AGC方式

AGC方式（精选八篇）

AGC方式 篇1

关键词：AGC方式,启停磨,超温,超压

1 设备状况

AGC (自动发电量控制系统) 是投电网能量智能管理系统, 以满足不断变化的用户电力需求, 并使系统处于经济的运行状态。AGC投入率是考核一个大型发电企业对电网调控的一个重要指标, 影响电网安全与稳定地, 最终影响到整个发电企业的经济性。

达拉特发电厂三期#5 炉为上海锅炉厂生产的亚临界一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风, 摆动四角切园燃烧, 固态排渣煤粉炉。采用的是HP863 碗式中速磨煤机, 每台炉配5 台。最大出力59T/H, 最小出力13T/H, 正常出力38-42T/H。今年以来应电网要求AGC方式运行以来, #5 机尽量减少AGC退出时间, 而正常运行中启停磨后参数不稳定是AGC退出主要原因之一, 对机组安全和经济运行造成危害。

2 存在的主要问题

2.1 AGC方式投入后负荷响应速度

按内蒙网调规定AGC方式负荷变动率为6MW/MIN, 这样入炉煤量增减量经常在±30 吨左右, 汽机调门开度经常±10%左右变化调整变化, 主再汽减温水调门调开跟不上负荷变动, 锅炉参数难以控制, 主再热蒸汽汽温经常越限。而运行人员处理这种工况比较简单, 一般大都采用人为退出AGC方式调整主再热器汽温, 我们统计2015 处2 至3 月份平均每个值为24 次/月。这样AGC方式退出次数较为频繁, 对电量补偿损失较大, 由于主再热汽温经常越限, 部分受热面管排处于超温状态, 容易产生“四管泄露”, 对锅炉安全运行产生威胁。

2.2 AGC方式手动退出概率较多的时段

我们统计运行人员手动退出AGC时间一般是在启停磨后, 占总数的58%。因为在这一时间段机组参数不稳定, 主再热汽温变化较大, 不易调整, 退出AGC时间也较长, 所以这是问题的症结。其中当启停磨后调整时间大于16 分钟时, 运行人员退出AGC方式次数大为增加, 而且当启磨前主热压力13.1MPa时AGC方式几乎全部退出。

2.3 汽前压力高, AGC方式超压跳至手动

我们跟踪AGC方式跳出自动还有一个主因是当机组负荷较高, 机前压力较高时由于负荷调整负荷突降30MW左右时, 虽然入炉煤量也大幅下降, 但由于机侧调门关闭速度远大于炉侧燃烧调整速度, 此时机前压力快速上升, 由设定值17.6MPa上升至18.0MPa, 防止机侧超压和给水泵工况, AGC方式自动跳至手动停止关小汽机调门, 防止机炉侧压上继续上升, 对设备损坏, 防止不安全事故发生。

3 解决办法

3.1 提高启停磨组前主汽压力设定点

我们将启停磨前压力设定与调整时间做了一个统计, 发现这两者之间是反比例关系。机前压力越高工质焓值越高, 汽机调门开度较小, 发生机组负荷限制较少, 机组调节裕度较大, 机组参数越容易调整稳定, AGC方式就人为退出次数减少。改进前各班组在启磨前压力设定较为随意, 一般来说在12.8MPa-13.2MPa之间, 启磨前压力低于12.6MPa时几乎所用的操作都退出AGC方式, 再热器汽温最高达560℃, 严重威胁机组安全运行, 我们多次试验将启停磨前压力设定提高至13.6MPa, 调整时间缩短至12 分钟左右, 退出AGC方式操作大幅减少。

3.2 略降低启停磨组前主再热汽温度设定点

由于机组负荷变动率在AGC方式下不可改变, 所以我们只能在启停磨前将主再热汽温设定点略低一点, 提前限制启磨后温度上升梯度, 经过多次试验当汽温设定点在536℃时, 启停磨参数调整时间下降至9.3 分钟。如果初始温度在设低一些, 调整时间缩短不明显, 而且主再热汽温不宜达到额定值。

3.3 启停磨组前开大上层小风门

当我们将#5 炉上层小风门在启停磨前开度由40-60%开大至70-80%, 使火焰中心降低, 炉膛出口通入冷却风, 使炉膛出口烟温下降, 减缓再热器汽温上涨斜率。经过多次试验启停磨后参数稳定时间缩短至6 分钟左右。

3.4 低负荷运行时, 加强吹灰

当负荷低于210MW时, 此时锅炉通流量相对减少, 一级过前汽温较高, 加之达电#5 炉四角切圆型锅炉受热面布局, 再热器汽温较高, 减温水量较大, 在启动下层磨组运行时, 磨组一次不携带煤粉通入炉内, 此时一次刚度较大, 炉内空气动力场改变, 火焰中心上升。同时由于一次母管压力突降, 一次风机调节在自动情况下调整有延迟性, 其它磨组入炉煤量开始时瞬间是减少然后突增, 入炉煤量大于DCS直观显示煤量, 此时容易造成再热器汽温上升较快, 被迫退出AGC方式, 所以我们规定定低负荷工况, 当一级过入口汽温超过430℃时启动炉膛短吹, 使辐射换热增加, 减少对流换热, 减少再热汽温超限次数, 减少AGC人为退出次数。

3.5 高负荷运行时人为手动限制压力设定点

当机组负荷超过300MW时。机前压力一般来说设定偏置为+0.6MPa, 机组调门开度在80-85%, 这样机级SIS系统压红线运行。但防止机组负荷在此工况突变, 引起调门大幅关小而造成机前压力突升导致AGC方式退出, 我们一般采取以下两种方法: (1) 将机前压力设定点略降低, 偏置为+0.3MPa, 这样机前压设定点一般为17.3MPa, 即使调门突关, 一般来说不会超过18.0MPa, 防止机前压力超限退出AGC方式的可能; (2) 当煤质燃烧值较低时, 锅炉燃烧调节“惯性”较大, 燃烧调节能力远落后于机组负荷调整能力, 为了防止煤量在短时间内突升空降造成的机前压力超限, 一般来说限制锅炉入炉煤总量不超过165T/H, 我们限制入炉煤量在机组大负荷时大幅波动, 减少AGC退出次数。

4 实施效果分析

经过上述四种方式同时试用, 启停磨组后参数调整时间由之前16 分钟下降至6 分钟左右, 经过三个月的观察人为退出AGC方式已由过去24 次/月下降至1 次/月, 在7 至9 月份大多数班组AGC投入率达96%以上, 符合电网公司标准, 1 至3 月份#5 机组AGC补偿电量返回为零, 我们在调试阶段4 至5 月份补偿电量达30 万元/月, 到7 至10 月份补偿电量达110 万元/月。由于启停磨组参数不稳定造成AGC方式人为退出的故障基本上消失。

5 结束语

现大火电市场竞争越来越激烈, 电网公司对发电厂AGC投入率考核越来越严格, 在这种形势下值班员加强我厂锅炉运行方式与参数调整, 总结出一套有效地防止人为退出AGC方式的措施, 减少了超温现象, 防止了“四管泄漏”, 增加AGC投入率, 增加了对电网AGC补偿电量, 为我厂节能降耗, 节支增收做出了贡献。同时我们的调整经验和措施有普遍意义, 已经向达电#6-#8 同类型机组推广, 并取得良好的反馈信息。

参考文献

[1]内蒙古蒙达发电有限责任公司.330MW机组集控运行规程[Z].2004.

AGC方式 篇2

关键词：AGC控制；经济；环保；运行；调整

中图分类号： TM621 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-179-2

0 概述

4×300MW机组是自1998年相继投产亚临界压力、一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风、四角切圆燃烧、固态排渣、露天布置、全钢架全悬吊结构的燃煤锅炉，由于投产初期发电任务紧对于机组的协调控制方式只做简单调试即投入生产运行，机组在以后运行时间一直处于基础方式操作员手动调整控制模式，近年来随着国家环保经济要求，我司对锅炉燃烧器进行低氮燃烧器改造，同时随着单元机组容量的增加和发电厂上网竞争的日益激烈，发电厂对机组的安全稳定运行和经济性要求越来越高，及时优化协调系统及各子系统调节品质，及时投入机组AGC自动控制模式，保证机组安全经济、稳定运行，单元机组的协调控制系统是根据单元机组的负荷控制特点为解决负荷控制过程中内外能量供需平衡关系而提出的一种控制系统，从广义上讲，就是单元机组的负荷控制系统，它把锅炉与汽轮发电机作为整体进行综合控制，使其按照电网负荷指令和内部主要运行参数偏差要求协调运行，既保证机组对外有较快的负荷功率响应和一定的调频能力，对内又能维持主要运行参数偏差在规定允许范围内。

