【正文】 研究 ......................... 82 采用積分分離 PID控制器的仿真研究 ............................... 82 小結(jié) ............................................................. 87 第七章 結(jié)論 ......................................................... 89 參考文獻(xiàn) ............................................................. 90 致謝 ................................................................. 92 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 1 頁(yè) 前言 眾所周知，我國(guó)現(xiàn)階段正處在電力建設(shè)的高峰期。 Then, we adopt feedforward decoupling and diagonal matrix decoupling two methods coordinated control system of supercritical unit simulated research, pare decoupling control and not decoupling control effect and pletely decoupling single loop control effect after the difference 。 According to these characteristics, need to decouple control unit, then to control algorithm was improved, make the system more stable operation 。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文 摘要 火電廠超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量被控對(duì)象，具有非線性強(qiáng)、參數(shù)時(shí)變大、遲延等特性，針對(duì)這些特性，需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行解耦控制，然后對(duì)控制算法進(jìn)行改進(jìn)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。 Firstly ， this article introduces the control schemes of coordinated control system are presented。 Finally, on the unit control effect, using improved integral separation PID control algorithm for supercritical unit 100% load model and simulation with the conventional PID control algorithm is pared, results show that: integral PID control algorithm is better than conventional PID control algorithm can significantly reduce the system overshoots, make the system more hasten and stable operation Keyword: The coordinated control system(CCS)。根據(jù)國(guó)家的“十一五”電力規(guī)劃， 20xx 年發(fā)電裝機(jī)將要達(dá)到 ～ 6億 千瓦左右，其中火電在 4 億千瓦以上，“十一五”電力安排投產(chǎn)在 億千瓦左右，而其中火電為 8500 萬(wàn)千瓦，到 2020 年全國(guó)規(guī)劃裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到 9～ 億千瓦左右，其中 63％為火電裝機(jī)容量。 隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)單元機(jī)組控制提出更高的要求，研究單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將有助于提高火電廠的自動(dòng)化程度和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，因此具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義；又由于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 的被控對(duì)象是一個(gè)多變量被控對(duì)象，具有非線性、參數(shù)時(shí)變、大遲延等特性。但是，由于用電結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差呈不斷增大趨勢(shì)，電力系統(tǒng)面臨著電網(wǎng)峰谷差偏大、調(diào)峰能力不足的矛盾。 目前，我國(guó)中小機(jī)組還占相當(dāng)大的比例，且自動(dòng)化水平較低，造成 CCS 的投入率很低。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分利用了機(jī)爐對(duì)象特性方面的特點(diǎn)，采用了前饋、補(bǔ)償、多變量解耦等控制策略，使控制系統(tǒng)具有合理、可靠、易于維護(hù)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。通常把機(jī)前壓力 P:作為鍋爐輸出能量與汽機(jī)需求能量之間平衡的特征參數(shù)。這類系統(tǒng)通常具有以下局限性 : (l)間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往是在機(jī)爐獨(dú)立控制回路的基礎(chǔ)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 3 頁(yè) 上加入前饋控制。 (2)鍋爐系統(tǒng)的大時(shí)延、大慣性等問(wèn)題沒(méi)有充分的考慮。 國(guó)內(nèi)外協(xié)調(diào)控制的應(yīng)用現(xiàn)狀 目前 ,國(guó)內(nèi)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本上都是在引進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和改進(jìn)的，國(guó)內(nèi)廠家以和利時(shí)公司的 HS20xx 系列比較成功，但市場(chǎng)占有率還很低 ，國(guó)內(nèi)眾多電廠已成功地應(yīng)用了國(guó)外的控制系統(tǒng) 。山西神頭一電廠 6 號(hào)機(jī)組系統(tǒng)改造成 INFI90分散控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制方式為機(jī)跟爐協(xié)調(diào)，采用 IEB 的控制策略 ??05 。 美國(guó)的 Lamp。 研究?jī)?nèi)容與研究計(jì)劃 本論文主要研究的內(nèi)容是以下幾面： （ 1） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案綜述 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按反饋回路分類，可分為以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)和以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。受控過(guò)程是一個(gè)多輸入、多輸出的過(guò)程，并在輸入與輸出之間存在著交叉的關(guān)聯(lián)和耦合?？刂葡到y(tǒng)之間存在耦合時(shí)，當(dāng)各控制參數(shù)設(shè)置不合適的時(shí)候會(huì)引起系統(tǒng)間的干涉振蕩，以至于系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。 （ 5） 用積分分離 PID控制算 法對(duì)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的研究 在標(biāo)準(zhǔn)的 PID控制算法中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，由于短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較大的偏差，加上系統(tǒng)本身的慣性和滯后，在積分項(xiàng)的作用下，往往引起系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)。 (2)協(xié)調(diào)鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，在負(fù)荷變化率較大時(shí)，能維持兩者之間的能量平衡，保證主蒸汽壓力穩(wěn)定。在機(jī)組主 /輔設(shè)備能力受到限制的異常情況下，可根據(jù)實(shí)際情況，限制或強(qiáng)迫改變機(jī)組負(fù)荷。 第三部分為協(xié)調(diào)子系統(tǒng)。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本策略 從不同的觀察角度，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的劃分不盡相同。環(huán)節(jié) F(x)為帶有死區(qū)的非線性環(huán)節(jié)有利于提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖 24 以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 汽輪機(jī)側(cè)同時(shí)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)功 +ULD 前饋、鍋爐側(cè)閉環(huán)調(diào)功 +ULD 前饋。若負(fù)荷變化超過(guò)規(guī)定，對(duì) )( NULDK ? 信號(hào)設(shè)置有 F(x)予以限制，以免機(jī)前壓力偏差 超過(guò)允許范圍。 三、機(jī)爐協(xié)調(diào) 控制方式 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式最早是在 20世紀(jì) 50 年代提出的，但其是在 60 年代末，隨著電動(dòng)液壓控制的發(fā)展而得到應(yīng)用。其原理圖如圖25 所示。超臨界參數(shù)鍋爐是指過(guò)熱器出口主蒸汽壓力超過(guò) MPa,理論上認(rèn)為 ,在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí) ,水的汽化會(huì)在一瞬間完成 ,即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在 ,也就是說(shuō)二者的各項(xiàng)參數(shù)不再有區(qū) 別。同時(shí) ,系統(tǒng)回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽以及過(guò)熱度不足的過(guò)熱蒸汽 ,以實(shí)現(xiàn)工 質(zhì)和熱量的回收。 （ 4）直流爐由于汽水是一次完成 的 ,因而不象汽包爐那樣。 （ 5）強(qiáng)烈的非線性是超臨界機(jī)組又一主要特征。由于超臨界直流爐的強(qiáng)非線性，常規(guī)的控制策略難以達(dá)到良好的控制效果。 二、超臨界機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性： 超臨界直流鍋爐對(duì)象特性的變化體現(xiàn)在汽水系統(tǒng)中，而制粉系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、汽輪機(jī)調(diào)門、汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)同汽包鍋爐是一致的。 2．