【正文】 ......................... 92 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（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 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。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。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。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。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(xiě)的成果作品。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。 關(guān)鍵詞 ： 協(xié)調(diào)控制 解耦控制 PID 控制 積分分離 PID 控制 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title The Analysis And Design of the Coordinated Control System of the Supercritical Unit Abstract The coordinated control system of boilerturbine is a plicated multivariable control object, and it has some characters such as nonlinear, timevarying parameters and large delay。Again, through the calculation of relative gain mathematical model, the result shows that ,this system is based on turbine follow coordinated control system 。 PID controller。 目前，超臨界機(jī)組是我國(guó)新 建或擴(kuò)建火力發(fā)電廠的主流機(jī)組，隨著越來(lái)越來(lái)多的大容量、高參數(shù)機(jī)組的投運(yùn)，現(xiàn)代化電力生產(chǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性要求的提高，使其自動(dòng)化水平也得到了很大的提高，自動(dòng)化已經(jīng)在生產(chǎn)過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。因此，需要對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象特性及控制策略進(jìn)行深入研究。對(duì)單元機(jī)組來(lái)說(shuō)，也就是對(duì)其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了更高的要求。因此，設(shè)計(jì)合理適用的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)方案、改造不同容量的新老機(jī)組是迫切需要解決的實(shí)際問(wèn)題。另一種是從能量平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為直接能量平衡 (DEB)和間接能量平衡系統(tǒng) (IEB)兩大類(lèi)。通過(guò)構(gòu)造出能量平衡信號(hào)，并以此直接控制能量輸入的系統(tǒng)，稱(chēng)為直接能量平衡系統(tǒng) ??01 。因此無(wú)法考慮系統(tǒng)的不確定性擾動(dòng)、非線(xiàn)性等因素。 (3)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定一般基于特定的工作點(diǎn)線(xiàn)性化處理，沒(méi)有考慮動(dòng)態(tài)非線(xiàn)性及大范圍適應(yīng)性等。Braun 公司的 Symphony 分散控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制方案采用以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的 IEB 控制方案 ??03 。 山西陽(yáng)泉二電廠 3 號(hào)機(jī)組采用了 SIEMENS 公司的 TelepermXp 分散控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用 SIEMENS 的控制策略，該系統(tǒng)以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)，并綜合采用了各種前饋控制方案功率調(diào)節(jié)和主汽壓力調(diào)節(jié) 由機(jī)爐作為統(tǒng)一整體來(lái)共同完成??07 。對(duì)于日本的南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 4 頁(yè) 日立公司的 HAICS1000 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)，從能量的角度來(lái)看它以功率指令信號(hào)作為前饋，所以它也是能量間接平衡系統(tǒng) (IEB)。從前饋回路的設(shè)計(jì)不同，可分為按指令信號(hào)間接平衡 (IEB)的系統(tǒng)和直接能量平衡 (DEB)的系統(tǒng)。 （ 3） 對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行解耦研究 由以上的分析可知，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是以鍋爐燃料量、汽輪機(jī)閥門(mén)開(kāi)度、給水量為輸入，鍋爐主蒸汽壓力、機(jī)組實(shí)際發(fā)電功率、中間點(diǎn)焓值為輸出的多變量系統(tǒng)。 （ 4） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制器的選型與 參數(shù)整定 以機(jī)爐為被控對(duì)象的多變量系統(tǒng)經(jīng)解耦后，可作為單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。由于本次課程設(shè)計(jì)所選用的數(shù)學(xué)模型的階次較低，在采用積分分離 PID控制算法時(shí)，只能顯著的降低超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間幾乎與標(biāo)準(zhǔn) PID控制算法的一致。在負(fù)荷變化過(guò)程中使機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)在允許的工作范圍內(nèi)，以確保機(jī)組有較高的效率和可靠的安全性。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 7 頁(yè) 圖 22 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成 協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)主要由三部分組成： 第一部分為機(jī)組指令處理回路，用以協(xié)調(diào)機(jī)組能力與電網(wǎng)需求的平衡，根據(jù) AGC 指令或本機(jī)的運(yùn)行人員指令（目標(biāo)指令），經(jīng)運(yùn)算處理，給出在幅值大小和變化率均為機(jī)組可能接受的實(shí)際機(jī)組功率指令 ULD（ Unit Load Demand）。對(duì)主控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各子控制系統(tǒng)均相當(dāng)于伺服系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。 一、以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 這種協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在鍋爐跟隨控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的環(huán)節(jié)形成的，原理如圖 23 所示： 圖 23 以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 正常運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)側(cè)閉環(huán)調(diào)功、鍋爐側(cè)閉環(huán)調(diào)壓 +ULD 前饋。死區(qū)的大小決定了蓄能的利用，兼顧負(fù)荷適應(yīng)性與運(yùn)行穩(wěn)定性，斜率的選擇取決于壓力偏差動(dòng)態(tài)校正的速度。汽輪機(jī)側(cè) PI 調(diào)節(jié)器輸入為 ? ? TPNULDKP ??? )(s ，可理解為負(fù)荷變化（增加）時(shí)，動(dòng)態(tài)改變（降低）了壓力定值，以放出蓄能。 （ 2）內(nèi)擾時(shí)擾動(dòng)單向補(bǔ)償設(shè)計(jì)交叉環(huán)節(jié) F(x)，使之滿(mǎn)足)(W )(WK(s) NBPB ss? 則理論上基本消除了爐對(duì)機(jī)的影響，實(shí)際中一般取NBPBKKK? 這樣，燃料擾動(dòng)（增加）時(shí)，功率信號(hào)（增加）抑制了汽輪機(jī)控 制回路由于機(jī)前壓力（增加）要開(kāi)大閥門(mén)的動(dòng)作，減少了功率的波動(dòng)，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，負(fù)荷指令同時(shí)送到機(jī)、爐主控制器，對(duì)汽輪機(jī)和鍋爐發(fā)出負(fù)荷 控制指令，改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和鍋爐的燃燒率，利用鍋爐的蓄能快速響應(yīng)負(fù)荷需求，同時(shí)通過(guò)改變?nèi)紵蕪亩淖冞M(jìn)入鍋爐的能量，保持機(jī)組輸入能量與輸出能量的平衡。在分析和研究超臨界機(jī)組的控制策略之前，我們首先需要分析和研究超臨界機(jī)組的對(duì)象特性。隨著鍋爐朝著大容量參數(shù)的方向發(fā)展 ,超臨界機(jī)組日益顯示其諸多優(yōu)點(diǎn) ,不僅煤耗大大降低 ,排污量也相應(yīng)減少 ,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。這要求控制系統(tǒng)更為嚴(yán)格保持各種比值的關(guān)系 (如給水量 /蒸汽量、燃料量/給水量及噴水量 /給水量等 )。當(dāng)燃水比失去平衡時(shí) ,利用汽包中的存水和空間容積暫時(shí)維持鍋爐的工質(zhì)平衡關(guān)系 ,以保持各段受熱面積不變。超臨界機(jī)組實(shí)際運(yùn)行在超臨界和亞臨界兩種工南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 況下，在亞臨界運(yùn)行工況給水具有加熱段、蒸發(fā)段與過(guò)熱段三大部分，在超臨界運(yùn)行工況汽水的密度相同，水在瞬間轉(zhuǎn)化為蒸汽，因此超臨界運(yùn)行方式和亞臨界運(yùn)行方式機(jī)組具有完全不同的控制特性，超臨界機(jī)組是一種特性復(fù)雜多變的被控對(duì)象，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化。 發(fā)展超臨界機(jī)組已成為我國(guó)電力行業(yè)的主要方向之一。各種擾動(dòng)下輸出的響應(yīng)曲線(xiàn)如圖 26 所示。 (a)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度擾動(dòng)； (b)然料量擾動(dòng)； (c)給水流量擾動(dòng) 圖 26 超臨界直流鍋爐動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn) 三、超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制特點(diǎn) 1．機(jī)、爐控制耦合 汽輪機(jī)和鍋爐之間的非線(xiàn)性耦合是超臨界機(jī)組難點(diǎn)之一，常規(guī)的控制系統(tǒng)難以達(dá)到好的控制效果。