1 机组协调控制方式下运行调整存在的问题

300MW机组协调控制方式是基于锅炉跟随方式，该方式是汽机侧控制机组输出功率负荷，锅炉侧控制主蒸汽压力的基础上，让汽机侧配合锅炉侧控制主蒸汽压力的一种协调控制方式，系统能充分利用了汽包的蓄热能力，能大大地提高机组负荷的响应速度，能够满足机组AGC方式的调节要求，目前协调运行方式下运行调整存在的问题：①机组AGC协调控制方式下负荷波动较大，负荷控制不稳定。②机组AGC协调控制方式下滑压运行时压力波动较大且偏低。③机组AGC协调控制方式下气温，壁温波动大，易发生超限事件。④机组AGC协调控制方式下，随着AGC负荷指令变化，环保参数波动大极易超限。

2 目前實际影响机组协调控制方式的因素分析

2.1 协调控制参数设置对协调的影响

①负荷变化率的设置，负荷变化率是当负荷指令下达后指令输出按设定负荷率速率到达目标负荷值，负荷变化率增大时，目标负荷变化快，调门快开，压力下降，炉侧快加煤，能够满足电网对机组2%负荷率的要求一般为6MW。②压力变化率的设置，压力变化率，当目标负荷随负荷率上升时，主汽压力按内置滑压曲线受压力变化率限制而逐渐达到负荷对应压力，主要满足滑压压力与负荷设定同步一般保持0.2-0.3。③目标负荷的设置，协调控制负荷指令有两个来源值班员根据调度命令输入，另一种负荷指令来之中调自动负荷指令；不同的目标负荷设置，开始加煤量的多少不一，目标负荷设置越大，第一次加煤量愈大，呈不完全线性，一般为15MW，以满足协调方式要求。

2.2 协调控制方式滑压运行时滑压偏置的调整对协调的影响

滑压偏置设置增大时，滑压压力设定增大，煤量增加，压力校正目标负荷增大，主机调门开大反之煤量减小，压力校正目标负荷减小，主机调门关小，负荷压力波动，影响协调调整的一致性。因此不可频繁调整。

2.3 煤质的大幅变化对机组协调方式运行的影响

由于入炉煤质的变化，使炉内热负荷发生变化，煤质变好，辐射热增强，，对流热减少，气压上升，气温下降，负荷上升，协调控制下，锅炉减煤，汽机关调门，由于锅炉调整迟缓造成压力负荷大幅摆动，若不进行干预将会发生参数超限。

2.4 锅炉气温调整减温水量的大幅变化对机组协调运行方式的影响

由于锅炉工况发生变化，煤质变好，燃烧调整锅炉特性，减温水调门调整差的影响，再热气温调整无法投入自动，手动调整时势必减温水量大幅变化，机组压力，负荷发生变化加大了协调的扰动。

2.5 一次风压设定调整对机组协调运行方式的影响

由于1#机组一次风压由煤量生成，2#，3#，4#机组一次风压由蒸汽流量生成，在协调控制方式下只有负荷增加调门开大，蒸汽流量增加，一次风压自动设置才会增加，相对迟延比较大，对于直吹式制粉系统来说，一次风压的高低对炉内燃烧影响较大，因此对协调控制影响也较大。

2.6 主机调门的特性对机组协调运行方式的影响

我司机组主机调门在150MW负荷以上时调门在69%，86%存在两个明显拐点，对机组的压力，负荷影响较大，进而对一次调频，协调控制影响较大，而进入调门饱和区后调门开大关小对负荷，压力影响小，而不能满足协调控制要求。

主燃烧区域及燃尽风区域二次风挡板配比调整对于机组运行参数及环保参数影响，主燃烧区域二次风挡板开大，主汽压力上升，气温下降。环保参数增大，反之相反，燃尽风区域二次风挡板开大，气温上升，环保参数下降，反之相反，故应根据锅炉燃烧工况合理进行二次风挡板配比。

3 针对以上机组目前协调控制影响因素分析提出以下运行调整思路仅供参考

①合理设置协调控制参数，变负荷率设置为6MW，压力变化率设置为0.2-0.3，目标负荷设置以每次小于15MW，递增或递减，以保证煤量线性增加或减少，在满足协调控制要求同时，以便于对机组参数控制。②适时合理调整协调方式滑压运行的压力偏置，在机组加负荷时先适当提高压力偏置，以提高压力相应速度，等机组压力上升后，适当降低压力偏置，机组负荷已接近目标负荷时，应根据压力上升情况，降低压力偏置，使机组总煤量偏离根据煤质预测煤量不大，以减少机组压力负荷波动。③机组协调方式运行时，入炉煤质发生大幅变化时，当发生压力突升时，立即降低压力偏置，大幅减煤，此时应关注煤量和调门开度的变化，必要时切除A磨煤机控制自动，手动调整，减弱燃烧，若协调控制一致性失去，应汇报值长及时切除协调控制，调整机组运行正常，投入协调控制，防止超压，参数越限。④合理进行锅炉吹灰，保证机组的减温水量正常，在机组协调控制方式下，燃烧发生变化，气温调整尽量勤而缓，保证减温水量不大幅摆动，从而减少对负荷，压力的影响，以减少对协调控制一致性影响。⑤合理加强对一次风压自动设置的干扰，加负荷时适当提高一次风压，以提高锅炉压力相应速度，减少对协调控制一致性的影响。反之适当降低一次风压，但应加强对磨煤机运行工况监视，防止磨煤机出口温度高，堵煤等事件的方生。⑥机组协调控制方式下，当发生工况变化时，应及时调整组织燃烧，当煤量发生变化后，总风量将发生变化，风箱差压发生变化，炉内氧量将发生变化，此时气温，壁温变化较大，应根据氧量偏差，壁温情况，及汽包水位波动情况，合理调整二次风挡板特别是BC1.2挡板调整。保证炉内燃烧稳定，减少压力，气温波动，减少对协调控制影响。⑦机组协调方式运行时，主机调门运行在拐点附近时，应适当调整滑压偏置，使其离开拐点，以防止机组一次调频动作时，机组负荷，压力，汽包水位大幅波动，加剧对机组协调控制一致性影响。⑧机组协调控制运行时，工况发生变化，气温快速下降时，此时了提高滑压偏置，加大压力与对应负荷的偏差，使调门关小，同时可以调整磨煤机自动控制偏置，时煤量上移，必要时切E磨煤机控制为手动，干扰气温下降，防止越限。⑨机组AGC协调控制运行时，负荷指令变化变化较大，随着负荷指令的快速变化，炉内燃烧始终处于快速动态变化过程，炉内风粉燃烧随时处于调整过程，炉内氧量的快速变化影响着炉内NOx的变化，要求值班员根据炉内风粉变化，氧量变化，及时调整主燃烧区域，燃尽区域SOFA风挡板，超前调整抑制炉内NOx的生成，防止锅炉环保参数越限。

4 结束语

AGC方式 篇3

关键词：AGC控制,运行信号衰弱,补偿设置,改进输入

0 AGC控制方式概述

目前的电网管理中自动化水平不断提高, 网络中承担峰值载荷的电厂则需要更高的自动化控制水平, 实现AGC功能以此获得更快的响应时间, 所谓的AGC就是指自动发电控制系统, 主要是完成对电网和电源之间的自动化响应。与之相对应的就是单元机组的控制系统, 如MCS等, 因此二者一个被称为大协调控制一个则是小协调控制。单元机控制主要是控制发电机组的运行, 而AGC则是负责电网与电源之间的自适应配合。在实际的应用中, AGC与一次调频本质都是对电网功率进行控制, 按照电网频率偏离50赫兹的方向和数值, 实现在线调速控制, 并实现自动发电的目的。调节电源侧的供电功率的变化, 保证电网发电和用电的平衡, 使之稳定在允许的范围内。此时电网频率的变动范围是控制电网运行的重要指标, 所以在控制上要求也就相对严格, 目前发达国家的电网变动频率的范围在0.08-0.1Hz之间。我国目前控制的标准要低于国际标准。

1 AGC引入200MW的存在的问题

控制中为了适应电网运行的波动, 对200MW机组进行了AGC控制的联动, 采用DCS系统来替换热控仪表实现整个系统的自动化。提高机组整体的自动化水平以适应AGC的引入。同时也实现了对机组锅炉之间的协调, 实现发电机随着电网负荷而进行工作状态调整的目的。但是在实际运行中却出现了一些问题:

1) 投入AGC后机组不能在中间负荷上稳定运行, 功率输出在145MW左右, 影响了机组发电量的输出。分析原因是在电网电量负荷增加时, 机组随着AGC遥控信号而改变工况, 进行负荷调整。但是电网负荷需要不变或者改变不大时, 发电机组接到的AGC信号递减, 且不能稳定在某个数值上。从实践中的大量数据中发现是应为外部因素的干扰导致了机组接收到的AGC信号发生了衰减。如果按负荷信号进行控制, 发电机组的负荷要略低与信号需要达到负荷要求。而机组实际发电的负荷在由计算机进行处理, 将被认定机组不具备承受网络调节所发出指令的负荷能力。因此计算机发出的修正后的AGC信号, 这个信号将出现递减。循环执行这样的指令, 导致机组运行中的实际发电负荷停留在负荷的下限上。

