Способ и устройство для регулирования скорости паровой турбины

005895 Область применения изобретения Данное изобретение в целом относится к способу и устройству для регулирования скорости паровых турбин. В особенности изобретение относится к способу преодоления ухудшения характеристик выработанного или неисправного узла управляющего клапана (составной части системы регулирования) посредством использования одного или нескольких дополнительных цифровых регуляторов, повышая таким образом общую точность системы регулирования скорости турбины. Предпосылки изобретения Для регулирования скорости и мощности паровой турбины необходимо регулировать клапан (или как правило группу клапанов) для изменения потока пара через турбину. Обычно такие клапаны регулируют с помощью гидравлического привода парового клапана, в свою очередь приводимого в действие управляющим клапаном, который регулируется электромеханическим приводом, получающим сигнал от системы регулирования скорости. Современные системы регулирования скорости паровых турбин содержат пропорциональноинтегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, использующий сигналы, представляющие скорость вращения. Этот регулятор скорости затем передат уставку положения привода другому ПИДрегулятору, который контролирует положение привода парового клапана и выходной сигнал которого приводит (косвенно) в действие этот привод для приведения его в положение, соответствующее его уставке. В действительности выходной сигнал регулятора привода парового клапана используется в качестве уставки для электромеханического привода, регулирующего управляющий клапан: рабочая текучая среда направляется через управляющий клапан в привод парового клапана и из него для изменения положения привода. Однако характеристики управляющего клапана могут ухудшаться вследствие производственных дефектов, износа и других неблагоприятных обстоятельств, ухудшая таким образом характеристику всей системы. Поэтому существует потребность в способе регулирования, компенсирующем неисправность управляющих клапанов. Описание изобретения Цель настоящего изобретения заключается в создании способа регулирования расхода пара через паровую турбину путем контроля положения управляющего клапана совместно с динамическими характеристиками парового клапана и использования этой информации для компенсации действия неисправного узла управляющего клапана, работа которого не соответствует требованиям. Для достижения этой цели в стандартную систему регулирования, используемую для регулирования скорости турбины, добавлены элементы регулирования. В частности, включены один или два дополнительных ПИД-регулятора. Один из этих блоков предназначен для поддержания положения управляющего клапана в точке уставки, полученной от ПИД-регулятора положения привода парового клапана. Следовательно, регулятор положения управляющего клапана включн последовательно с регулятором положения парового клапана. Второй регулятор предназначен для регулирования скорости привода парового клапана. По этой причине необходимо выполнение расчтной операции, в которой получают первую производную по времени сигнала положения парового клапана. Уставка для этого регулятора пропорциональна разности(отклонению) между уставкой положения парового клапана и его действительным положением. Результирующий сигнал, поступающий на вход электромеханического привода управляющего клапана, пропорционален линейной комбинации выходных сигналов двух дополнительных ПИДрегуляторов. Краткое описание чертежей Фиг. 1 изображает схему системы регулирования скорости паровой турбины. Фиг. 2 изображает схему исполнительного блока. Наилучший вариант выполнения изобретения Для поддержания точного и стабильного регулирования скорости паровой турбины необходимо,чтобы система регулирования была в состоянии компенсировать возможные нарушения в работе узла управляющего клапана путем контроля и регулирования как положения управляющего клапана, так и скорости привода парового клапана. Фиг. 1 изображает паровую турбину, снабженную системой регулирования скорости, содержащей первый ПИД-регулятор 101 скорости вращения, который контролирует уставку 102 (SP) скорости в дополнение к сравнению и вычислению скорости вращения по измерениям, полученным датчиком 103 (N) скорости. Выходной сигнал этого регулятора 101 представляет собой уставку (для привода 104 парового клапана), используемую во втором ПИД-регуляторе 105 положения привода парового клапана, также контролирующем действительное положение привода парового клапана с помощью датчика 106 (XMTR 1) и приводящем в соответствие положение привода с его уставкой. В изобретении для достижения этой цели выходным сигналом регулятора 105 является уставка положения управляющего клапана, вводимая в дополнительный, третий, ПИД-регулятор 107, предназначенный для контроля текущего положения управляющего клапана 108 посредством датчика 109 (XMTR 2), а также его уставки. Выходной сигнал регулятора 107 предназначен для уменьшения до нуля разницы между положением управляющего клапана и его уставкой.