火电厂凝结水系统的过程pi控制应用

火电厂凝结水系统的过程pi控制应用

1凝汽器水位控制系统目前，广泛使用具有相同工频率的封建水泵和环保装置，形成干部水位控制体系。机组正常运行时,通过控制再循环回路的循环门开度,进行凝汽器水位调节,如图1所示。这种调节方式存在着能量损失大、调节精度差、响应速度慢等不足。2自动状态下pid的控制装置该厂3#机凝结水泵分甲、乙两台。正常运行为一备一用。电动机均为180kW、AC380V、4极。改造后用变频器控制甲泵,整个系统由变频器、PID调节器、手动操作器、水位传感器等组成,如图2所示。(1)手动操作器是为了保证系统可靠性采用的冗余操作控制设备。手操器与调节器配合,完成变频器频率调节、起/停、事故处理等功能,实现自动/手动状态之间无扰动切换。其内部有主回路和跟踪回路两个通道,主回路实现将PID信号及手动信号传输到变频器的功能;跟踪回路实现将变频器的信号回送到调节器的功能。自动状态时,手操器输出电流跟随输入电流,即PID调节器的输出电流直接控制变频器的输出频率;当调节器或压力变送器故障时,调节器的故障信号AL1将手操器置成手动并报警指示。手动状态时,输出电流由手操器的面板键盘控制;手操器的信号跟踪功能可将此时的输出信号反馈给调节器,以便系统投自动时实现无扰动切换。(2)PID调节器作为控制系统的主控制器,用于完成凝汽器水位的自动调节、水位超限报警和起动备用泵等功能。PID选用高级过程控制器UDC6300,该控制器功能多,用户界面简单,具有4路模拟量输入、6路开关量输入、2路模拟量输出、4路故障输出、1路串行RS—232接口,可组成双闭环控制系统。UDC6300是计算机控制的全数字化过程控制器,其PID调节功能是通过软件来实现的。PID的模拟表达式为式中,U为调节器的输出,KP为比例系数,TI为积分时间,TD为微分时间,e为水位检测值与设定值之偏差。若设Un为调节器的第n次采样输出,TS为采样周期,en为第n次采样偏差,则式(1)的离散形式为将式(2)变换为常用的增量PID形式,并设式(3)中的KP、KI、KD可根据系统的时间常数、现场的实现需要及稳定性、快速性的要求适当选取,通过用户界面设定。本系统采用单回路PI调节,由主控回路和输出跟踪回路组成。手操器在自动状态时,来自手操器的数字量输入1(DIN1)使系统切换到主控回路,实现水位自动调节。手操器在手动状态时,DIN1使系统切换到跟踪回路,PID输出直接跟踪手操器输出,实现手操器转换到手动状态时二者之间的无扰动切换,如图3所示。3ucd300及al3设置为控制凝汽器水位,为保证安全运行,变频改造时原来的恒速水泵加再循环控制系统,作为备用系统被保留下来。改造后的凝结水泵变频调速系统主电路如图4所示。QF1、QF2为带辅助触点的空气断路器,KMA1～KMA3为交流接触器,ALC为三相交流电抗器,用于消除变频器输出端的高次谐波,减轻电机、导线发热及射频干扰。正常情况下,变频器带电动机M1运行。一旦变频器发生故障,变频器输出故障信号BAL,通过中间继电器KA1,断开KMA1,接通旁路接触器KMA2,使电动机M1工频运行。如果电动机M1出现过载或短路故障,空气断路器QF1跳闸,断开电动机M1,同时QF1的辅助触点接触KMA3,起动电动机M2作工频运行,这样极大提高了系统运行可靠性。在发电和供气高峰期间,锅炉负荷量加大,会出现一台凝结水泵运行不能满足要求的情况,需要两台凝结水泵同时运行。为实现这一目的,将UDC6300的AL2设置为“高于上上限、低于下下限报警”,AL3设置为“高于上限报警”,AL4设置为“低于下限报警”。这样,当电动机M1处于变频运行状态,且当凝汽器水位高于上上限时,接触器KMA3闭合,起动电动机M2,电动机M1、M2共同运行,这时凝汽器水位会迅速下降到设定值以下。由于PID调节器的作用,变频器的输出频率也会迅速下降,最后使水位稳定在设定水位上。当锅炉的负荷量减小时,凝汽器的水位会下偏,为维持水位不下偏,PID调节器将使变频器的输出频率下降,直到最低设定频率,若此时仍不能维持平衡,水位将下降;当水位下降到低于下下限时,接触器KMA3断开,电动机M2停止运行,这时凝汽器水位会迅速上升到设定值以上,PID调节器将使变频器的输出频率迅速上升,使水位稳定在设定水位上。4系统的主要特点凝结水泵变频调速系统投入运行后,运行稳定、可靠,其效果如下:(1)系统响应速度快。响应速度主要取决于PID的时间常数与变频器加、减速时间,与凝水系统时间常数相比非常小。(2)系统调节范围宽、控制精度高。(3)节能效果明显。发电机组满负荷(125MW)时,凝结水泵长期运行在40Hz左右,电动机电流240A左右,约为额定电流的70%。在发电机负荷为80MW时,电流为120A,仅占电动机额定电流的30%多。(4)系统可靠性高,参数调节灵活、保护功能齐全。(5)软起动。电机起动电流小且平稳,可减少对电网和凝结水泵设备的冲击。水泵长期运行速度较低,机械磨损减小,机械寿命增长,减少设备运行维持费用。5交流交流