2) 电网需要电量是较为有限的, 发电机组的相应速度决定其所带负荷量的大小, 发电机组所发出的负荷电量一旦满足点需要后, AGC的遥控信号将不再发生改变, 此时相应的速度较慢的机组在接到信号后不能及时的进行相应而上传电量, 这样就没有抢到负荷, 此时AGC的遥控调节信号则会直接回到给定值上, 迫使发电机组的负荷控制在原有的电量上。所以机组的响应速度也将决定发电机组的负荷的大小和峰值调频的能力。机组负荷的相应速度则是由系统控制方式来决定的, 即系统中DCS和DEH系统内部的信号处理方式影响。200MW机组控制协调系统的运算周期设定在500ms上, AGC遥控信号大部分是在DCS中进行运算后才输入到DEH中并形成指令信号, 此时就出现了必然的滞后情况, 落地后的AGC将延时几秒钟。这样的时间上的滞后, 使得机组峰值控制中出现削弱的情况, 因此AGC信号在DCS系统中消耗的时间导致了控制效果的减弱。所以改善系统中AGC的要信信号指令在系统中消耗的时间就决定了系统控制效果的优劣。

2 解决问题的措施分析

在控制中AGC信号输入到机组控制系统后, 人为对系统进行一个偏置量补偿, 补偿的数值是根据实际运行请中AGC发出的实测数据和机组的实际负荷之间的差值进行动态化设定的, 主要是用来对信号的衰减进行弥补。完成对AGC信号的处理后, 对协调系统的控制方案进行改进, 也就是对AGC信号进行隔离实现一分为二的处理, 一个信号输入到DCS系统完成计算分析, 形成负荷信号后进入到DEH控制系统中, 完成对机组负荷的控制。一个则直接输入到DEH中, 减少处理AGC所消耗的时间, 提高系统控制的反应时间, 提高控制效果。同时保留原有的各种协调控制系统功能, 以此保证整个机组的运行稳定。为了保证机组的安全, 还将DCS控制系统的机组出力计算参数引入DEH中, 改变了DEH控制组态, 以此实现两种不同的协调控制模式, 从而保证了系统的灵活性。

3 控制改进措施的实际应用

3.1 设置实际偏差补偿值

在DCS系统中设置一个对信号处理的控制加法器, AGC信号将经过这处理装置, 与设置的偏置信号叠加后进入到DCS的逻辑运算中。通过试验测试发现, 对AGC的补偿值设置从零开始进行增加, 并观察过程中机组的实际功率改变, 发现偏置值改变与机组功率改变的实际情况如下:从0.5MW开始, 此时机组接到AGC信号后, 输出的负荷为下限值, 140MW;1.0MW时AGC输入信号不变的情况下, 机组的负荷会增加到150MW左右;设置为1.5MW时, AGC的输入信号变化正常, 机组的负荷则在140-200MW之间按照AGC的信号波动而改, 系统实现了准确的响应效果。继续增加偏置值到2.0MW时, AGC信号出现缓慢变化, 并向负荷大的方向增加, 机组负荷在170-200MW之间波动;设定为2.5MW时, AGC控制信号则不会出现改变, 维持在200MW上, 机组负荷也为200MW;偏置值增加到3.0MW时, AGC遥控信号不断增加, 直至达到满负荷。测试表明, 设置AGC遥控信号的补偿值的方式来弥补系统控制上的不足是可行的, 所以直接设定补偿偏置量, 可以获得系统的良好响应结果。

3.2 AGC信号直接输入DEH系统的模拟

在分析AGC遥控信号进入到DEH系统中对锅炉运行的影响, 在处理问题前利用模拟器对系统进行了仿真实验, 模拟AGC信号直接输入到DEH系统中, 给定输入端, 控制发电机组的发电负荷。通过实验发现, 机组发电的响应速度明显提高, 缩短了系统控制中的延时情况, 如果AGC控制信号相对变化较小的时候, 大电机组的调峰调频和抢负荷能力都有所提高, 有利于对机组的控制。同时锅炉运行的各项指标都在标准内, 因此这样的控制改变时可行的。

4 结束语

针对AGC方式下200MW机组控制出现的问题进行分析可以看出, 系统控制和计算过程中的响应效果和控制时间的滞后影响了系统控制的实际效果。在解决问题的过程中, 主要也从这两个点入手, 改变控制信号衰弱的幅度, 并加以补偿, 同时对信号输入方式进行改进, 解决问题的同时也获得了较好的控制效果。

参考文献

[1]郑伟, 王铁军.300MW单元机组AGC系统研究与优化[J].现代电力, 2012 (8) .

[2]韩冬.“两个细则”模式下200MW机组性能优化[J].华北电力技术, 2012 (10) .

[3]魏微.浅谈单元机组AGC系统[J].科技致富向导, 2012 (12) .

[4]褚云龙, 程松, 李云, 孙骁强, 吴子豪, 董文革.火电机组一次调频及AGC全网试验分析[J].电网与清洁能源, 2013 (9) .

AGC系统故障分析 篇4

轧机AGC系统运行的好坏直接影响着板材厚度的控制精度和产品的成材率。南京钢铁集团有限公司中厚板卷厂 (以下简称“南钢中厚板卷厂”) 自建厂以来, 轧机液压AGC系统多次出现故障, 为此, 本文分析了AGC系统常见故障, 及其产生的原因。

1AGC系统结构

1.1AGC缸及机械构造

一台轧机有2个AGC缸, 传动侧和操作侧各有一个, 每个AGC缸带有2个拉回缸 (拉回缸的作用是为了保证工作辊换辊时液压缸体的完全退回, 在每个液压缸的两侧设有拉回缸。) 和两个传感器, 传感器装在气缸上。气缸的作用是保护传感器不受水汽的侵蚀。气缸的缸体和AGC缸的缸体固定在一起, 气缸的活塞与AGC缸的顶盖固定在一起 (见图1) 。 AGC缸动作带动气缸, 通过其内部的传感器来测量AGC缸的动作。每个AGC缸还带有一个压力传感器。

液压缸190 mm的行程能够补偿工作辊和支撑辊直径的磨损。缸盖通过螺栓紧固在液压缸体上, 从而保证了液压缸活塞的独立性。缸体和活塞杆间的附加密封用于防止污物进入。缸设计时已考虑到轧制力对缸的冲击, 缸缘安装在一个球面轴衬上, 并由一个中心柱引导, 这种结构使液压缸承受轧制时的止推力, 避免将负荷传给液压缸密封。由于有氧化铁皮和支撑辊、工作辊冷却水的冲刷, 该系统安装有护罩。且护罩宽展后覆盖液压管, 形成一个清洁的空间。这种设计便于在一个清洁的环境内调整和维护液压系统。AGC缸安装在牌坊窗口的底部。 为了能够快速的响应, 伺服阀离执行元件越近越好。南钢中厚板卷厂的伺服阀及阀台都安装在AGC缸上。

1.2液压AGC系统的组成

每个AGC缸的液压系统 (见图2) 包括2个伺服阀A和B (一用一备) , 方向阀1.2控制2.1和2.3的同时开和关;1.3控制2.2和2.4的同时开和关;过滤器4.0是为了确保伺服阀的控制油的清洁, 方向控制阀7.0的作用是为了液控油选择A或B伺服阀。该系统还包括一卸载安全阀6.0, 起过压保护和泄流的双重作用。

液压装置由传感器, AGC缸和伺服阀等所组成, 通过伺服阀对AGC缸的流量和压力的调节来控制液压缸上、下移动的行程来调节轧辊辊缝值。

热轧压下 (AGC) 装置是针对轧制力变化实施厚度调节的一种快速精确的调节定位系统。液压压下调节通过控制伺服阀的输入的电流, 来控制液压油的流量, 从而控制液压缸上下移动, 达到控制调整辊缝的目的。

2常见故障原因分析及处理措施

2.1位置控制故障

液压压下装置位置控制主要故障有:传感器故障, 包括位置、油缸压力、轧制力、阀传感器等传感器故障;液压压下实际值 (任一侧) 到极限位置, 压下封锁, 轧机停止工作。其主要现象为:同一油缸两侧位置大于设定值, 这可能是位置传感器故障;两油缸位置传感器偏差大于2.3 mm, 压下封锁。可能是位置传感器故障、伺服阀或油缸泄露, 偏差或零调不准;两侧压力传感器测量值超差, 这可能是压力传感器故障。

原因分析:变送器输出信号不稳;变送器接电无输出;变送器与指针式压力表对照偏差大;微差压变送器安装位置对零位输出的影响;压力上去, 变送器输出上不去等。

处理措施:先检查压力接口是否漏气或被堵住, 若堵住, 进行疏通, 若漏气, 进行处理;如果不是, 检查接线方式, 如无误再查电源, 再看传感器零位是否有输出, 或加压看输出是否会变化, 有变化说明传感器没有坏, 无变化则传感器已损坏。

