改進(jìn)回滯函數(shù)在給水泵再循環(huán)控制回路中的應(yīng)用

于明雙，韓 江，張 鵬，李鳳奎

（山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷階段時(shí)，給水泵工作點(diǎn)會(huì)超出上限特性曲線，為此需要設(shè)置最小流量閥控制系統(tǒng)，通過控制再循環(huán)流量來保證水泵流量不低于最小流量值，通過調(diào)整最小流量控制閥的開度以保證給水泵或凝結(jié)水泵在啟動(dòng)或低負(fù)荷工況下，流經(jīng)泵的流量大于其允許的最小流量。DL／T 657—2015《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試規(guī)程》要求新投入或檢修后的給水泵最小流量再循環(huán)控制閥應(yīng)滿足再循環(huán)控制流量高于給水泵最小設(shè)計(jì)流量，并留有足夠的裕量，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)再循環(huán)閥不應(yīng)在10%以下小開度長期運(yùn)行。

再循環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)回路的控制主要有PID閉環(huán)控制和利用回滯函數(shù)開環(huán)調(diào)節(jié)兩種方式，文獻(xiàn)［1-3］針對回滯函數(shù)調(diào)節(jié)在電廠的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，但回滯函數(shù)仍然存在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間再循環(huán)調(diào)閥長時(shí)間處于小開度調(diào)節(jié)的問題，容易造成再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的沖刷損壞及抖動(dòng)［4］等問題。因此，分析回滯函數(shù)并實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷工況下再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的保護(hù)功能是非常有必要的。

1 回滯函數(shù)構(gòu)成及調(diào)節(jié)過程解析

回滯函數(shù)由流量—開度函數(shù) f1（x）和 f2（x）及其所構(gòu)造的封閉區(qū)間構(gòu)成，其邏輯組態(tài)見圖1。

圖1 回滯函數(shù)控制邏輯

f1（x）給定了泵入口流量上升所對應(yīng)的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度變化過程；f2（x）給定了泵入口流量下降所對應(yīng)的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度變化過程。

1.1 回滯函數(shù)調(diào)節(jié)過程解析

當(dāng)泵啟動(dòng)后，入口流量較低，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的開度指令為100%。

在負(fù)荷逐步提高的過程中，隨著泵入口流量的逐步增加，回滯函數(shù)輸出在100%開度的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化，當(dāng)泵入口流量超過一定值后，f2（x）的輸出小于100%，由于算法塊MAX的取大功能，100%開度指令將傳輸至MIN的入口，算法塊MIN的出口仍將保持100%開度不變，隨著流量的繼續(xù)增加，關(guān)閉方向的函數(shù) f1（x）的輸出大于 f2（x），算法塊 MAX 取大后的輸出仍為回滯函數(shù)的最終輸出值，從而實(shí)現(xiàn)了在流量增加的過程中，回滯函數(shù)輸出將根據(jù)關(guān)閉方向的函數(shù)f1（x）的輸出變化，直至再循環(huán)調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉。

在負(fù)荷逐步降低的過程中，隨著機(jī)組負(fù)荷的下降，泵入口流量逐漸下降，回滯函數(shù)的輸出以關(guān)閉狀態(tài)為調(diào)節(jié)基礎(chǔ)逐步升高。在流量下降的過程中雖然函數(shù) f1（x）輸出值比函數(shù) f1（x）的輸出值大，但由于算法塊MIN的作用，回滯函數(shù)的輸出將根據(jù)開大方向的函數(shù)f2（x）的輸出變化，直至再循環(huán)調(diào)節(jié)閥全開。

1.2 原回滯函數(shù)設(shè)置

某660 MW機(jī)組凝泵再循環(huán)回路原回滯函數(shù)配置表見表1。

表1 回滯函數(shù)設(shè)置

2 主要問題及分析

2.1 低負(fù)荷工況下再循環(huán)調(diào)閥小開度沖刷問題

通過調(diào)節(jié)過程的分析可知，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度由回滯函數(shù)根據(jù)泵的入口流量來確定；機(jī)組負(fù)荷由低到高逐漸升高的過程中，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥會(huì)有一段時(shí)間處于小開度調(diào)節(jié)狀態(tài)；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷處于高到低下降的過程時(shí)，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥同樣也會(huì)從小開度開始調(diào)節(jié)，這樣在機(jī)組負(fù)荷上升與下降過程中再循環(huán)調(diào)閥都會(huì)經(jīng)過低開度狀態(tài)，從而不可避免地受到?jīng)_刷作用。機(jī)組投入AGC運(yùn)行模式后，機(jī)組的出力隨調(diào)度指令變化，隨著大容量機(jī)組運(yùn)行數(shù)量的增加，機(jī)組的負(fù)荷率經(jīng)常維持在50%左右甚至更低，根據(jù)回滯函數(shù)動(dòng)作的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度較小，往往處于20%開度以下，造成再循環(huán)調(diào)節(jié)閥長時(shí)間處于小開度調(diào)節(jié)，容易造成再循環(huán)調(diào)節(jié)閥體的沖刷及損壞，影響機(jī)組運(yùn)行安全。