例如當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)器會(huì)增大汽機(jī)主蒸汽閥開(kāi)度，增大汽輪機(jī) 進(jìn)汽量，由于鍋爐的響應(yīng)速度較慢，無(wú)法及時(shí)產(chǎn)生足夠蒸汽，從而使機(jī)前壓力降低，阻礙了汽輪機(jī)進(jìn)汽量進(jìn)一步增大。 直流鍋爐汽水一次性循環(huán)特性，使超臨界鍋爐動(dòng) 態(tài)特性受末端阻力的影響遠(yuǎn)比鍋筒式鍋爐大。 、溫度、功率的影響 當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，由于加熱段、蒸發(fā)段延長(zhǎng)而推出一部分蒸汽，因此開(kāi)始?jí)毫凸β适窃黾拥?，但由于過(guò)熱段縮短使汽溫下降，最后雖然蒸汽流量增加但壓力和功率還是下降，汽溫經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲后單調(diào)下降，最后穩(wěn)定在一個(gè)較低的溫度上。 2．非線(xiàn)性特性強(qiáng) 超臨界機(jī)組采用超臨界參數(shù)的蒸汽 ,其機(jī)組的運(yùn)行方式采用滑參數(shù)運(yùn)行，機(jī)組在大范圍的變負(fù)荷運(yùn)行中，壓力運(yùn)行在 10MPa~。因此在超臨界運(yùn)行方式和亞臨界運(yùn)行方式機(jī)組具有完全不同的控制特性，是復(fù)雜多變的被控對(duì)象，遠(yuǎn)比常規(guī)的亞臨界機(jī)組難于控制。 超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 超臨界單元機(jī)組可以看成一個(gè)三輸入三輸出的多變量調(diào)節(jié)對(duì)象 , 如圖 27所示。給水量對(duì)汽輪機(jī)功率影響不大也可忽略不計(jì)。為了滿(mǎn)足可辨識(shí)性 , 辨識(shí)數(shù)據(jù)是從長(zhǎng)期記錄的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中選取汽機(jī)輸出功率在 100 %工況附近小范圍變化的一段。 中間點(diǎn)焓值 H: kJ/kg 。數(shù)據(jù)的去噪采用軟閾值處理方法。 汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度 T? 階躍變化 +1%響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖 29 所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 19 頁(yè) (a)功率響應(yīng)曲線(xiàn) (a) 壓力響應(yīng)曲線(xiàn) 圖 29 汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度階躍變化 +1%響應(yīng)曲線(xiàn) 給煤量 B 階躍變化 +1t/h 響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖 210 所示 (a) 功率響應(yīng)曲線(xiàn) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 20 頁(yè) (b) 壓力響應(yīng)曲 線(xiàn) (c) 中間點(diǎn)焓值響應(yīng)曲線(xiàn) 圖 210 給煤量階躍變化 +1t/h 響應(yīng)曲線(xiàn) 通過(guò)圖 210 與圖 26 的比較發(fā)現(xiàn)，此處選擇的數(shù)學(xué)模型的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)與超臨界機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性基本有一致，是符合超臨界協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 當(dāng)回路間存在嚴(yán)重耦合時(shí)，即使采用最好的回路匹配也得不到滿(mǎn)意得控制效果。 ???????????????????????????????WBGGGGGGGHPN T?3332232221121100 1211 BGG ?? TN ? 232221 BG WGGP T ??? ? 3332 WG?? BGH 1)s1 ) ( 5 4 . 8 7 8 38 9 9 ( 1 5 7 . 6 9 4 2 s)s(G 11 ??? s )10 8 4 2 8)(17 7 0 )(14 7 7 ( 1 9 0 )(12 ???? ssssG )17 9 5 )(13 0 2 0 5( 2 1 2 )(21 ???? ssG )15 3 8 0 1)(12 9 6 ( 3 0 2 )s(22 ??? ssG )17 5 4 0 5)(12 9 2 )(10 3 1 ( 5 3 1 )(23 ???? sss ssG 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 22 頁(yè) )13 1 2 )(14 4 6 )(17 5 2 4 5( 9 3 8 ???? sssG )12 9 8 )(15 2 5 )(18 2 0 ( 9 9 2 ??? ?? sssG 一、 三輸入三輸出的相對(duì)增益 相對(duì)增益：是一個(gè)尺度，用來(lái)衡量一個(gè)預(yù)先選定的調(diào)節(jié)量 μj 對(duì)一個(gè)特定的被調(diào)量 yi 的影響。μ2=B。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 ?????p 然后，在所有其他回路均閉合，即保持其他被調(diào)量都不變的情況下，找出各通道的開(kāi)環(huán)增益，記作矩陣 Q。元素 ij? 可以寫(xiě)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(chēng)為相對(duì)增益矩陣。為計(jì)算南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 29 頁(yè) 出解耦器的數(shù)學(xué)模型，先寫(xiě)出該系統(tǒng)的傳遞矩陣 G（ s