2.2动作故障

BA (基础自动化) 给出控制逻辑信号, 而实际电磁阀不动, 电气断线或阀芯卡死, 造成整个系统不能工作。

原因分析:电磁阀开关状态与测压点压力关系不符, 造成电气断线或阀芯卡死;系统正常, 有异物卡阻动作。

处理措施:调整电磁阀开关状态, 取出异物, 解除卡阻。

2.3伺服阀故障

液压阀故障主要有:阀芯卡死, 溢流阀不能正常工作, 背压不足等。在此, 重点分析伺服阀故障。

伺服阀的故障常常在电液伺服系统调试或工作不正常情况下发现的。主要包括系统问题, 如放大器、反馈机构、执行机构等故障和伺服阀本身问题。为此, 发生故障时应先分清是系统问题还是伺服阀问题。常用方法是: (1) 将阀卸下在实验台复测一下; (2) 大多数情况下是将系统开环, 备用独立直流电源、经万用表再给伺服阀供正负不同量值电流, 从阀的输出情况来判断。

2.3.1 伺服阀阀不工作

马达线圈断线、脱焊、进油或进出油口接反, 或前置级堵塞, 使得阀芯正好卡在中间死区位置, 阀芯卡在中间位置当然这种几率较少。马达线圈串联或并联两线圈接反了, 两线圈形成的磁作用力正好抵消。

2.3.2 阀有一固定输出但已失控

前置级喷嘴堵死, 阀芯被赃物卡着及阀体变形引起阀芯卡死等, 或内部保护滤器被赃物堵死。

2.3.3 阀反应迟钝、响应变慢

系统供油压力降低, 保护滤器局部堵塞, 某些阀调零机构松动, 马达另部件松动, 动圈阀的动圈跟控制阀芯间松动, 系统中执行动力元件内漏过大, 或者外油液太脏, 阀分辨率变差, 滞环增宽。

2.3.4 系统出现频率较高的振动及噪声

油液中混入空气量过大, 油液过脏, 系统增益调的过高, 来自放大器方面的电源噪音, 伺服阀线圈与阀外壳及地线绝缘不好, 颤振信号过大, 或与系统频率关系引起的谐振现象, 再则相对低的系统而选了过高频率的伺服阀。

2.3.5 阀输出不能连续控制

伺服阀内反馈机构失效, 或系统反馈断开。

2.3.6 漏油

安装座表面加工质量不好、密封不住。阀口密封圈出现质量问题, 阀上堵头等处密封圈损坏。马达盖与阀体之间漏油的话, 可能是弹簧管破裂、内部油管破裂等。

2.2.7 零偏电流与相关故障

当零偏电流小于满程电流10%范围变化时, 伺服阀正常;当零偏电流大于满程电流30%时, 伺服阀应该更换。

当零偏电流逐步增大, 可能是伺服阀或压下油缸寿命故障, 如:磨损、泄露、电气老化等, 但控制基本能达到要求要求, 可能会使控制位置出现略有飘移等现象。

当零偏电流突然增大, 可能是伺服阀突然发生故障或油缸卡死。可根据相关参数进行判断, 其特征为:驱动电流突然增大 (幅度很大) ;油缸位置偏向一端无法控制;伺服阀电流变化, 液压缸压力不变, 这可能电气断线, 或伺服阀故障, 或液控单向阀故障 (故障率很低) 。伺服阀控制油路压力随伺服阀电流变化, 可能是伺服阀故障或压下缸故障。

处理措施:服阀故障排除要根据实际情况来实施, 有的可以通过换滤芯, 返厂清洗、修复等方式排除故障, 还有大部分故障是需要将阀送到生产厂, 放到实验台上进行返修调试, 一般不要自行拆阀, 这样很容易损坏伺服阀零部件。

3结束语

AGC系统在生产过程中会产生各种各样的故障, 正确分析AGC故障发生的原因, 并采取相应的处理措施, 是系统运行稳定、作业率提高的重要保证。

摘要：分析了轧机AGC系统的故障原因, 提出处理故障过程中的注意事项及预防措施。

AGC容量需求研究 篇5

关键词：自动发电控制,容量需求预测,滚动平均法,历史负荷,整体模型

0 引言

自动发电控制(AGC)是保证电力系统发电与负荷实时平衡,维持系统频率稳定的重要技术手段[1,2,3,4,5]。在电力系统运行中,每时段都需要提前向电厂购买或安排相应电厂的AGC容量,以便在实时运行中按具体需要调节发电,满足系统负荷波动的需要。当然,如果系统中有大量的AGC可调容量,对维持系统频率稳定有好处,但这样是要付出代价的。发电机组保持AGC可调容量会减少正常的发电量,机会成本提高;投入AGC运行,机组的运行费用也会增加。在电力市场环境下,AGC是发电商向电网提供调节服务的技术手段,其机组投入AGC运行是要在辅助服务市场中收取费用的。因此,电力调度交易中心作为电力系统的控制者和电力市场的运营者,必须了解在系统运行中对AGC调节容量的需求,并按此需求采购和安排相关发电机组的AGC可调容量,这样才能做到既保证了电力系统的安全运行,又降低了运行费用[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]。

本文提出一种确定AGC容量需求的模型,通过分析历史负荷数据,同时考虑系统AGC实际能力和旋转备用的负荷跟踪遗漏,找出历史AGC需求曲线。在此基础上,确定历史的AGC容量需求,来预测未来时段的AGC容量需求。

1 AGC历史需求容量模型及获取方法

通过对历史负荷数据和AGC机组跟踪能力及发电计划、备用跟踪等数据的分析,取得系统AGC历史时刻实时所需的购买曲线,就可以很直接地确定各时段的AGC所需购买容量了。本文将AGC实时所需的购买曲线通过以下模型表示:

其中,P0是原始负荷曲线,P1是要去除的不可跟踪的高频负荷部分(也即AGC跟踪死区),P2是计划跟踪、旋转备用、实时市场的低频负荷部分,P3是旋转备用没有及时跟上的部分和日前市场违约部分之和,P4是机组反调的影响部分。式(1)中的加减号,分别表示曲线的正反向叠加。

1.1 原始负荷曲线

原始负荷曲线,即某时段系统区域内随时间变化的总负荷曲线,是寻找“AGC应跟踪的负荷分量曲线”的基础。获取方法为:对一段时间(一般为一天)的系统负荷进行采样,将采样结果作线性拟合,即可得到原始负荷曲线。该曲线是一条随时间变化的连续的不规则曲线。

1.2 要去除的不可跟踪的负荷波动部分

理论上,系统的发电要时刻满足负荷需求,跟踪负荷的变化,与负荷保持大小一致,但实际上原始负荷曲线的波动性太强。美国国立橡树岭实验所Hirst.E的分析数据表明,美国某区域的负荷在10 s采样频率下检测,每小时的负荷换向次数达到了200次以上。而发电跟踪负荷的时间延迟近似为2 min以上,即发电对负荷波动的回应时间大概在2 min以上。很明显,以目前事实上的自动发电控制能力,发电没有跟踪上所有负荷的变化,只是近似地保持了发电负荷平衡。其主要原因是控制系统忽略某些对系统影响很小而具有很大跟踪难度和跟踪成本的高频波动负荷,能够得到更大的社会效益。

因此,AGC控制策略中,要求尽量能够避免不必要的发电机快速机动变化,也即避免对负荷的高频波动部分的跟踪。实际控制过程中,AGC系统在根据区域控制偏差(ACE)动作前,先对原始ACE信号进行滤波处理,以避免AGC处理不必要的波动,也即忽略负荷的高频波动部分,这样发电波动就不需要太快地跟踪上负荷的变化,在尽量满足负荷变化需求的同时,大幅减少了AGC设备的磨损,从而得到更大的社会效益。

对负荷中高频波动部分的合理忽略是有事实根据的。如果发电负荷的不平衡量增长到60 MW,也就是10 s内的负荷波动幅值,在美国东部联合电网中仅仅使频率偏移0.0015 Hz[1]。而在西部联合电网或是电力可靠性委员会专属电网,频率也只是偏移0.004和0.01 Hz。事实上,各区域的负荷频率反应特性为,东部联合电网4 000 MW/0.1 Hz,西部联合电网1 500 MW/0.1 Hz,电力可靠性委员会专属电网625 MW/0.1 Hz。由于10 s内的负荷波动对于系统频率的影响很小,而现阶段投入巨大的力量去跟踪既有难度又不值得,所以在AGC控制中可以很放心地忽略10 s左右的高频负荷波动。

另一方面,发电机AGC的频繁调节会严重影响发电设备的使用寿命。以上述Hirst.E的研究为例,考虑每1 min调节3次和每2 min调节1次,它们对相关设备的影响近似为6:1,相应的设备磨损区别很大。

因此,有必要忽略高频波动部分的跟踪。这样既能够减少跟踪设备磨损,又在系统可承受范围内,还省去了安装很多先进跟踪设备的费用。

本文中采用的去除高频波动方法是滚动平均法:运用小时段(比如10 s)滚动平均值方法[1,4],从原始负荷曲线中分离出高频波动部分,从而将它从AGC要跟踪的负荷中去除,得到除去了高频部分后的负荷曲线。

