【正文】 文首先介紹了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案；其次，對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的影響因素進行了總結(jié)，分析了超臨界機組的動態(tài)特性以及超臨界機組在 100%負荷下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型；再次，通過對該超臨界機組數(shù)學(xué)模型相對增益的計算，結(jié)果表明，該系統(tǒng)是以汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；然后，分別采用前饋解耦和對角陣解耦兩種方法對超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行了仿真研究， 比較解耦后與解耦前以及等效單回路的階躍響應(yīng)曲線；最后，對機組的控制效果進行改進，利用積分分離 PID 控制算法對超臨界機組 100%負荷模型進行了仿真研究，并與常規(guī) PID控制算法進行了比較，結(jié)果表明：積分分離 PID 控制算法比常規(guī) PID 控制算法能夠顯著降低系統(tǒng)的超調(diào)量，使系統(tǒng)更趨與穩(wěn)定運行。 Secondly, summarizes the influence of factors of coordination control system ， analyzes the dynamic characteristic of supercritical unit in 100% load and supercritical unit under the dynamic mathematical model 。 Decoupling。而現(xiàn)階段 300MW、 600MW 等大容量、高參數(shù)、單元制機組已經(jīng)成為火力發(fā)電的主力機組， 1000MW 也已陸續(xù)投入生產(chǎn)。而且機、爐耦合嚴重，機、爐響應(yīng)特性差異巨大，精確的數(shù)學(xué)模型難于得到，常規(guī)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略遠遠不能滿足電網(wǎng)對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的要求。電網(wǎng) AGC 控制對單元機組提出了深度調(diào)峰的要求。即使是大容量的新機組，其 CCS 的投入水平也往往不能適應(yīng)電網(wǎng) AGC 的要求。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的 研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng)意義上的協(xié)調(diào)控制有兩種劃分方式 :一種是根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)按照機跟爐或爐跟機的方式來劃分。通過控制間接參數(shù)來維持整個機組能量平衡的系統(tǒng)，稱為間接能量平衡系統(tǒng)。這種設(shè)計是基于靜態(tài)的近似解禍。因此很難在快速的汽輪機控制回路和相對較慢的鍋爐控制回路之間達到快速的能量平衡。 廣東沙角發(fā)電廠 A 廠 3 號機組采用德國 Hartmannamp。山東十里泉電廠 6 號和 7 號機組采用美國西屋公司的 WDPF 分散控 制系統(tǒng)作為硬件平臺 ，協(xié)調(diào)控制方式采用直接能量平衡 (DEB)的思想 ,以爐跟機為基礎(chǔ) ??06 。N 公司首先發(fā)明了 DEB 的控制方案，其協(xié)調(diào)控制方式基本以DEB 為主而美國的 FOXBORO 公司的協(xié)調(diào)方案也是以 DEB 為主。由于純粹的機跟爐和爐跟機系統(tǒng)都有較大的缺點，所以，在單元機組中一般都加入前饋補償信號作為機爐彼此協(xié)調(diào)動作的聯(lián)系。由于直流鍋爐單元機組就是三輸入三輸出的被控對象，在進行解耦及解耦器的設(shè)計過程中會比較復(fù)雜，因此有必要對傳遞函數(shù)進行簡化，傳遞函數(shù)的微分環(huán)節(jié)具有快速隨動性，因此解耦的過程中可將其忽略，從而化簡的解耦的過程。所以，分析控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，減弱系統(tǒng)間的耦合，是系統(tǒng)設(shè)計的一個重要內(nèi)容。采用積分分離 PID控制算法后，設(shè)置積分分離閥值 0E ,對于大于 0E 的部分不進行積分作用，這樣就顯著降低了被調(diào)量的超調(diào)量，縮短了調(diào)節(jié)時間。 (3)協(xié)調(diào)機組內(nèi) 部各子系統(tǒng)（燃料、送風(fēng)、爐膛壓力、給水、蒸汽溫度等控制系統(tǒng)）的平衡。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 21 圖 21 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般由協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)及與協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)相關(guān)的鍋爐汽機控制子系統(tǒng)組成，如圖 22。