摘要:本控制策略提供了一种防止汽轮机过临界转速超调的控制方法，本策略通过在现有的PID单回路控制方法的基础上，增加一个超调控制回路，当汽轮机过临界转速时，向主汽阀门发送短时间强制调节阀位指令，使主汽阀门在短时间内关小，限制汽轮机过临界转速区后的速度，而后恢复为常规的PID控制，从而达到限制汽轮机超调的目的。
关键词：过临界 超调 转速 函数
一、所属技术领域
本控制方法用于火力发电厂汽轮机过临界转速控制，采用此方法能使汽轮机转速超调量控制在2r/min以内，提高机组调节响应速度，增强机组的安全性和经济性。
二、背景技术
当汽机过临界转速时，一般控制应快速平稳的越过临界转速，但也不能采取飞速过临界。汽轮机过临界如果转速控制不好，使得汽轮机过临界时间增长或过临界速度过快，造成轴系振动增大，甚至造成机组动静摩擦危急设备安全的恶性事故。
三、内容分析
本策略提供了一种防止汽轮机过临界转速超调的控制方法，包括：
步骤S1：采集汽轮机实时转速；
步骤S2：比较所述实时转速与预设临界转速；
步骤S3：当所述实时转速达到预设临界转速时，中断现有PID控制，向主汽阀门发送与预设临界转速对应的关小主汽阀门开度的强制控制指令；
步骤S4：在完成强制控制指令后，切回现有PID控制操作主汽阀门，使汽轮机正常运转；
所述强制控制指令至少包括主汽阀门开度信息和预设的指令保持时长信息；
其中，主汽阀门开度信息根据与预设临界转速对应的预设控制函数确定。
本策略通过采集汽轮机实时转速，当实时转速达到预设的临界转速时，立刻中断现有DEH的PID控制，并向主汽阀门发送一个强制控制指令，强制关小主汽阀门开度，在短时间内限制汽轮机转速，从而防止汽轮机过临界速度后转速超调，之后将主汽阀门控制回路切回正常的PID控制，恢复汽轮机的正常控制。
进一步的，所述预设控制函数为区间线性函数；
所述预设控制函数通过以下步骤获得：
步骤S31：确定预设临界转速并将汽轮机主汽压力范围进行等分；
步骤S32：获取在确定的预设临界转速下，汽轮机稳定运行时，与主汽压力等分点对应的主汽阀门开度；
步骤S33：根据所述主汽压力等分点和所述对应的主汽阀门开度构建离散函数；
步骤S34：根据所述主汽压力等分点划分目标区间；
以每两个相邻的主汽压力等分点作为一个目标区间的左端点和右端点；
步骤S35：根据每个目标区间内的离散点，拟合出每个目标区间内的线性函数；
步骤S36：根据每个目标区间内的线性函数生成与所述确定的预设临界转速对应的预设控制函数。
在本论述方案中，首先在确定的临界转速下采样，获取汽轮机数字电液控制系统（DEH）给出的汽轮机稳定运行状态下，主汽压力与主汽阀门开度的对应关系，根据主汽压力和主汽阀门开度数据对构建离散函数，之后再根据主汽压力等分点划分目标区间，每相邻两个主汽压力等分点之间作为一个目标区间，根据离散函数拟合出每个目标区间内的线性函数，最后构成确定的临界转速对应的控制函数。在对汽轮机主汽阀门进行调控时，根据实时的主汽压力值和控制函数得到主汽阀门开度，并根据主汽阀门开度强制调节主汽阀门，由此实现对汽轮机转速超调的控制。
进一步的，所述步骤S35中每个目标区间内的线性函数为：
式中，为实时转速对应的实时主汽压力值，为控制函数得出的主汽阀门开度，为目标区间左端点对应的主汽压力值，为主汽压力值对应的主汽阀门开度，为目标区间右端点对应的主汽压力值，为主汽压力值对应的主汽阀门开度。
据以上分析，在汽轮机转速过临界区时，将机组临界转速作为判据，将汽轮机临界区转速控制进行多段控制。阀位指令预先设定值为主气压力的函数。此种控制方法在进入转速临界区执行。
四、具体实施方式