滚动平均法是通过对每一个负荷幅值前、后一段数值滚动求平均值,由此得到一条平滑的负荷曲线的方法。滚动求平均值的算式为

其中,PFt是经滚动平均法平滑处理后,时刻t对应的负荷值,Pt是原时刻t对应的负荷值,2 M(M的2倍值)是滚动求平均的负荷幅值的个数,M的取值与负荷幅值的采样和存储周期及滚动求平均的时段长度有关。如:负荷幅值的采样和存储周期为4 s,滚动求平均的时段长度为2 min,则滚动求平均所需负荷幅值个数为30,由此,取M=15。滚动求平均的时段长度不同,则求得的负荷曲线也不同,事实上滚动求平均的时段长度越长,求得的负荷曲线变化越平缓。

1.3 计划跟踪、旋转备用、实时市场部分

P2部分可以用负荷趋势(trend)来表示,也即Hirst在文章中提到的Load-following,是将AGC负荷部分从总负荷曲线中分离出来的最重要也是最大的部分。该部分负荷由发电计划、备用和实时市场来共同完成其电力跟踪任务。

得到这一负荷部分曲线的方法有:滚动平均法、时段平均法[4]、回归方法(线形、平方、立方)[1]等。本文模型中采用的方法,同上一个过程一样,是滚动平均法,仅是滚动时间有所变化。通过滚动平均30 min对原始负荷曲线进行运算,即可得到负荷的P2部分。

从原始负荷曲线中去除P1和P2部分后剩余的负荷曲线,即理想中负荷需要满足的AGC调整部分,本文定义此曲线Pideal为AGC理想需求:

然而实际运行中AGC的负荷任务不仅于此,旋转备用没有及时跟上的负荷部分也加入了AGC的调节任务。

1.4 旋转备用的遗漏部分

电力市场运行中,系统提前某时段进行负荷预测,结合各电厂报价,制定并发布各电厂的发电计划。但并非有了发电计划和AGC就可以实现实时系统的近似功率平衡。因为系统负荷预测存在误差,制定的发电计划也不可能完全准确,而另一方面,实时运行中也有可能出现,发电机组对日前市场确定的发电计划违约,所以系统通过进一步的备用和实时市场的购买来满足这些未能预测和违约部分的负荷需求。

但旋转备用的启动需要时间,而其中的过渡过程必将有AGC暂时先代替它满足这部分旋转备用应该满足的负荷需求。因为旋转备用的调节量值对于AGC而言是较大的,相应的这部分由于时间延迟未能跟上的负荷部分在AGC的最终购买容量中不容忽视。

通过对历史数据中系统旋转备用的任务曲线和实际供给曲线进行比较,其差值即为本文所需的旋转备用遗漏部分。在本文中暂时采用取旋转备用4%容量的方法,即将旋转备用容量的4%加入AGC容量,作为AGC替代旋转备用无法完成的任务部分。本文旨在介绍整个模型,此处方法还需进一步的研究。

考虑了以上4个部分的AGC任务曲线,也即实际负荷需要满足的AGC调整部分,可定义为AGC实际需求:

1.5 AGC机组反调的影响

上述4个部分从负荷侧的角度,分析了AGC的调整任务,得到了负荷中AGC实际需求。然而在AGC执行调整过程中,各AGC机组之间的配合问题也增大了市场中AGC的购买量。

各AGC机组之间相互配合,一起满足系统负荷需求,但控制过程中它们的AGC控制曲线并不是时时同向的,常常出现个别与整体反向调节的AGC机组,这对于整体AGC购买量而言,无疑是有影响的。下面分析出现AGC反向调节现象的原因[8,15]。

a.快速慢速的配合。控制中心传来的对每个电厂的AGC信号,是该电厂专有的,反映了该电厂的调节范围、调节速率和换向时间(发电厂变换AGC调节方向所需的时间)。所以,当控制中心让快速反应电厂变换方向的时候,可能允许慢速电厂保持原有方向。

b.长短期预测的配合。控制信号是基于历史ACE数值和近期负荷预测(5~15 min)的基础上的。近期负荷预测将会调整这些送到独立单元的信号。例如,如果预测显示未来15 min负荷增加,那么负荷中一个小的降低可能就没有必要导致调整机组的出力的减少。

c.A1标准要求。根据目前使用的A1标准要求,每10 min达到一次瞬间的功率平衡。这要求AGC快速环绕,频繁让一些机组上下波动。而由于各机组的回应速度不同,这样的AGC信号可能会造成电厂不能统一调节的局面。而在最新的CPS标准中,该情况已被改善了。

d.过界后的回调。前一个AGC信号可能使某电厂移出操作范围的中点,或者超出了经济运行范围。这样,在别的电厂执行调节任务时,该厂就需要调回去,从而和整体调节方向不一致。

e.信号误差问题。通信和控制系统的误差,可能会导致电厂不能对AGC信号作很好的配合回应,如时间的延迟,甚至方向错误。

AGC机组配合中频繁出现的反调现象直接导致了AGC购买容量比AGC实际需求容量大。

反调曲线的取得是将各AGC历史调节数据和总AGC调节数据相比较,辨别反调AGC数据,将所有反调AGC数据按时间序列进行叠加,即可组成该时段的AGC反调曲线。文中即用此法。

另外,正常运行中由于反调情况发生的随机性和AGC设备配合状况的相对稳定性,也可采取近似方法,以加入某一AGC调节容量百分比在AGC实际需求曲线上的方式引入反调影响。即采用某时段(比如一天)的最大反向调节百分比加入AGC需求曲线上的方法,得到AGC的购买需求曲线。

1.6 风力发电并网的影响

与水火电的发电机输出功率可调度相比,风力发电具有间歇性的特点,机组出力随着气象条件、季节和每日不同时间段而变化,不能按计划发电。因此,其短时的发电波动使得风力发电也成为AGC的跟踪目标之一,而且随着未来的风电的发展,其比重更为明显。

虽然在当前的很多控制区域中,风力发电所占的成分较小,但由于能源危机和可持续发展的要求,风力发电在电力系统中占的比例正快速发展,特别是某些风力资源丰厚的区域更为明显。

2 算例分析

本章以东北电网为例,分析过去某一天所需购买的AGC容量曲线。据此历史时段的需求曲线,即可使用预测方法预测未来时段AGC购买容量需求。然后,电网公司方可依照需求提前从各具有AGC功能的电厂处购买系统未来时刻需要的AGC容量储备,以满足系统未来时刻的实时AGC调节需求。本文模型就是预测AGC购买需求的基础。

由于文中不同的负荷部分在量值上区别甚大,为更明显地比较模型中AGC容量的各组成部分,此处将容量中的各组成部分分至图1~4借以说明问题。

图1中显示了1 h(6:00~7:00)的原始负荷曲线P0和计划跟踪、备用、实时市场部分P2。为了使发电量和负荷量取得平衡,控制中心分别使用了计划跟踪、备用、实时市场、AGC这一系列的发电量控制调节方式来满足负荷需求,即负荷曲线=计划跟踪发电曲线+备用发电曲线+实时市场发电曲线+AGC发电曲线(Pideal)+高频不可跟踪负荷部分(这部分因为AGC的无法跟踪或者跟踪的成本太高,权衡下被控制中心忽略)。

经变换,有

图2中显示了该小时的欲去除无需跟踪的负荷波动部分P1和AGC理想需求Pideal(即从需求侧考虑的AGC发电曲线)。从图中可以看出忽略的不可跟踪负荷的幅值大小在正负100 MW以内。对于东北电网这样一个大区域而言(2001年辽宁电网和黑龙江电网频率特性系数分别设定为110.9 MW/0.1 Hz和64.4 MW/0.1 Hz),其相应的频率偏移是区域系统完全可以承受的。

图3中显示了1 h(6:00~7:00)的AGC理想需求Pideal和实际需求Pfact,即考虑了旋转备用遗漏部分。东北电网的旋转备用近似保持在2 000 MW左右,本文采取旋转备用容量的4%(此比例根据实际情况调整)作为实时发电负荷平衡调节中旋转备用可能的遗漏部分。

图4中显示了该小时AGC实际需求Pfact、AGC机组反调曲线P4和AGC购买需求Pbuy。其中,AGC实际需求指系统中负荷需要的AGC发电量。AGC购买需求指系统中需要在发电购买的AGC发电量。因为发电侧存在一部分AGC机组反调的现象和风力发电影响P5,所以上述2个需求不相等,有

其中的AGC机组反调曲线,是叠加系统内所有AGC机组的反调部分曲线得到的。

而对于风力发电,本文采取旋转备用容量的1%(此比例根据各区风电实际情况调整)作为AGC跟踪中的风力分量。

通过上面各图中的比例可知,机组反调部分在购买容量幅值中的比例最大值为20.6%,旋转备用遗漏部分的比例最大值约为11.16%,这2个AGC的任务负荷部分对于AGC最终的购买需求是不可忽视的。

