【正文】 古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 7 1．汽輪機調(diào)節(jié)汽門保持近似全開將會使進汽節(jié)流損失降低。 5．調(diào)峰停機后再啟動快，可降低啟動損耗。鍋爐主控制器自動，鍋爐調(diào)節(jié)器接受機前壓力定值的機前壓力反饋信號，根據(jù)偏差，調(diào)整燃料量，從而保證主汽壓力穩(wěn)定。為了減小主汽壓力的波動，以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以采用機前壓力的定值與機前壓力的反饋值之間的偏差信號，通過函數(shù)模塊內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 （死區(qū)特性），作用在汽機調(diào)節(jié)器的輸出端。如圖 14 所示。鍋爐主控制器自動，保證主汽壓，同時接受負荷指令的前饋信號；汽機主控制器自動，保證機組功率。 任何一種運行方式的選擇均要求所需要的子系統(tǒng)已被選 擇在自動方式；任何子系統(tǒng)的自動方式的切除，都將導(dǎo)致協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)到與之相適應(yīng)的自動級。 鍋爐主控 鍋爐定值通過鍋爐主控器設(shè)定，鍋爐主控器可根據(jù)不同的運行方式可以自動或手動。 3. 鍋爐跟隨方式，鍋爐主控器只能自動運行，它的輸入信號是壓力定值與汽輪內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 機閥位開度的乘積所代表的直接能量平衡信號。機組上的上述負荷需求信號要受到負荷限值（最大 /最小負荷限值及發(fā)生 RUN BACK、 RUN UP/RUN DOWN 等）對負荷需求設(shè)定值的限制，負荷指令的變化亦要受到人工設(shè)定速率或汽輪機熱應(yīng)力的限制。 圖 16 負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 與機組負荷相關(guān)的主要運行參數(shù)而引起強迫增（ RUN UP）、 強迫減（ RUN DOWN）；機組負荷超出了主、輔機的安全運行，這種迫降負荷既稱 RUN DOWN；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 當(dāng)上述各值超出各自運行的下限值時，則要發(fā)生迫升負荷，即 RUN UP。 3． 機組主控進行操作的內(nèi)容 （ 1） 選擇機組運行方式； （ 2） 設(shè)置機組需求負荷； （ 3） 設(shè)置負荷變動率； （ 4） 設(shè)置機組負荷最大 /最小值； （ 5） 電網(wǎng)調(diào)度信號的切換； （ 6） 電網(wǎng)頻率信號的切換。 2．當(dāng)選擇了汽輪機跟隨方式，汽輪機進汽壓力在設(shè)定值，實測進汽壓力與設(shè)定值相比較，其偏差經(jīng)汽輪機壓力控制器去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消除壓力偏差的目的。一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋和前饋回路不同進行分類。燃煤機內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 組的燃料量如采用給粉機轉(zhuǎn)速或給煤率等信號來直接測量，易受制粉系統(tǒng)延遲、煤質(zhì)變化等諸多干擾的影響。在 機跟爐系統(tǒng)中，機組輸出功率由鍋爐給定，汽輪機主汽門開度調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。若沒有考慮機爐對象的耦合性，系統(tǒng)品質(zhì)會不理想；若調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不當(dāng)，可能會使系統(tǒng)振蕩、不穩(wěn)定。只有通過合理的簡化與近似處理，采用理論建模或?qū)嶒灥姆椒?，才能建立起滿足一定精度要求的動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型。 WNT 和 WNB分別為發(fā)電機實發(fā)功率對調(diào)門開度和燃料量的傳遞函數(shù)； WPT 和WPB分別為機前壓力對調(diào)門開度和燃料量的傳遞函數(shù)。 在此基本假設(shè)條件下，單元機組受控過程動態(tài)特性可由下式表示： ??????? )()( )()()( SWSW SWSWSW NTPB PTNB內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 單元機組負荷控制 對象的階躍響應(yīng)特性如圖 22 所示： 圖 22 階躍響應(yīng)特性圖 單元機組動態(tài)特性分析： 1．燃燒率 B? 擾動下，主蒸汽壓力 P 和輸出功 N 的動態(tài)特性如下： 當(dāng)汽輪機調(diào)門開度不變，而 B? 發(fā)生階躍擾動時，主蒸汽壓力 P 和輸出電功率 N 的響應(yīng)曲線如圖 22（ a）所 示。由于蒸汽流量的增加使汽輪機輸出功率增加，輸出電功率 N 也增加。由于燃燒率保持不變，所以蒸發(fā)量也不變。最終，輸出功率 N 也隨蒸汽流量恢復(fù)到擾 動前的數(shù)值。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計時，主要針對一個雙輸入、雙輸出的受控對象。 2．由于鍋爐的熱慣性比汽輪發(fā)電機組的慣性大得多，使得輸出被控量 TP? 和 N?對于 B? 的響應(yīng)速度十分接近，表現(xiàn)為傳遞函數(shù)矩陣中 )(SGPB 與 )(SGNB 之間十分相似的特性。因而，利用汽輪機調(diào)節(jié)門控制機組輸出功率的方法只是一種有限的、暫態(tài)的策略。