種系統自動化程度低、遲緩率大，系統控制精度差。20世紀50年代中期，隨著電子元件可靠性的提高，發展出不依靠機械液壓式調節系統為后備的模擬電調系統(AEH)，采用純模擬電路實現調節控制。
[0008]20世紀80年代中期，我國引進美國西屋公司的數字電液控制系統(DEH)技術，此種控制系統綜合了數字計算機技術、液壓技術、固體電子學技術，實現了汽輪機發電控制系統的信息化、集成化和系統化。但是該數字電液控制系統的主要缺陷是:為離散控制，控制器采用周期運算，存在采樣失真和運算延遲，系統遲緩率高、滯后延遲大，導致系統穩定性下降。在汽輪發電機孤網運行中，由于孤網一次調頻要求系統具有快速響應，只有將控制器運算周期設定得足夠小，小于50ms，控制系統穩定性才能得到保證。而目前存在的該類型部分廠家控制系統，控制器運算周期長達200ms。在汽輪發電機孤網運行中使用時控制精度差，不能完成控制任務。該系統傳遞環節中，從測速到電液轉換器輸出響應傳遞時間超過260ms，從測速到油動機全行程響應傳遞時間超過460ms。而在汽輪發電機孤網運行中，要求全周期傳遞時間越短控制效果越好。該數字電液控制系統遠不能滿足該環境下使用要求，會導致汽輪發電機組工作不穩定，電網頻率劇烈波動，嚴重時甚至引發停機和廠區失電事故。

【發明內容】

[0009]針對上述技術問題，本發明提供一種數模聯合電液控制系統，采用純硬件模擬信號構成的快速一次調頻控制回路，大大縮短從測速到油動機全行程響應時間。
[0010]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種數模聯合電液控制系統，其特征在于，包括主控制器和從控制器，該主控制器和從控制器熱冗余備用，其之間雙向通信，該主控制器和從控制器輸出閥位給定信號去閥門曲線卡，該閥門曲線卡的信號輸出端連接有功放卡的第一信號輸入端，該功放卡的輸出端連接有電液轉換器的輸入端，該電液轉換器的輸出端輸出用于調節油動機的控制信號，還包括用于檢測油動機閥門開度的位移傳感器，該位移傳感器的信號輸出端與所述功放卡的第二信號輸入端連接；
還包括用于測量汽輪機轉速的測速傳感器，設置有三支獨立的測速傳感器，該三支測速傳感器信號輸出端分別連接有第一至第三測速卡的信號輸入端，該第一至第三測速卡的信號輸出端連接有一次調頻卡的信號輸入端組，該第一至第三測速卡的信號輸出端還連接有I/o卡的信號輸入端組，所述I/O卡還設置有用于接收實測壓力和實測功率的輸入端；所述I/o卡與所述熱冗余主控制器和從控制器雙向通信，所述一次調頻卡的信號輸出端與所述閥門曲線卡的信號輸入端連接；
進一步特征，所述位移傳感器為直線位移傳感器LVDT，所述測速傳感器為磁阻式傳感器 CS-1。
[0011 ] 本發明的積極效果是:
本發明提出一種數模聯合控制的概念，實現了汽輪發電機孤網運行下的電網頻率快速調整和自動調整的結合。控制器輸出的閥位給定指令與一次調頻卡輸出的快速一次調頻指令經閥門曲線卡運算后輸出至功放卡，控制電液轉換器動作。快速一次調頻控制回路為獨立硬件結構，能夠快速響應，大大縮短控制系統傳遞時間，解決了數字電液控制系統固有存在的控制器運算周期長，解決了目前汽輪發電機在孤網運行方式下存在的電網調頻問題。
[0012]說明書附圖
圖1為本發明提出的汽輪發電機數模聯合電液控制系統結構框圖；
圖2為本發明提出的汽輪發電機數模聯合電液控制系統傳遞時間圖；
圖3為本發明實施例1的原理圖；
圖4為一次調頻卡輸入信號折線圖；
圖5為一次調頻卡一次調頻折線圖；
圖6為一次調頻卡輸出信號折線圖；
圖7為加法器的結構示意圖；
圖8為閥門曲線卡指令修正曲線圖；
1-主控制器，2-從控制器,3-1/0卡,4- 一次調頻卡,5-閥門曲線卡,6-功放卡,7-電液轉換器，8-油動機，9-位移傳感器，10-測速傳感器，11-第一測速卡，12-第二測速卡，13-第三測速卡。【具體實施方式】
[0013]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0014]如圖1所示，一種數模聯合電液控制系統，包括主控制器I和從控制器2，該主控制器I和從控制器2熱冗余備用，之間雙向通信，該主控制器I和從控制器2輸出閥位給定信號去閥門曲線卡5，該閥門曲線卡5的信號輸出端連接有功放卡6的第一信號輸入端，該功放卡6的輸出端連接有電液轉換器7的輸入端，該電液轉換器7的輸出端輸出用于調節油動機的控制信號，還包括用于檢測油動機閥門開度的位移傳感器9，該位移傳感器9的信號輸出端與功放卡6的第二信號輸入端連接；