如果用文献[4]中的方法考虑,则本例中该时段AGC需求仅为(497 MW,-270 MW),而使用本文模型的考虑下则为(710 MW,-530 MW),可知本文模型的结果范围较大,考虑得更为全面、合理。

3 结论

本文在相关研究成果的基础上,提出一个以历史负荷为依据,考察AGC历史时段真实容量需求的整体模型,其中考虑了AGC跟踪死区、AGC机组之间配合问题以及备用的不平衡遗漏等因素。根据对东北电网这一区域的AGC相关历史数据研究,计算过去某天东北电网的真实AGC购买需求。在模型各部分的比较中可知,AGC机组之间的配合问题和备用的不平衡遗漏等因素在AGC购买需求中所占比例较大,不容忽视,表明了本文模型考虑的完整性和合理性。

基于数字AGC的控制算法 篇6

卫星信号在空间传播过程中,其信号强度由于存在大气吸收、多径衰落以及与接收机之间的距离变化等原因会产生较大范围的变化[1],这就对接收机的解调和处理带来负面影响。为了确保接收机在输入信号信号强度有较大变化时能正常工作,一般要在接收机前端加一个AGC模块。模拟AGC模块的体积比较大,不利于系统的小型化[2];另外,在其控制方法上也存在稳态响应较慢和抗冲击性较差的缺点。而数字AGC可以有效克服以上缺点[3],因此数字AGC正逐渐成为当前AGC控制的应用主流。但是目前市场上通用的AGC芯片往往存在一些不能满足工程需要的缺陷,比如控制范围不够大和控制精度不够高等。因此必须找到新的AGC控制算法以弥补芯片的不足。

1 输入信号的能量提取算法

从理论上分析,接收机AGC的控制精度既和AGC芯片的性能有关,也和接收机能量的提取算法有很大关系。可靠的提取算法能为AGC的控制精度提供最基本的保障。

以纯侧音测距体制的统一测控系统为例,其调制载波信号可以表示为:

$S(t)=A\sin \left[\omega {}_{\text{c}}t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \Omega {}_{i}t\right]$。 (1)

式中,A为载波幅度;ωc为载波角频率;mi为第i个正弦副载波的载波调相指数;Ωi为第i个正弦副载波的角频率。

此输入信号的数字AGC的控制过程如图1所示。在进行AGC控制前要完成载波跟踪、能量提取、能量滤波和比较几个过程。输入信号经AGC控制和AD采样后,进入接收机的数字信号处理单元。设NCO输出信号为:

VQ(t)=Vocos$\left[\omega {}_{\text{o}}t+\theta (t)\right]$, (2)

$V{}_{\text{Ι}}(t)=V{}_{\text{o}}\sin \left[\omega {}_{\text{o}}t+\theta (t)\right]$。 (3)

NCO的输出和输入信号S(t)混频后可得:

YQ(t)=S(t)×VQ(t)=

$\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}\sin \left[\left(\omega {}_{\text{c}}-\omega {}_{\text{o}}\right)t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t-\theta (t)\right]$+

$\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}\sin \left[\left(\omega {}_{\text{c}}+\omega {}_{\text{o}}\right)t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t+\theta (t)\right]$, (4)

YI(t)=S(t)×VI(t)=

$\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}\cos \left[\left(\omega {}_{\text{c}}-\omega {}_{\text{o}}\right)t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t-\theta (t)\right]$

$\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}\cos \left[\left(\omega {}_{\text{c}}+\omega {}_{\text{o}}\right)t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t+\theta (t)\right]$。 (5)

经低通滤波器之后,二倍频被滤波器滤掉,后续信号仅存在低频信号,其中,

$x(t)=\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}{\rm K}{}_i\sin [(\omega {}_{\text{c}}-\omega {}_{\text{o}})t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t-\theta (t)],(6)$

$y(t)=\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}{\rm K}{}_i\cos [(\omega {}_{\text{c}}-\omega {}_{\text{o}})t+{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t-\theta (t)]$。 (7)

载波跟踪锁定后ωc-ωo=0,此时可以得到:

$x(t)=\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}{\rm K}{}_i\sin \left[{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t-\theta (t)\right],(8)$

$y(t)=\frac{1}{2}AV{}_{\text{Ο}}{\rm K}{}_i\cos \left[{\displaystyle \sum _i^{{\rm K}}m}{}_i\sin \text{Ω}{}_{i}t-\theta (t)\right]$。 (9)

按照信号的能量概念,g(t)=x2(t)+y2(t)是输入信号的能量值。这是严格按照能量的定义计算能量的方法。但是平方运算在数字逻辑计算中是一种运算量很大的运算,在实际工程中一般用求绝对值的方法近似计算信号的能量,如式(10)所示。这种计算方法计算量小,运算速度快[3]。

$g(t)=\left|x(t)\right|+\left|y(t)\right|$。 (10)

接收机AGC控制单元将计算得到的输入信号的能量和参考值进行比较,根据比较结果对AGC芯片进行控制,完成对输入信号能量的调整,保证接收机各处理模块的能量稳定。

2 输入信号能量的滤波算法

设能量计算单元输入信号为x(t),再设能量计算单元的采样频率为fs,对应的采样周期为Ts,则对其求绝对值的表达式为:

$f(n{\rm T}{}_{\text{s}})=\left|x(t)\right|*{\displaystyle \sum _{k=-\infty }^{+\infty }\delta }(t-k{\rm T}{}_{\text{s}})$。 (11)

对f(nTs)进行傅里叶变换可得:

$F(\omega )=\frac{1}{{\rm T}{}_{\text{s}}}*{\displaystyle \sum _{l=-\infty }^{+\infty }X}(\omega -\frac{2\text{π}l}{{\rm T}{}_{\text{s}}})$。 (12)

由上式可知,信号经绝对值运算的结果包括控制AGC所需的基频分量,以及不需要的高频谐波和镜像分量[5]。这些高频分量会对能量计算产生明显影响,使得到的能量值出现大幅度抖动,如果用抖动的能量值直接实现对AGC的控制,会使AGC输出的信号幅度发生抖动,影响控制质量;另外,在实际的工程中接收到的信号是有噪声的,有时甚至信噪比较低,这时噪声会对AGC的控制产生明显影响。避免这些不良影响的方法是利用滤波器进行能量滤波,滤除高频信号和噪声带来的信号能量的抖动。

数字滤波器在数字信号处理领域占有很重要的地位,从性能上看,IIR滤波器比FIR滤波器能获得更高的性能,具有工作速度快、耗用存储空间少、结构简单和运算量小的特点。IIR适合于用具有浮点数计算功能的DSP实现。在MATLAB的辅助下可以设计出基于浮点数DSP的2阶IIR低通滤波器。

2阶IIR滤波器的差分方程一般可写为:

yn=b1xn+b2xn-1+b3xn-2-a2yn-1-a3yn-2。

式中,b1、b2、b3、a2、a3为滤波器系数;xn、xn-1、xn-2分别为滤波器的当前采样数据、前一次采样数据和再前一次采样数据;yn-1、yn-2分别为滤波器的上一次输出和再上一次输出;yn为滤波器的输出。

利用MATLAB的Fdatool功能可以计算出滤波器的系数。一般称xn为滤波器的采样数据,也就是滤波器的输入信息。滤波器读取xn数据的采样率是滤波器的一个关键参数,是滤波器的采样频率。截止频率是滤波器的另一个关键参数,确定了截止频率就可以计算滤波器差分方程的参数了。比如当滤波器的采样频率为27 kHz截止频率为3 kHz时,利用MATLAB的Fdatool可以计算出滤波器的系数为:

a1=1.0,a2=-1.053 329 920 8,

a3=0.375 024 556 7,b1=0.080 422 365 9,

b2=0.160 847 317 9,b3=0.080 422 365 9。

将以上系数代入滤波器差分方程就可以得到IIR滤波器的差分方程。滤波器采样后,就得到了差分方程的输入变量xn,将其代入差分方程并计算就可以得到滤波器的输出。需要注意的是,开始运行软件滤波器前一定要将xn-1、xn-2、yn-1、yn-2等变量清零。如果不进行清零操作,直接应用DSP默认赋值,滤波器可能会溢出,使滤波器不能正常工作;另外,对采样值xn的大小也要进行详细观察,过大也可能会造成溢出。

3 控制范围和控制精度的调整算法

目前,工程中应用较多的数字AGC芯片大多不能直接满足工程要求,有的芯片控制精度不满足设计要求,有的芯片的控制范围不达指标要求[5]。比如AD8369芯片的控制精度仅为3 dBm,芯片可将输入信号放大35 dB,可将输入信号衰减10 dB,就是说AD8369的可控制范围为45 dB。而在大多数工程中要求AGC的控制精度小于1 dBm,并且要求AGC的控制范围为0～-60 dBm。在这种情况下需要针对AD8369芯片的不足做一些特殊处理,扩充其控制范围和控制精度。