燃料量階躍增加擾動(dòng) 在燃料量階躍增加擾動(dòng)下，各個(gè)輸出變量變化為：鍋爐各個(gè)受熱面吸熱增加，導(dǎo)致附加蒸發(fā)量增加，機(jī)組負(fù)荷上升，由于給水流量沒(méi)有增加，在附加蒸發(fā)量蒸發(fā)完畢后，蒸汽流量開(kāi)始降低，過(guò)熱汽溫上升，減溫水系統(tǒng)增加噴入減溫水流量以維持過(guò)熱汽溫 ，實(shí)際蒸汽量增加，機(jī)組負(fù)荷增加到與燃料量相對(duì)應(yīng)的水平；由于蒸汽量增加而汽輪機(jī)調(diào)門開(kāi)度不變，機(jī)前壓力上升至一定水平；由于燃水比增加，蒸發(fā)段提前，中間點(diǎn)溫度上升至一定水平。另外，由于沒(méi)有汽包的緩沖，超臨界鍋爐動(dòng)態(tài)特性受末端阻力的影響遠(yuǎn)比汽包式鍋爐大。對(duì)于汽包鍋爐，由于汽包的蓄熱較大，可利用汽包的蓄熱滿足汽輪機(jī)超調(diào)的需求，使主汽壓力不致產(chǎn)生過(guò)大波動(dòng)。其特性不但影響了鍋爐的出口壓力，而且由于壓力的變化引起了給水流量的變化，延長(zhǎng)了鍋爐側(cè)汽水流程的加熱段，導(dǎo)致了溫度的變化。從上面的分析可以看出，直流鍋爐的一次循環(huán)特性，使機(jī)組的主要控制參數(shù)功率、壓力、溫度均受到了汽機(jī)調(diào)門開(kāi)度、燃料量、給水量的影響。在亞臨界運(yùn)行工況下，給水具有加熱段、蒸發(fā)段與過(guò)熱段三大部分；而在超臨界運(yùn)行工況下，由于汽水的密度相同，水在瞬間轉(zhuǎn)化為蒸汽。由于燃水比變化時(shí)出口汽溫的響應(yīng)遲延很大，因此不能用出口汽溫來(lái)作為燃水比調(diào)節(jié)的反饋量。T 、給煤量 B、給水量 W ) 對(duì)功率 N、主汽壓 P、主汽溫 T、中間點(diǎn)焓值 H 的影響。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 16 頁(yè) 圖 28 某廠 1000MW 燃煤機(jī)組在 100%負(fù)荷上的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 一、 超臨界機(jī)組數(shù)學(xué)模型的建立 模型的選取與編碼 ??04 在 100 %負(fù)荷下的汽輪機(jī)調(diào)節(jié) 閥開(kāi)度 T? 、給水量 W、給煤量 B 作為辨識(shí)輸入數(shù)據(jù) , 主汽壓力 P、汽輪機(jī)實(shí)際輸出功率 N、由汽水分離器出口壓力 (中間點(diǎn)壓力 ) 和汽水分離器出口溫度 (中間點(diǎn)溫度 ) 經(jīng)華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程系開(kāi)發(fā)的水和水蒸汽 I APWS 97標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序計(jì)算得到的中間點(diǎn)焓值H 分別作為辨識(shí)輸出數(shù)據(jù)。本文使用的量綱為 : 功率 N: MW。 給水量 W:t /h。 X=wden(B,’rigrsure’,’s’,m’ln’,M, ’sym4’)。但由于受控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的精度不高、控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)方法不便于工程技術(shù)人員掌握等條件限制，目前直接按照多變量控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)理論進(jìn)行單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與綜合，還處于初級(jí)階段。解耦的本質(zhì)在于設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，用它去抵消過(guò)程中的關(guān)聯(lián)，以保證各個(gè)單回路控制系統(tǒng)能獨(dú)立工作。 y2=P。為了衡量系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性質(zhì)首先在所有其他回路均為開(kāi)環(huán)，即所有其他調(diào)節(jié)量都保持不變的情況下，得到開(kāi)環(huán)增益矩陣 P，這里記作： ?P?y 其中，矩陣 P 的元素 pij 的靜態(tài)值稱為 μj 到 yi 通道的第一放大 倍數(shù)。它是指利用閉合回路固定其他被調(diào)量時(shí) μj 到 yi 的開(kāi)環(huán)增益。 根據(jù)靜態(tài)相對(duì)增益，得到靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)的單回路控制系統(tǒng)如圖 31： 圖 31 根據(jù)靜態(tài)相對(duì)增益得到單回路控制系統(tǒng) 根據(jù)相對(duì)增益矩陣，可將該機(jī)組 100%負(fù)荷下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為如圖 32 形式： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 27 頁(yè) 圖 32 根據(jù)相對(duì)增益調(diào)整后的數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型 前饋補(bǔ)償解耦法 前饋補(bǔ)償法是自動(dòng)控制中最早出現(xiàn)的一種克服干擾的方法，同樣適用于解耦控制系統(tǒng)。 圖 34 對(duì)角矩陣法解耦控制系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 31 頁(yè) 將解耦器帶入上圖，發(fā)現(xiàn)： 0)GD( 211211211 ?? CMGD ；說(shuō)明 1y 。為計(jì)算南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 29 頁(yè) 出解耦器的數(shù)學(xué)模型，先寫出該系統(tǒng)的傳遞矩陣 G（ s）。元素 ij? 可以寫作： rryjijiijijij yyqp??? ??????? 上式即為 μj 到 yi 這個(gè)通道的相對(duì)增益，矩陣 ∧ 則稱為相對(duì)增益矩陣。顯然它就是除 μj 到 yi 通道以外，其他通道全部斷開(kāi)時(shí)所得到的 μj 到 yi 通道的靜態(tài)增益，可表為： rjiij y ?????