-1 005895 Другой дополнительный, четвертый, ПИД-регулятор 110 предназначен для регулирования скорости привода парового клапана. Входной сигнал для этого регулятора выходит из функционального блока 111(d/dt), вычисляющего скорость парового клапана по измеренным значениям положения привода 104, сообщнным его датчиком 106. Уставка для регулятора 110 определяется суммирующим блоком 112 и блоком 113 (K) умножения на постоянную величину, и она (уставка скорости) пропорциональна отклонению между положением парового клапана и уставкой его положения. Конкретно, уставка вычисляется как (Xsv - SPsv)/ta, где Xsv - это мгновенное положение привода; SPsv - уставка привода, a ta - постоянная времени привода. Выходные сигналы регуляторов 107 и 110 затем используются исполнительным блоком 114, назначение которого заключается в объединении этих двух сигналов в один выходной сигнал (см.фиг. 2), что достигается (в одном варианте выполнения) вычислением взвешенной суммы двух выходных сигналов 107, 110. Весовые коэффициенты (или коэффициенты усиления) 201, 202 служат для усиления или ослабления соответствующего вклада каждого выходного сигнала в результирующем регулирующем действии. Первый коэффициент 201 усиления умножают на выходной сигнал регулятора 107 в блоке 203 умножения, а второй коэффициент 202 усиления умножают на выходной сигнал регулятора 110 во втором блоке 204 умножения, и затем оба эти произведения складывают в блоке 205. Возможны другие варианты выполнения исполнительного блока 114, и главная задача состоит в получении удовлетворительной комбинации двух сигналов: положения 107 управляющего клапана и скорости 110 привода парового клапана. Первой и второй коэффициенты 201 и 202 усиления могут быть установлены оператором или техническим персоналом, или они могут зависеть от величины отклонений в регуляторах 107 и 110. Коэффициенты усиления также могут зависеть от режима, в котором работает паровая турбина. Выходной сигнал исполнительного блока 114 поступает на усилитель 115 (AMPL) сигнала, а с его выхода - на электромеханический привод 116 (ACTR), изменяющий положение управляющего клапана 108, который с помощью рабочей текучей среды приводит в действие привод 104 парового клапана, вызывая изменение его положения. Привод 104 парового клапана соединен по меньшей мере с одним паровым клапаном (представленным на фиг. 1 в виде единственного клапана 117), используемым для регулирования расхода пара, проходящего через турбину 118. Пар после выхода из турбины поступает в конденсатор 119 или подвергается иной обработке. Кроме того, турбина используется для привода нагрузки 120 (изображнной на фиг. 1 в виде генератора), но настоящее изобретение не ограничено конкретными видами нагрузки. Очевидно, что в свете изложенного выше возможны многочисленные модификации и варианты настоящего изобретения. Поэтому понятно, что возможно иное, нежели описано выше, применение изобретения в пределах объема прилагаемой формулы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ регулирования расхода пара через паровую турбину с использованием системы регулирования, содержащей регулятор скорости паровой турбины для создания уставки привода парового клапана, управляющий клапан, направляющий поток рабочей текучей среды в привод парового клапана и из него, датчик, передающий сигнал, пропорциональный положению привода парового клапана, и дополнительный регулятор положения управляющего клапана, включающий(a) вычисление первой величины V1=A(Xsv-SPsv), пропорциональной разности между уставкой привода парового клапана и положением этого привода, где V1 - первая величина, Xsv- мгновенное положение привода, SPsv-уставка привода, и А- коэффициент пропорциональности;(b) вычисление второй величины V2=dXsv/dt, равной первой производной по времени положения привода парового клапана, где V2 - вторая величина, t -время;(c) вычисление сигнала положения PS=f(V1, V2) в регуляторе управляющего клапана на основе первой и второй величин, где PS - сигнал положения и f - функция двух переменных и(d) корректировка уставки привода SPsv путем уравнивания ее с сигналом PS положения регулятора управляющего клапана. 2. Способ по п.1, в котором при вычислении первой величины используют коэффициент пропорциональности, обратно пропорциональный постоянной времени привода парового клапана. 3. Способ по п.1, в котором привод управляющего клапана является электромеханическим приспособлением. 4. Устройство для регулирования расхода пара через паровую турбину с использованием системы регулирования, содержащей регулятор скорости паровой турбины для создания уставки привода парового клапана, управляющий клапан, направляющий поток рабочей текучей среды в привод парового клапана и из него, датчик, передающий сигнал, пропорциональный положению привода парового клапана, и дополнительный регулятор положения управляющего клапана, содержащее(a) средства вычисления первой величины V1=A(Xsv-SPsv), пропорциональной разности между уставкой привода парового клапана и положением этого привода, где V1 - первая величина, Xsv - мгновенное положение привода, SPsv - уставка привода и А - коэффициент пропорциональности;(b) средства вычисления второй величины V2=dXsv/dt, равной первой производной по времени положения привода парового клапана, где V2 - вторая величина, t - время;(c) средства вычисления сигнала положения PS=f(V1, V2) в регуляторе управляющего клапана на основе первой и второй величин, где PS - сигнал положения и f - функция двух переменных; и(d) средства корректировки уставки привода SPsv путем уравнивания ее с сигналом PS положения регулятора управляющего клапана. 5. Устройство по п.4, в котором при вычислении первой величины используется коэффициент пропорциональности, обратно пропорциональный постоянной времени привода парового клапана. 6. Устройство по п.4, в котором привод управляющего клапана является электромеханическим приспособлением.