3.1 控制范围的调整算法

在设计接收机时设定-30 dBm为AGC能量参考点,如果输入信号的能量高于-30 dBm,接收机需要通过AGC衰减信号,如果输入信号的能量高低于-30 dBm,接收机需要通过AGC放大信号。因此这就要求AGC芯片能放大信号30 dBm,也能衰减信号30 dBm。显然AD8369不能满足30 dBm的衰减要求,因此需要调整衰减功能。在A/D采样芯片输入信号不饱和的前提下,衰减控制功能可以在FPGA内实现。衰减操作一般采用对输入信号做除法的方法。但是在FPGA内除法器占用的资源较多,工程设计人员往往用乘法器代替除法器。从数学角度讲,如果用乘法器代替除法器对输入信号进行衰减,需要将输入信号乘以一个小于1的数,但是浮点数在FPGA内是不能直接应用的,需要将小于1的浮点数通过若干倍的放大变成定点数,然后再将乘法器的输出进行按位右移消除浮点数变化时放大的倍数。比如设定当除数为1时,可以让输入的信号乘以1 023,然后乘法器输出的数据再右移10位,这时就可以实现输入数据除以1的操作。同理可以按除数的比例关系计算出其他除数时的乘法器的衰减倍数。比如将输入信号除以2时,乘法器的乘数为x=1 023/2≈511,然后将乘法器的输出右移10位就实现了除2的算法。尽管在定点数转换过程中进行了四舍五入计算,但是可以从数学角度证明精度是足够的。衰减控制单元结构如图2所示。

为了简化设计,将衰减控制单元控制精度设定为3 dBm,和AD8369的控制精度一致。按以上分析,当不需要衰减时,将乘法器的衰减倍数设为1 023。设某时刻乘法器的衰减倍数为x,如果再衰减3 dBm,那么可按下式计算其乘法器的衰减倍数y。

3=20lg10x/y。 (13)

由式(13)可得,x/y=1.414,因此乘法器的衰减倍数y=x/1.414。由此可得表1所示的乘法器衰减倍数与衰减量的对应关系。

3.2 控制精度的调整算法

增加了衰减量控制后,AGC控制的范围就满足60 dBm的要求。但是AD8369和增加的衰减控制单元的控制精度都是3 dBm,不满足任务要求,因此还需要在控制精度方面进行处理。同样也可以借用衰减量控制单元的处理方法进行精度调整,称这个单元为微调单元。工程要求控制精1 dBm,为了保持足够的设计冗余,将微调单元的控制精度设为0.35 dBm。微调模块可以在-2.8～2.8 dBm范围内调整。当无需微调模块进行衰减或者放大时,微调模块的乘法器的乘数为1 023。如果当前乘法的乘数为x,当需要衰减0.35 dBm时按下式计算乘数。

0.35=20lg10x/y。 (14)

由式(14)可得y=x/1.041。同理也可以计算出当需要放大0.35 dBm时,乘法器乘数y=x×1.041。由此可得表2所示的乘法器衰减倍数与衰减量的对应关系。

4 算法分析

能量提取单元、能量滤波单元、衰减控制单元和微调单元设计完成后就可以进行AGC控制了。其中,能量提取单元、衰减量控制单元和微调控制单元在FPGA内实现,能量滤波单元在DSP内实现,此时图1就可以更换为图3所示的处理框图。输入信号经A/D芯片采样后进入FPGA,在进行传统的信号处理以前要先经过衰减控制单元和微调单元调整。

4.1 能量提取算法分析

接收机完成捕获和跟踪后,输入信号和本地NCO的瞬时相位差很小,这样就消除了载波信号对能量采样的影响。因此图3所示的能量累积单元得到的数据为输入信号的调制副载波信号和噪声信号。能量累积单元是一个积分器,它将多个能量采样值累积起来。众所周知,积分器在理论上相当于一个低通滤波器,具有低通滤波器的幅频特性,能够有效地滤除高频噪声。这样在消除了载波信号的影响后,又用积分器滤除了部分噪声,使噪声提取单元能够得到精度较高的能量值。

4.2 能量滤波算法分析

利用MATLAB对能量滤波单元IIR器进行了仿真。仿真条件为滤波器的采样频率为27 kHz,截止频率为3 kHz。滤波器的幅度特性曲线如图4所示,滤波器的脉冲响应图如图5所示。由图4和图5可以看出,滤波器能有效抑制3 kHz以外的高频信号,并且处理延时很小,满足设计要求。

4.3 控制范围和控制精度算法分析

从数学角度看,在满足A/D输入信号不饱和的前提下,按照控制范围调整算法和控制精度调整算法控制接收机的输入信号,能有效地实现控制范围的扩大和控制精度的提高。将数字化的输入信号乘以大于1的数据,会使接收机后续模块得到放大的输入信号。同理,将数字化的输入信号乘以小于1的数据,接收机后续模块会得到衰减的输入信号。这种调整算法比用多个AGC芯片级联来调整控制范围要节省硬件资源,也无需考虑由于AGC级联带来的功率分配问题[6]。

在调试设备时,当接收机的输入信号的能量在0～-60 dBm内变化时,接收机的输出的信号能量稳定,其信号幅度在-29.8～-30.2 dBm间变化。缓慢调整输入信号,当信号能量的改变量大于0.35 dBm时,AGC控制电压会改变,说明AGC控制的精度符合设计要求。测试结果完全满足工程要求。

5 结束语

经多个工程反复测试证明,在衰减控制单元和微调单元的辅助下AD8396芯片能够完全满足工程设计指标要求;在能量滤波器的辅助下,当输入信号能量稳定时,能量提取精度为-0.2～0.2 dBm,这就为完成指标要求提供了足够的设计余量。AGC的控制算法有效地解决了硬件性能和工程要求之间的矛盾。这种AGC控制算法具有控制收敛速度块、算法易于实现、易于移植、占用硬件资源少和控制精度高等优点,是一种值得在实际工程中推广的AGC控制算法。

参考文献

[1]喻斌,陈军波,李青侠.数字AGC的分析和设计[J].桂林电子工业学院学报,2003,23(5):35-37.

[2]胡修林,张巍峰.数字中频AGC的快速算法设计[J].自动化技术及应用,2007,26(1):18-22.

[3]李悦丽,薛国义.雷达数字AGC技术的工程实现[J].电子工程师,2004,30(12):15-17.

AGC系统抗干扰方法改进 篇7

在通信、导航、遥测遥控等无线电系统中, 由于受发射功率大小、收发距离远近和电波传播衰落等各种因素的影响, 接收机所接收的信号强弱变化范围很大, 信号强度的变化可从几微伏到几百毫伏[1], 相差几十分贝。这种情况下, 如果接收机采用恒定增益放大, 就无法兼顾灵敏度和动态范围的需求。

1 VHF系统AGC电路

VHF系统接收机采用了自动增益控制技术, 以满足天地通信距离变化引起的接收信号强度大范围变化的需要。VHF接收机部分的主中放设计原理如图1所示。

振幅为Ui的输入信号, 经自动增益控制电路放大后, 输出振幅为Uo的输出信号, 且二者的关系如下:

Uo=K (uc) Ui。

由于比较参量是信号电平, 故采用电压比较器。反馈网络由电平检测器、低通滤波器和直流放大器组成, 检测输出信号振幅电平, 滤除不需要的高频分量, 进行适当放大后与恒定的参考电压Ur比较, 产生一个误差电压Ue通过信号发生器去控制可控增益放大器, 实现自动增益的闭环负反馈控制, 使输出信号的振幅Uo基本恒定或在一个允许的小范围内变化。

VHF系统接收出现杂音时, VHF接收机AGC电压波动较大, 自动频率控制AFC电压也出现突变。实际工作中采用预置频偏来弥补多普勒频率, 但频率偏差是无法完全消除的。

统计分析每一圈次接收情况, 正常通信时的AFC[2]变化情况, 合理的AFC值应该在0.8±0.1 V左右, 且变化幅度在0.2 V/s以内, 与设计要求相符。

造成接收信号强度变化的原因有:发射功率大小、收发距离远近、电波传播衰落、天线指向精度、多径干扰或外界干扰[3]。在实际工作中, 发射功率、收发距离、电波传播衰落、天线指向精度、多径干扰都是缓慢变化或基本不变的;而杂音出现时, AFC跳变零表明此时接收的信号与正常通信的信号有1 kHz左右的频率偏差, 即外界强干扰信号进入。

2 抗干扰AGC系统改进电路设计

针对VHF通信过程中出现的频带内的强干扰, 结合VHF通信特点, 在AGC电路中适当增加部分自动判据电路, 可消除频带内的强干扰的影响。具体设计修改方法如图2所示。

电路修改:在AGC电压产生器 (电压比较器) 输出端增加一个数字采样电路、一个电子开关及其辅助电路, 在信号输出端增加一个放大限幅器。

控制逻辑:无带内干扰信号时, 电子开关选择AGC1电压进行AGC控制;当有带内干扰进入时、当AGC电压变化率小于比较阀值时, 选择AGC1电压作为电子开关的输出, 当AGC电压变化率大于比较阀值, 输出强干扰信号给判断电路, 且前一时刻解扩解调同步时, 电子开关选择AGC2电压作为电子开关的输出。当干扰信号消失 (或减弱) 后, 电子开关重新选择AGC1电压作为AGC控制电压。