還包括用于測量汽輪機轉速的測速傳感器10，設置有三支獨立的測速傳感器，該三支測速傳感器信號輸出端分別連接有第一至第三測速卡的信號輸入端，該第一至第三測速卡的信號輸出端連接有一次調頻卡4的信號輸入端組，該第一至第三測速卡的信號輸出端還連接有I/O卡3的信號輸入端組，I/O卡3還設置有用于接收實測壓力和實測功率的輸入端;
I/o卡3與主控制器和從控制器雙向通信,一次調頻卡4的信號輸出端與閥門曲線卡5的信號輸入端連接；
位移傳感器9為直線位移傳感器LVDT，測速傳感器10為磁阻式傳感器CS-1。
[0015]本發明提出的數模聯合電液控制系統，具有純硬件模擬信號構成快速一次調頻控制回路，同時具有軟件控制方式的自動二次調頻功能，優選地適用于汽輪發電機在孤網運行方式下使用。
[0016]該數模聯合電液控制系統，根據汽輪機高壓調節汽閥數量，可擴展多個閥門曲線卡、功放卡、電液轉換器、油動機、冗余位移傳感器。
[0017]其中一次調頻卡為獨立硬件結構，接收3路測量轉速模擬量輸入信號，接收I路設定轉速模擬量輸入信號，接收I路一次調頻卡投入開關量輸入使能信號，輸出4路一次調頻模擬量指令信號，輸出I路轉速偏差模擬量信號。一次調頻卡工作原理見圖4-圖6。
[0018]閥門曲線卡為獨立硬件結構，接收I路一次調頻指令模擬量信號，接收I路閥位給定指令模擬量信號，輸出I路閥位控制模擬量信號。閥門曲線卡工作原理見圖7和圖8。
[0019]測速卡具有輸出I路模擬量轉速信號功能，轉速信號可根據需要設置輸出信號量程及范圍。
[0020]上述數模聯合電液控制系統，采用一次調頻卡接收測速卡發出的測量轉速信號，根據測量轉速與設定轉速的偏差波動快速輸出一次調頻指令，一次調頻指令與控制器輸出的閥位給定指令同時疊加至閥門曲線卡，動態補償控制器輸出的閥位指令，修正功放卡對油動機的控制，穩定汽輪機的轉速，及時有效的消除負荷波動和閥門運行方式切換引起的擾動。
[0021]上述數模聯合電液控制系統從轉速檢測到執行反饋各環節傳遞時間，參見圖2。該數模聯合電液控制系統的各傳遞環節中，由于快速一次調頻控制回路采用測頻卡、一次調頻卡與閥門曲線卡，信號傳遞與處理采用純硬件模擬信號方式，無中間寄存器和控制器，響應時間可忽略不計，從測速到輸出至電液轉換器響應傳遞時間小于50ms，從測速到控制油動機全行程開啟時間小于250ms，大大小于現有技術中全行程響應傳遞時間(460ms)。[0022]上述數模聯合電液控制系統，純硬件快速一次調頻回路在轉速偏離設定轉速時，根據測量轉速與設定轉速的偏差波動快速輸出一次調頻指令。該調節過程為有差調節，用于最快速穩定電網頻率，不能維持電網頻率不變，只能緩和電網頻率的改變程度，還需要進行二次調頻。
[0023]上述二次調頻，可通過修改控制器輸出至閥門曲線卡的閥位指令實現，該過程可手動方式，也可以通過程序設定自動完成。
[0024]上述自動二次調頻，在控制器設定積分運算器(I)，設定電網頻率/與額定頻率f0的誤差為Zl /，設定積分時間Ki，則按照積分運算公式，自動二次調頻值/7:
η = Κι*Ι(Δ/) dt
上述閥門曲線卡在接收一次調頻卡發出的一次調頻指令與控制器發出的二次調頻的閥位指令，經加法器運算與指令修正后輸出控制信號至功放卡，控制電液轉換器執行新的指令，使電網頻率穩定在設定值。
[0025]具體實施例1:
本發明提出的數模聯合電液控制系統，【具體實施方式】以汽輪發電機孤網運行方式的控制系統為實施例，原理的控制框圖參見圖3。
[0026]3支測速傳感器采集3路轉速信號，第一測速卡If第三測速卡13輸出三路轉速信號通過I/o卡采集并輸入主控制器I和從控制器2，第一測速卡If第三測速卡13輸出另三路4~20mA測量轉速(2850rpnT3150rpm)至一次調頻卡4。
[0027]上述實施例中，一次調頻卡4接收3路測速卡輸出的測量轉速，測量轉速取中值后與設定轉速(3000rpm)的偏差(-150rpnTl50rpm)波動快速產生一次調頻值。一次調頻卡4接收I/O卡發出的開關量一次調頻卡投入信號為真值(I)時，輸出一次調頻指令至閥門曲線卡。
[0028]閥門曲線卡5接收I路一次調頻卡4發出的一次調頻指令，接收I路控制器運算輸出的閥位給定指令，2路指令信號處理及修正原理見圖5，產生控制閥位指令輸出至功放卡。一次調頻指令動態補償控制器輸出的閥位給定指令，修正功放卡對油動機的控制，穩定汽輪機的轉速，及時有效的消除負荷波動和閥門運行方式切換引起的擾動。