協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)輸出的鍋爐指令和 汽輪機指令，分別控制鍋爐、汽輪機的各子系統(tǒng) — 燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、給水、噴水 …… 以及汽輪機閥位。但最常用的有兩種： 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分，主要有以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、以汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽機機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)； 按能量平衡關(guān)系，主要有間接能量平衡系統(tǒng)（ IEB）和直接能 量平衡系統(tǒng)（ DEB）。若負荷變化速度過快或燃料擾動過大，造成機前壓力偏差超過 F(x)的不靈敏區(qū)Δ 時，汽輪機側(cè)即由調(diào)功率轉(zhuǎn)入壓力拉回方式，確保壓力波動在規(guī)定的死區(qū)范圍之內(nèi)。為了克服單純汽輪機跟隨 控制方式時負荷響應(yīng)慢及功率波動大的缺點，在汽輪機側(cè)同時加入了功率偏差信號，分析入下： （ 1）外擾時的蓄能應(yīng)用功率指令同時送機、爐兩側(cè)，合理利用鍋爐蓄能，提高了機組的負荷響應(yīng)。F(x)模塊的斜率 K，就是一個外擾動態(tài)過程鍋爐蓄能利用程度參數(shù)。不管是爐跟隨還是機跟隨控制方式，都是采取機爐分工、先后動作的配合方式，而對于變動負荷的機組負荷控制，必須遵循負荷協(xié)調(diào)控制原則的協(xié)調(diào)控制方式。 圖 25 單元機組機爐協(xié)調(diào)控制方式 超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點 由于不存在汽包的緩沖，超臨界直流鍋爐的熱水段、蒸發(fā)段和過熱段之間沒有固定界限，水汽轉(zhuǎn)換一次性完成，所以具有很多與亞臨界汽包鍋爐不一樣的對象特性 ，而這些特性與機組的運行方式及控制策略密切相關(guān)。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等 ,在超臨界壓力下無法維持自然循環(huán) ,因此超臨界鍋爐必須是直流鍋爐。 （ 2）超臨界直流爐沒有汽包環(huán)節(jié) ,給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成過熱蒸汽是一次性連續(xù)完成的 ,隨著運行工況不同 ,鍋爐將運行在亞臨界或超臨界壓力下 ,蒸發(fā)點會自發(fā)地在一個或多個加熱區(qū)段內(nèi)移動 ,汽水之間沒有一個明確的分界點。汽包在運行中除作為汽水分離器外 ,還作為燃水比失調(diào)的緩沖器。超臨界機組采用超臨界參數(shù)的蒸汽，其機組的運行方式采用滑參數(shù)運行，機組在大范圍的變負荷運行中，運行壓力 1025 MPa 之間。因此需要大量采用變參數(shù) PID，變結(jié)構(gòu)控制策略，以保證在各個負荷點上控制系統(tǒng)具有良好的效果。當風(fēng)煙系統(tǒng)特性忽略后，仍然可以將超臨界直流爐劃分為制粉環(huán)節(jié)和鍋爐核心環(huán)節(jié)，只不過鍋爐核心環(huán)節(jié)是三入三出的。 3．給水流量階躍增加擾動 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 在給水流量階躍增加擾動下，各個輸出變量變化為：給水流量增加導(dǎo)致附加蒸發(fā)量增加，機組負荷先上升，由于過熱段吸熱減少導(dǎo)致過熱蒸汽溫度下降，減溫水系統(tǒng)減少噴入減溫水流量以維持過熱汽溫，最終使負荷恢復(fù)到原來水平；同樣由于附加蒸發(fā)量增加，使機前壓力先增加，由于減溫水流量減少，最終恢復(fù)到原來水平；由于燃水比減小，蒸發(fā)段延后，中 間點溫度下降至一定水平。主汽閥開度一方面控制汽輪機功率，一方南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 面改變了鍋爐的被控特性，這和汽包鍋爐的情況不同。對采用直流鍋爐的超臨界機組而言，由于鍋爐的蓄熱相對較小，難以按足汽輪機的需求，從而使主汽壓力大幅度變化，降低了控制質(zhì)量。 、溫度、功率的影響 燃料發(fā)生變化時，由于加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋爐儲水量減少，在燃燒率擾動后經(jīng)過一個較短的延遲蒸汽量會向增加的方向變化，當燃燒率增加時，一開始由于加熱段蒸發(fā)段的縮短而使蒸發(fā)量增加，也使壓力、功率、溫度增加。從而也說明直流鍋南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 爐是一個三輸入 /三輸出相互耦合關(guān)聯(lián)極強的被控特性。由于超臨界和亞臨界區(qū)工質(zhì)物性的巨大差異，以及不同燃燒率下鍋爐蒸發(fā)段（或相變點）位置的遷移等因素的影響，機組的動態(tài)特性參數(shù)也大幅度變化，使超臨界機組呈現(xiàn)很強的非線性特性和變參數(shù)特性。與汽包鍋爐機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，超臨界機組給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型繁多，但現(xiàn)有控制方案仍各有不足，不能滿足變壓運行與大范圍負荷變化的要求。 圖 27 超臨界機組控制系統(tǒng)的輸入、輸出 由于汽機閥門開度對中間點焓值影響很小可以近似忽略。 ???????????????????????????????WBGGGGGGGHPN T?3332232221121100 （ 7） 根據(jù)熱工過程階躍響應(yīng)曲線和超臨界機組動態(tài)特性 、(s)G11 、(s)G12 、(s)G21 、(s)G22 、(s)G23 、(s)G32 (s)G33 為： )1)(1( K( s ) 21 111 ??? sTsT sG (8) )1)(1)(1( K( s ) 543 212 ???? sTsTsTG (9) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 )1)(1( K( s ) 76 321 ??? sTsTG (10) )1)(1( K( s ) 98 422 ??? sTsTG (11) )1)(1)(1( sK( s ) 121110 523 ???? sTsTsTG (12) )1)(1)(1( K( s ) 151413 632 ???? sTsTsTG (13) )1)(1)(1( K( s ) 181716 733 ???? sTsTsTG (14) 本文辨識所用到 G(s) 的數(shù)據(jù)均來自某 1 000MW 超臨界機組運行的實際現(xiàn)場熱工數(shù)據(jù)。 主汽壓力 P: MPa 。對各組數(shù)據(jù)進行去噪處理后通過編程對被控對象進行多變量系統(tǒng)的整體辨識。 采用上述自適應(yīng)遺傳系統(tǒng)辨識方法進行辨識，辨識結(jié)果為： BestS=, , , , , , , , 45,8783, , , , , , , , , , , , , , , , 即 100%負荷下的傳遞函數(shù)為： 1)s1 ) ( 5 4 . 8 7 8 38 9 9 ( 1 5 7 . 6 9 4 2 s)s(G 11 ??? s （ 15） )10 8 4 2 8)(17 7 0 )(14 7 7 ( 1 9 0 )(12 ???? ssssG （ 16） )17 9 5 )(13 0 2 0 5( 2 1 2 )(21 ???? ssG （ 17） 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 )15 3 8 0 1)(12 9 6 ( 3 0 2 )s(22 ??? ssG （ 18） )17 5 4 0 5)(12 9 2 )(10 3 1 ( 5 3 1 )(23 ???? sss ssG （ 19） )13 1 2 )(14 4 6 )(17 5 2 4 5( 9 3 8 ???? sssG （ 20） )12 9 8 )(15 2 5 )(18 2 0 ( 9 9 2 ??? ?? sssG （ 21） 分別對汽機調(diào)門開度階躍變化 +1，給煤量階躍變化 +1t/h,則在 100%工況下功率、主汽壓力、中間點焓值 輸出響應(yīng)分別如圖 2 210 所示。但隨著多變量控制技術(shù)的發(fā)展與完善及計算機控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用 ，這一問題將逐步得到解決。 下面我們以某廠 1000MW 超臨界機組在 100%負荷下協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的三輸入（汽輪機調(diào)門開度 μT、給煤量 B、給水量 W）三輸出 (功率 N、主汽壓 P、主汽溫 T、中間點焓值 H)的數(shù)學(xué)模型進行解耦控制。 y3=H)的列向量， μ 是包含所有調(diào)節(jié)量 μj(μ1 =μT 。它是指調(diào)節(jié)量 μj 改變了一個 ?? 時，其他調(diào)節(jié)量 r? （ r j? ）均不變的情況下， μj 與 yi 之間通道的開環(huán)增益。 qij可以表為： ryjiy????ijq 有了矩陣 P 和 Q，取它們相應(yīng)元素的比值構(gòu)成新的矩陣 ∧ 。圖所示為應(yīng)用前饋補償器來解除系統(tǒng)間耦合的方法，假定從 T? 到1c? 通 路中的補償器為 11D ，從 W 到 2c? 通路中的補償器為 23D ,從 B 到 2c? 通路中的補償器為 22D ,從 B 到 3c? 通路中的補償器為 32D ,利用補償原理得到圖 33： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 28 頁 圖 33 前饋補償法解耦控制系統(tǒng) ???????????????0GD0G0GD0GD333232121111212323212222GGDGG 由上四式可分別解出補償器的數(shù)學(xué)模型： 1)s8 7 8 )(19 9 9 s3 . 1 9 0 4 ( 8 . 8 1)( 1 2 8 . 0 8 4 7 s)17 7 0 )(14 7 7 (6 9 4 5 7121111 ?? ??????? sssGGD )15 3 8 )(12 9 6 (2 1 2 )17 9 5 )(13 0 2 (3 0 2 ?? ????? ss ssGGD ))()(( ))(( ??? ????? sss sssGGD 1)s1 ) ( 7 5 . 3 1 2 1s1 ) ( 3 0 . 4 4 6 6. 7 5 2 7 s4 . 9 9 2 5 ( 1 4 5 1)1 ) ( 2 . 2 9 8 7 ss1 ) ( 1 6 . 5 2 5 88 2 0 1 s1 . 9 3 8 2 ( 1 0 .GGD 333232 ??? ????? 對角矩陣法 研究某廠 1000MW 燃煤機組在 100%負荷上三輸入 三輸出的控制系統(tǒng)如圖 32 所示，設(shè) )()()()()()()( 33322322211211 sDsDsDsDsDsDsD 、 均為解耦