分析数据:在目标进站且解扩解调同步后, VHF接收机的AGC变化率在0.3 V/s以内。根据AGC变化规律, 在AGC电压输出端, 对电压进行数字采样, 并对前后2个AGC电压值进行比较, 计算AGC电压的变化率, 同时设置一个合理的比较阀值, 当AGC电压的变化率超过比较阀值时, 判断有带内强干扰信号进入, 比较控制器输出前一个AGC电压和一个强干扰判断信号, 并将前一个AGC电压作为基准数与AGC1的采样电压进行差值计算, 当二者差值小于0.4 V时, 停止输出强干扰判断信号, 电子开关重新选取AGC1电压进行AGC控制。为了避免数字采样电路陷入死循环, 接收到后续设备 (解扩解调) 失步信号后一定时间 (例如5 s) , 初始化采样电路并重新开始采样比较。

输出信号的限幅:VHF接收机的AGC输出要求在30～100 mV, 即-17～-7 dBm。在输出端进行限幅, 根据有效通信信号经AGC放大后的强度不会超过100 mV, 在AGC电路的输出端增加一个限幅为100 mV的放大限幅器, 进而对输出端的强干扰信号进行限幅, 使AGC输出端的干扰信号和有效通信信号的强度控制在-7 dBm以下, 这样在解扩时就可以有效排除强干扰信号的影响, 保持通信顺畅。

在正常通信后, 即解扩解调同步, 当带内强干扰信号进入图2的AGC电路时, AGC1将发生剧烈变化, 同时数字采样电路也将检测到AGC1的剧变, 判断到有带内强干扰信号, 中断对AGC1的采样, 同时将带内强干扰信号进入前的AGC1电压作为AGC2的输出, 并给出一个强干扰判断信号与解扩解调同步信号一起控制电子开关, 选择AGC2作为AGC电压, 保证正常通信信号得到有效放大。

3 结束语

通过VHF接收系统出现杂音的深入分析和设备数据的整理研究, 总结了干扰产生时AGC电压的变化规律, 为在传统AGC电路上增加数字比较电路, 自动识别带内强干扰, 进而消除带内强干扰提供了思路, 当然, 也可以推广到其他工程应用中。

摘要：以VHF系统接收机AGC电路为例介绍了传统自动增益控制电路工作原理, 针对VHF系统接收出现杂音情况, 阐明了传统AGC电路缺乏强干扰措施, 影响VHF系统后续信号处理, 造成通信中断。通过分析带内强干扰在传统AGC电路内的作用机制和无线电系统带内强干扰的AGC电压表现的规律, 提出了在传统AGC电路上增加数字比较电路, 自动识别带内强干扰, 调整放大增益并在输出端进行放大限幅, 进而消除带内强干扰。

关键词：VHF,自动增益控制 (AGC) ,带内强干扰,数字比较

参考文献

[1]曾兴雯, 刘乃安, 陈健.高频电路原理与分析[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.

[2]高如云, 陆曼茹, 张企民, 等.通信电子线路[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.

AGC在轧机中的应用 篇8

关键词：AGC,轧机,应用

0引言

液压伺服控制技术在现代工业发展进程中占有重要地位, 特别是在一些要求功率大、反应速度快、定位精准的液压系统中。在冶金行业中, 大部分轧机设备都采用了带计算机控制的液压系统, 一些旧的设备也通过改造转型成为AGC轧机。计算机控制和液压AGC已成为轧机专业化程度高低的标志。

1轧机的发展过程

最早的轧机设备压下部分采用的是电动压下, 运行过程通过电动机带动减速齿轮旋转实现。该方式存在转动惯量大、反应速度延迟、调整精度受限、工作效率低等缺点。随着现代工业的发展对钢材产品的要求也越来越高, 尤其是对板材厚度的精确控制。因此, 电动压下装置已经不能满足工艺的要求。全液压压下系统具有全行程秒流量控制、恒辊缝控制、恒轧制力控制、调偏控制、自动预压靠控制、厚度预控AGC、厚度监控AGC、张力/速度AGC、加减速AGC补偿控制、 轧辊偏心补偿等控制功能, 以及轧制工艺数据库、数据显示及操作控制、产品质量跟踪功能、高速轧制数据自动记录、自动报表产生、故障报警及记录等过程管理功能。液压压下系统与电动压下系统性能比较见表1。

2轧机液压AGC工作过程

轧机液压AGC工作过程如下:AGC液压缸压下建张, 同时卷取机压辊、开头机上夹送辊、上矫直辊抬起, 机前和机后测张装置、激光测速仪、测厚仪投入, 机前导卫装置打开, 工艺润滑乳化液自动从带材入口喷向轧辊, 机组升速轧制, 轧制到带尾时, 机组减速轧制, 开卷机压辊压住带卷, 当带尾过机前转向辊进入轧辊前机组停止轧制, 乳化液自动停喷, 卸张, 打开辊缝, 测厚仪退出, 完成第一道次轧制;在机前、机后转向辊及其压辊的作用下, 机后卷取机反转 (与第一道次相比) 使带尾向机前卷取机方向运行, 经机前转向辊进入机前卷取机卷筒钳口, 机前导卫装置合上, 对中带材, 机前卷取机卷筒涨径, 同时钳口咬住带材, 活动支承闭合, 压辊压上卷筒, 启动机前卷取机开始卷取带材, 当卷到2~3圈后, AGC液压缸压下建张, 同时卷取机压辊抬起, 机前和机后测张装置、激光测速仪、测厚仪投入, 机前导卫装置打开, 工艺润滑乳化液自动从带材入口喷向轧辊, 机组升速轧制, 待轧到尾部时, 机组自动减速, 准确停车, 乳化液自动停喷, 完成第二道次轧制, 如此反复经过数道次轧制直到轧成成品卷材。

3轧机AGC液压系统的构成

轧机AGC液压系统用于轧机轧制力及辊缝的给定和控制, 与电控系统构成轧制力和辊缝的闭环控制。 该压下系统由1台AGC液压动力站、1台控制阀站、2台蓄能过滤装置、2台压下油缸装置和1台循环油站组成。

3.1 AGC液压动力站 (1台)

1台AGC液压动力站配置2台恒压变量泵, 1台工作1台备用。为防止泵过载, 每台泵的出口都装有隔离单向阀和电磁溢流阀作为超压保护。泵输出的油流经高压过滤器、单向阀、蓄能器向系统供油。同时在系统中还装有电磁溢流阀, 以实现泵的空载启动、停止以及系统的卸荷。系统中的回油经单向阀、回油过滤器等流回油箱。

动力站中设有独立的循环和冷却系统, 以保证系统油液的清洁度、油温以及系统的可靠性。油箱上设有液位控制器, 对高液位、正常液位、低液位、极低液位进行相应的报警连锁控制。油箱上还设有温度控制器和加热器, 对油液温度进行相应的控制和报警。动力站上设有压力监控、接线箱和出口球阀等。

3.2控制阀站 (1台)

控制阀站由压下缸返程控制与背压控制阀组、压下油缸装置与动力源隔离控制用阀组、入口高精度过滤器等组成。在控制阀站上设有接线箱、进出油口球阀等。

3.3蓄能过滤装置 (2台)

蓄能过滤装置上装有压下回油稳压蓄能器、高压稳压蓄能器、二次阻挡高精度过滤器 (过滤精度3μm) 和进油截止阀。该装置安装在压下油缸轧机牌坊两侧。

3.4压下油缸装置 (2台)

压下油缸采用活塞式、内置高精度位移传感器的结构形式。每个压下油缸装置均配有集成阀块。在集成阀块上安装有电液伺服阀、压力传感器、电磁溢流阀等控制元件, 并设有相应的防护罩、空气隔离等保护设施。油缸形式为压下式活塞缸。

4 AGC轧机具有的优势

AGC轧机具有如下优势:1具有工艺过程参数的预设定、工艺过程参数和设备关键参数的检测、显示、 报警和存储记录功能;2主操作台设有人机界面, 完成轧机状态画面显示 (开卷、卷取张力值、电流值、速度值等主要工艺参数) 及人工调整、轧制工艺参数设定、故障报警和打印报表;3机组采用激光测速仪, 实现秒流量控制, 提高成材率;同时保留编码器测速;4轧机电气系统具有过载保护、断带保护和紧急停车等安全保护措施;机组具有带尾自动减速、准确停车功能;卷取机具有圈数记忆、带长计算、钳口及工作辊接轴准确定位功能。总之, AGC轧机由于它的诸多优势, 已经在轧机行业中占有不可动摇的地位, 并且对推动液压伺服控制的发展具有重要的意义。

参考文献

[1]朱梅, 朱光力.液压与气动技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.

[2]许福玲, 陈尧明.液压与气压传动[M].第2版.北京:机械工业出版社, 2004.