如前所述，單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，把機爐作為一個整體，針對機爐對象的特性，運用反饋、前饋、補償以及多變量解耦等控制理論方法，構(gòu)成功能完備、結(jié)構(gòu)簡單可靠的控制系統(tǒng)。 解耦方法簡介 控制系統(tǒng)解耦的基本原理是設(shè)置一個合理的補償網(wǎng)絡(luò)，分全解耦和單向解耦，所謂全解耦，對于雙變量來說，簡單的來說就是指兩個輸入信號對控制對象能夠分別控制，能夠完全的解除系統(tǒng)之間的耦合，實現(xiàn)完全單相控制；而單相解耦通過補償網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)一個變量的單相控制，不能完全解除系統(tǒng)中的耦合，在實際生產(chǎn)過程中能夠得到比較滿意的控制效果。（ 4）單向解耦 1．串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu) 以雙輸入雙輸出系統(tǒng)為例，在被控對象的輸入側(cè)串聯(lián)一個補償網(wǎng)絡(luò)，如圖 32 所內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 18 示，這種補償方式稱之為串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu)。 2．帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前的補償結(jié)構(gòu)，這種解耦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。12R 、 39。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖34 所示。 由解耦網(wǎng)絡(luò) A 組成反饋解耦回路，由于調(diào) 節(jié)器輸出向量 U 和擾動向量 M 具有相同通道。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 35 反饋補償控制系統(tǒng)框圖 所以不難看出： 圖 36 反饋解耦系統(tǒng)等效框圖 1()eA I A =+ 由于 ： ee WAW ?? 則： )( AIWW e ?? 其中， We—解耦后等效對象傳遞矩陣。這不僅使之實現(xiàn)有困難，而且當(dāng)對象中的參數(shù)變化而造成數(shù)學(xué)模型的改變時，可能造成系統(tǒng)開環(huán)不穩(wěn)定，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 從而帶來控制上的困難。1 ykyy ?? 21239。 由此可得： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 23 ?????????1121222121wwkwwk （ 314） 則有： ???????????????????????112112222221121139。以雙輸入雙輸出系統(tǒng)為例，如果系統(tǒng)中某一側(cè)擾動對另一側(cè)系 統(tǒng)輸出的影響較小，可忽略不計，或者受干擾側(cè)控制回路消除干擾的能力較強，就可以考慮采用單向解耦，省去其中的一個補償器。 根據(jù)解耦理論，針對 給定的 125MW 單元機組數(shù)學(xué)模型特點和實際生產(chǎn)情況， 分析數(shù)學(xué)模型動態(tài)特性， 采用串聯(lián)后補償解耦方法，對系統(tǒng)進行單 向 解耦，設(shè)計的基本步驟為： (1) 設(shè)計系統(tǒng)解耦框架圖； (2) 計算合理的補償網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)； (3) 做不帶調(diào)節(jié)器系統(tǒng)解耦后仿真響應(yīng)曲線； (4) 初步分析解耦效果 ； (5) 系統(tǒng)加調(diào)節(jié)器，分析設(shè)計效果。對于系統(tǒng)調(diào)節(jié)器而言，等效為： ??????? 2211)(00 WWW s （ 48） 其中 2221121121121111 G GGGGRGW ???? （ 49） 1121122212212222 G GGGGRGW ???? （ 410） 帶入?yún)?shù)可解得：解耦矩陣傳遞函數(shù)為： ??????? 11 1221 RRC （ 411） SSSSSSSSSSGGR 77 6)112)(182(1124)(223112121 ?????????????? （ 412） )180()183(122221212 ???????SSGGR （ 413） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 26 2．單向解耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)置 由式（ 412）我們可以看到， 在解耦矩陣傳遞函數(shù)中， 21R 不穩(wěn)定， 實現(xiàn)完全解耦時， k2的值相當(dāng)復(fù)雜，而且物理上也不易實現(xiàn)。 由上訴理論可知 ,解耦后 ,被控對象等效傳遞矩陣如下所示 ： ???????????? ?????????????????? 39。 圖 43 閥門開度作用下的功率輸出曲線 當(dāng)只有閥門開度單獨作用時，主汽壓力的輸出曲線如 圖 44 所示。從 4 44 可以看出，功率和主汽壓力內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 29 的 變化不是完全的成比例，因為 鍋爐的蓄熱量大小 有一定的影響 。增加鍋爐的燃燒率，必定使鍋爐蒸發(fā)受熱面的吸熱量增加，汽壓經(jīng)過遲延后逐漸升高。