[0029]一次調頻卡4為PRD公司(重慶浦仁達科技有限公司)生產的型號為FBMSDP的調頻卡，主要工作原理見圖4至圖6。接收的3路測量轉速信號經3取中處理后，選擇后的輸入信號滿足圖4中X= ( _150，150)，y=(4，20)折現關系；根據圖5中，選擇后的輸入信號根據一次調頻折線x=(4，20),y=(-100, 100)關系產生一次調頻指令；根據圖6中設置，當接收到I/O卡輸出的一次調頻卡投入信號滿足后，根據輸出信號折現X= (-100, 100)，Y= (4，20)輸出4~20mA 一次調頻指令，指令量程_100%~100%。同時輸出I路轉速偏差信號(-150rpm^l50rpm)至I/O卡記錄。一次調頻卡設置取消一次調頻死區，按照汽輪發電機廠家要求設置轉速不等率。
[0030]上述一次調頻卡4接收到3路測量轉速信號，選擇測量值處于中間的信號用于控制，即三取中。正常情況下，3路測量速度信號是一致的，當其中一路采集錯誤、過高或者過低，采取3選中處理方式將忽略此信號，可以保證測量速度信號的正確性。
[0031]閥門曲線卡5為PRD公司(重慶浦仁達科技有限公司)生產，型號為FBMSVC的閥門曲線卡，主要工作原理見圖7和圖8。根據圖7，一次調頻指令與閥位給定指令通過加法器疊加，輸出控制指令；指令修正根據汽輪機廠提供的閥門流量特性曲線設置，曲線關系見圖8。閥門曲線卡取代軟件閥門管理對汽輪機高壓調節汽閥特性曲線進行修正。設置一次調頻的實施范圍涵蓋油動機全行程。
[0032]上述實施例采用的系統框，圖1中，一次調頻卡4、閥門曲線卡5、功放卡6、電液轉換器7、油動機8、位移傳感器均可以根據需要擴展。
[0033]圖7和圖8所示原理圖中，為防止干擾硬件一次調頻，程序設置當一次調頻卡投入時，自動切除軟件一次調頻回路，避免增加一次調頻回路的放大倍數。
[0034]圖7和圖8所示原理圖中，程序設置當一次調頻卡投入時，切除功率控制回路。
[0035]圖7和圖8所示原理圖中，程序設置當一次調頻卡投入時，投入自動二次調頻回路。
[0036]圖7和圖8所示原理圖中，軟件一次調頻回路、功率控制回路、自動二次調頻回路均在控制器周期運算中執行，運算結果作為閥位給定指令輸出至閥門曲線卡。
[0037]以上所述僅是本發明的優選實施方式，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和應用，包括但不限于:應用于壓力、功率變化要求迅速地控制場合，改進方式為，將測速傳感器、測速卡改為測壓傳感器、測功傳感器及相應的測壓卡、測功卡；
可改進地，測速卡、一次調頻卡與閥門曲線卡輸出的信號可以改進為(T20mA信號、土 10VDC信號，或者根據國際標準Profibus、Modbus, FF、CAN及TCP/IP等協議傳輸的標準通訊信號。這些改進和應用也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種數模聯合電液控制系統，其特征在于，包括主控制器(1)和從控制器(2)，該主控制器(1)和從控制器(2)熱冗余備用，其之間雙向通信，該主控制器(1)和從控制器(2)輸出閥位給定信號至閥門曲線卡(5),該閥門曲線卡(5)的信號輸出端連接有功放卡(6)的第一信號輸入端，該功放卡(6)的輸出端連接有電液轉換器(7)的輸入端,該電液轉換器(7)的輸出端輸出用于調節油動機的控制信號，還包括用于檢測油動機閥門開度的位移傳感器(9)，該位移傳感器(9)的信號輸出端與所述功放卡(6)的第二信號輸入端連接； 還包括用于測量汽輪機轉速的測速傳感器(10)，設置有三支獨立的測速傳感器(10)，該三支測速傳感器信號輸出端分別連接有第一至第三測速卡(11、12、13)的信號輸入端，該第一至第三測速卡的信號輸出端連接有一次調頻卡(4)的信號輸入端組，該第一至第三測速卡的信號輸出端還連接有I/O卡(3)的信號輸入端組，所述I/O卡(3)還設置有用于接收實測壓力和實測功率的輸入端； 所述I/O卡(3)與所述熱冗余主控制器和從控制器雙向通信，所述一次調頻卡(4)的信號輸出端與所述閥門曲線卡(5)的信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的數模聯合電液控制系統，其特征在于，所述位移傳感器(9)為直線位移傳感器LVDT，所述測速傳感器(10)為磁阻式傳感器CS-1。
【文檔編號】H02J3/38GK103904650SQ201410147509
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】李波, 李明俊 申請人:重慶浦仁達科技有限公司