2.2 回滯函數(shù)的調(diào)節(jié)振蕩問題

以某機(jī)組凝泵再循環(huán)調(diào)節(jié)過程為例進(jìn)行分析，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷開始緩慢升高時(shí)，凝泵入口流量逐步增大，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開始緩慢關(guān)閉，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度向全關(guān)過程變化時(shí)，泵入口流量迅速減小，觸發(fā)了再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度增加的定值，造成了再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度的提高；當(dāng)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開大后，凝泵入口流量瞬間增加，回滯函數(shù)根據(jù)流量開度對應(yīng)的關(guān)系輸出了全關(guān)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的指令，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥再次關(guān)閉；如此反復(fù)，造成了回滯函數(shù)調(diào)節(jié)過程的振蕩現(xiàn)象見圖2，給機(jī)組運(yùn)行帶來了困擾。

圖2 調(diào)節(jié)振蕩現(xiàn)象

3 實(shí)現(xiàn)回滯函數(shù)保護(hù)功能的方案

3.1 防止回滯函數(shù)小開度調(diào)節(jié)的解決方案

再循環(huán)調(diào)閥的開度由泵入口流量根據(jù)回滯函數(shù)所對應(yīng)的輸出所決定，這就決定了部分負(fù)荷下泵入口流量對應(yīng)的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥輸出位于小開度位置或在小開度位置維持較長時(shí)間，因此優(yōu)化的方向?yàn)檎{(diào)整回滯函數(shù)使之既能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的目的又避免小開度沖刷。

調(diào)整思路為流量由低到高變化（升負(fù)荷過程）過程中，流量變化范圍對應(yīng)再循環(huán)調(diào)閥開度從20%到關(guān)閉過程調(diào)整為保持20%開度不變直到流量增加到再循環(huán)調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉為止；流量由高到低變化（降負(fù)荷過程）過程中流量變化范圍對應(yīng)再循環(huán)調(diào)閥開度從關(guān)閉到開度增加至20%的過程調(diào)整為當(dāng)流量降低至觸發(fā)再循環(huán)調(diào)閥開啟的時(shí)刻將再循環(huán)調(diào)節(jié)閥直接提高至20%的開度維持不變直到流量降低值對應(yīng)的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度高于20%后再次根據(jù)回滯函數(shù)的輸出進(jìn)行調(diào)整，初步優(yōu)化后的回滯函數(shù)曲線見圖3所示。

圖3 初步優(yōu)化后的回滯函數(shù)曲線

同時(shí)考慮到由于流量測量波動(dòng)有可能還會(huì)在臨界開度轉(zhuǎn)折點(diǎn)處頻繁由20%關(guān)至0%或頻繁由0%打開至20%，因此制定了在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近的保護(hù)邏輯方案，重構(gòu)后的控制邏輯見圖4。

圖4 重構(gòu)后的控制邏輯

3.2 調(diào)節(jié)振蕩問題的解決方案

通過對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過程分析后制定了通過擴(kuò)大調(diào)整函數(shù)和之間的間隙環(huán)節(jié)來防止出現(xiàn)再循環(huán)調(diào)節(jié)回路的振蕩現(xiàn)象，一方面保證了回滯函數(shù)功能的有效性，另一方面也避免了在部分負(fù)荷區(qū)間的頻繁波動(dòng)問題，但這涉及機(jī)組在不同負(fù)荷點(diǎn)時(shí)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉和打開對泵入口流量波動(dòng)的影響，需要進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。對主要負(fù)荷點(diǎn)時(shí)凝泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥從20%快速關(guān)到0%，0%到20%快速開啟的過程分別進(jìn)行了試驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)見表2。

通過試驗(yàn)確定了機(jī)組運(yùn)行的大部分工況下可以保證調(diào)節(jié)回路不發(fā)生振蕩調(diào)節(jié)的回滯區(qū)間，即調(diào)節(jié)閥關(guān)閉方向曲線函數(shù)的全關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的流量與調(diào)節(jié)閥開啟方向曲線函數(shù)的開啟狀態(tài)對應(yīng)的流量之差大于80 t／h即可滿足要求。

4 保護(hù)功能實(shí)施后效果

最終實(shí)現(xiàn)的帶保護(hù)功能的回滯函數(shù)設(shè)置見表3。

表3 優(yōu)化后的回滯函數(shù)設(shè)置

作用函數(shù)為：

作用曲線見圖5。

圖5 帶保護(hù)功能的回滯函數(shù)曲線

圖6 再循環(huán)回路調(diào)節(jié)過程

采用帶保護(hù)功能的回滯函數(shù)后再循環(huán)回路調(diào)節(jié)過程曲線見圖6。

5 結(jié)語

針對回滯函數(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的小開度下調(diào)節(jié)閥沖刷問題及泵入口流量波動(dòng)造成的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過程振蕩問題進(jìn)行了分析。通過增加保護(hù)功能優(yōu)化回滯函數(shù)曲線避免了再循環(huán)調(diào)閥的小開度調(diào)節(jié)過程，通過增加泵入口流量在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近的閉鎖保護(hù)邏輯實(shí)現(xiàn)了回滯函數(shù)輸出的穩(wěn)定，同時(shí)通過擴(kuò)大回滯函數(shù)的回滯間隙解決了調(diào)節(jié)回路應(yīng)用中出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象。

帶保護(hù)功能的回滯函數(shù)解決了在機(jī)組部分負(fù)荷下再循環(huán)調(diào)節(jié)閥處于小開度下的沖刷問題，延長了再循環(huán)調(diào)閥的使用周期，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了電廠的維護(hù)費(fèi)用。