为了方便更好地理解本论述，下面结合具体实施例对本论述的内容进行进一步阐述。
1.本论述实施例提供的一种防止汽轮机过临界转速超调的控制方法，包括：步骤S1：采集汽轮机实时转速；步骤S2：比较所述实时转速与预设临界转速；步骤S3：当所述实时转速达到预设临界转速时，中断现有PID控制，向主汽阀门发送与预设临界转速对应的关小主汽阀门开度的强制控制指令；步骤S4：在完成强制控制指令后，切回现有PID控制操作主汽阀门，使汽轮机正常运转；所述强制控制指令至少包括主汽阀门开度信息和预设的指令保持时长信息；其中，主汽阀门开度信息根据与预设临界转速对应的预设控制函数确定。
2．本论述实施例通过采集汽轮机实时转速，当实时转速达到预设的临界转速时，立刻中断现有DEH的PID控制，并向主汽阀门发送一个控制时长为3秒的强制控制指令，使主汽阀门开度在3秒内强制关小，在短时间内限制汽轮机转速，从而防止汽轮机过临界速度后转速超调，之后将主汽阀门控制回路切回正常的PID控制，恢复汽轮机的正常控制。
3.在本论述实施例中，首先在确定的临界转速下采样，获取汽轮机数字电液控制系统（DEH）给出的汽轮机稳定运行状态下，主汽压力与主汽阀门开度的对应关系，根据主汽压力和主汽阀门开度数据对构建离散函数，之后再根据主汽压力等分点划分目标区间，每相邻两个主汽压力等分点之间作为一个目标区间，根据离散函数拟合出每个目标区间内的线性函数，最后构成确定的临界转速对应的控制函数。在对汽轮机主汽阀门进行调控时，根据实时的主汽压力值和控制函数得到主汽阀门开度，并根据主汽阀门开度强制调节主汽阀门，由此实现对汽轮机转速超调的控制。
故预设控制函数为区间线性函数，该预设控制函数通过以下步骤获得：
步骤S31：确定预设临界转速并将汽轮机主汽压力范围进行等分；
步骤S32：通过汽轮机数字电液控制系统，获取在确定的预设临界转速下，汽轮机稳定运行时，与主汽压力等分点对应的主汽阀门开度；
步骤S33：根据所述主汽压力等分点和所述对应的主汽阀门开度构建离散函数；
步骤S34：根据所述主汽压力等分点划分目标区间；
以每两个相邻的主汽压力等分点作为一个目标区间的左端点和右端点；
步骤S35：根据每个目标区间内的离散点，拟合出每个目标区间内的线性函数；
步骤S36：根据每个目标区间内的线性函数生成与所述确定的预设临界转速对应的预设控制函数。
其中，步骤S35中每个目标区间内的线性函数为：
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式中，为实时转速对应的实时主汽压力值，为控制函数得出的主汽阀门开度，为目标区间左端点对应的主汽压力值，为主汽压力值对应的主汽阀门开度，为目标区间右端点对应的主汽压力值，为主汽压力值对应的主汽阀门开度。
综上所述，本论述提供的一种防止汽轮机过临界转速超调的控制方法，通过在现有的PID单回路控制方法的基础上，增加一个超调控制回路，当汽轮机过临界转速时，向主汽阀门发送短时间强制调节阀位指令，使主汽阀门在短时间内关小，限制汽轮机过临界转速区后的速度，而后恢复为常规的PID控制，从而达到限制汽轮机超调的目的。
六、结论
本控制策略实用于汽轮机在临界区的转速控制，可以确保汽轮机转速在临界区稳定快速的通过，汽轮机转速不超调。汽轮机转速超调量可以控制在2r/min以内，提高机组调节响应速度，增强机组的安全性和的经济性，增强机组使用寿命和超速保护动作率。
参考文献：
1、张彬. 自动控制原理. 北京：北京邮电大学出版社，2002
2、薛定宇. 控制系统仿真与计算机辅助设计. 北京：机械工业出版社，2005
3、长安益阳电厂DCS设计说明(最新)