當(dāng)蒸汽流量不變時，輸出電功率也趨于一個較高的新穩(wěn)態(tài)值，具有自內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 30 平衡能力。系統(tǒng)解耦就是基于這樣一個理論。 3. 仿真曲線分析 當(dāng)只 有功率 設(shè)定值擾動 時 ， 閥門開度動作時，系統(tǒng) 的輸出曲線如 圖 4 49 所內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 當(dāng)只有 主汽壓力 設(shè)定值擾動 ，燃煤量動作 時， 系統(tǒng) 的輸出曲線如 圖 4 411所示 。 圖 412 閥門開度和燃煤量同時作用下功率輸出曲線 當(dāng)閥門開度和燃煤量同時加大時，功率必然增加，而且從上圖可以看出，這種增加要比當(dāng)閥門開度或和燃煤量 單獨增加來的更快、達到的峰值要比閥門開度或和燃煤量單獨增加大，在 130 秒左右達到峰值 ，因為 閥門開度和燃煤量 同時 作用，由于系統(tǒng)不能完全解耦， 有一定的疊加性。顯然，如果控制對象的運行方式不當(dāng)，或者系統(tǒng)設(shè)計方案不合理，測量儀表和調(diào)節(jié)機構(gòu)選型不當(dāng)，安裝質(zhì)量不高等，則無論怎樣整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，也不能滿足調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求。但問題是計算方法要以控制對象的動態(tài)特性為依據(jù)，而動態(tài)特性測取時含有不精確性，更難以處理的是在工況變動時，對象的動態(tài)特性可能發(fā)生變化。但是現(xiàn)場整定也要在正確的理論指導(dǎo)下才能有效進行并解決所能發(fā)現(xiàn)的問題，若事先不經(jīng)過任何理論計算和分析，盲目地實踐可能會延誤時機，甚至帶來麻煩。這時控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶 k? 以及振蕩周期 kT ，然后根據(jù)經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，可以看出臨界比例帶法無須知道對象的動態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進行參數(shù)整定。 （ 3） 根據(jù)記錄曲線的振蕩周期 kT 此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為 k? ，然后按表 41計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。 衰減曲線法的具體步驟是： （ 1） 置調(diào)節(jié)器的積分時間 iT?? ，微分時間 0dT? ，比例帶 ? 為稍大的值；將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。在曲線上求取 ?? 時的振蕩周期 sT 或?? 時的上升時間 st ，按表 42 計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。對于三參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律，由于微分作用的引入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性，因此可將 s? 減小至 ? 后作為調(diào)節(jié)器比例帶設(shè)定值，同時積分時間與無微分作用下相比也適當(dāng)減小了。對無自平衡能力對象，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖 411（ b）所示。對于采用比例積分調(diào)節(jié)，積分作用的加入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，因此比例帶 ? 為純比例作用時的比例帶值的 倍；對于采用比例積分微分調(diào)節(jié)，則因微分作用提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此比例帶 ? 可為純比例作用比例帶的 倍。 4． 經(jīng)驗法 通過長期實踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗，稱之為經(jīng)驗法。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，穩(wěn)定后做階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，若過渡過程有希望的衰減率（ ~ ? ? ）則可，否則改變比例帶 ? 值，重復(fù)上述試驗。保持比例帶不變修改積分時間，同樣反復(fù)試湊直到滿意為止。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律要比比例調(diào)節(jié)或積分調(diào)節(jié)都要優(yōu)越可以發(fā)揮各自的特長，彌補各自的不足。 系統(tǒng)響應(yīng)會有明顯的改善。 仿真曲線分析： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 40 當(dāng)只有 功率 設(shè)定值 擾動，閥門開度動作 時， 系統(tǒng) 的輸出曲線如 圖 41 418 所示。 圖 419 主汽壓力 設(shè)定值擾動燃煤量 動作下 功率輸出曲線 圖 420 主汽壓力 設(shè)定值擾動燃煤量 動作下 主汽壓力輸出曲線 當(dāng)只有 主汽壓力設(shè)定值擾動， 燃煤量單獨 作用 而閥門開度沒有動作時， 主汽壓力無疑會隨加熱增加而增加。 當(dāng)閥門開度和燃煤量設(shè)定值同時作用時，功率的輸出曲線如 圖 421 所示。 圖 422 閥門開度和燃煤量設(shè)定值同時擾動下的主汽壓力