【正文】 概括說來分為以下兩點(diǎn)：（ 1）啟動和低負(fù)荷階段主要考慮到給水旁路調(diào)節(jié)閥和電動給水勺管之間存在嚴(yán)重的耦合性，故主要目的為對兩者進(jìn)行解耦，主要手段為通過MATLAB/Simulink 軟件對汽包水位的動態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，從而整定出各調(diào)節(jié)器最佳設(shè)置參數(shù)。故該給水控制系統(tǒng)可以很好地滿足機(jī)組安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)較好的汽包水位動態(tài)特性和靜態(tài)特性的調(diào)節(jié)。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 圖 532 負(fù)荷變化響應(yīng)曲線 增加隨機(jī)擾動后，水位響應(yīng)曲線如圖 533 所示。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 圖 527（ a） 優(yōu)化后的主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 圖 527（ b）優(yōu)化后的副調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 （ 2） 如圖 528 所示，假設(shè)鍋爐負(fù)荷為定值，保持汽包水位為給定值，仿真步長為 2500s,當(dāng)采樣時間為 200s 時，階躍信號由 0mm 變化為 100mm 時的水位擾動響應(yīng)曲線。為了使進(jìn)入鍋爐的給水量和流出的蒸汽量相適應(yīng)，將蒸汽流量信號當(dāng)做給水流量調(diào)節(jié)器初始值的一部分，從而改善虛假水位對水位調(diào)節(jié)的影響。此時，汽包水位超調(diào)量小于 20%，靜態(tài)偏差為 0mm。 結(jié)論：綜合以上分析可以得出，不論是因?yàn)榉N種原因使得調(diào)節(jié)閥前后壓差產(chǎn)生階躍變化，還是汽包水位設(shè)定值發(fā)生階躍擾動時，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)均能夠在較短的時間內(nèi)，維持水位在正常工作范圍內(nèi)，起到良好的控制作用。有圖中可以得出，給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差超調(diào)量不超過 10%，最終平衡態(tài)偏差為 0，衰減率為 ，即調(diào)節(jié)閥壓差控制系統(tǒng)可以起到較好的調(diào)節(jié)作用。 給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 （ 1） 對優(yōu)化后的 控制方案中調(diào)節(jié)閥壓差控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其仿真模型如圖510 所示，其中仿真步長為 100s。仿真結(jié)果見圖 54。因此當(dāng)二者之間產(chǎn)生聯(lián)系時加大了水位調(diào)節(jié)的難度。 5. 最小流量保護(hù) 因?yàn)槌跗髦械亩际秋柡退?，給水泵入口出也可近似認(rèn)為是飽和水，故氣蝕余量較小。 隨著負(fù)荷不斷增大，氣泵組暖機(jī)并啟動，小汽機(jī)轉(zhuǎn)速也不斷升高，泵的出口壓頭不斷升高。水位實(shí)際值與給定值 之間的偏差由單沖量控制器進(jìn)行計算。此過程中，設(shè)定值和實(shí)際值 之間的偏差通過啟動控制閥調(diào)節(jié)器 PID1 進(jìn)行運(yùn)算，從啟動控制閥 M/A 出來的自 動控制指令通過調(diào)節(jié)啟動調(diào)節(jié)閥進(jìn)而控制進(jìn)入汽包的給水量，最后使水位維持在 正常范圍內(nèi)。 PI1的輸出信號、給水流量信號和蒸汽流量信號都作用 在 PI2上，副調(diào)節(jié)器通常為比例調(diào)節(jié)器，其作用確保副回路的快速性。單沖量給水控制系統(tǒng)是一種經(jīng)典的單回路控制系統(tǒng)。 根據(jù) 工程 設(shè)計要求， 給水從除 氧器出來之后，由給水泵送入高壓加熱器，再經(jīng)省煤器進(jìn)入汽包。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第 4 章 300MW 機(jī)組給水控制系統(tǒng)設(shè)計 300MW 給水熱力系統(tǒng)簡介 圖 31為 300MW給水熱力系統(tǒng)示意圖。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 爐膛熱負(fù)荷擾動對水位的影響 當(dāng)燃料量 發(fā)生 擾動時， 一定會導(dǎo)致 蒸汽量 也跟著 變化 。 由于汽包水位對象是無自平衡的，蒸汽流量增大也就是負(fù)荷增大，汽輪機(jī)用氣量 增加，此時汽包水位按積分規(guī)律下降，如圖 37 藍(lán)色曲線所示。 圖 32 給水流量擾動對水位的影響建模仿真 仿真結(jié)果如下： 汽 包 水 位 仿真時間 圖 33 汽包水位變化曲線 圖 33 中，縱坐標(biāo)表示汽包水位 /mm,橫坐標(biāo)表示仿真時間 /s。 汽包水位由汽包內(nèi)的存水量和水面以下的汽包容積共同決定，而汽包的儲水量和水下容積又受到給水流量、鍋爐蒸發(fā)量、汽包壓力、爐膛熱負(fù)荷等因素的影響，所以以上各影響因素均為給水控制對象的擾動。 （ 3） 如前所述，不同負(fù)荷階段鍋爐給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性不同，故在高、低不同負(fù)荷時需要采用不同的控制系統(tǒng) 。 鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有以下幾個方面（在鍋爐運(yùn)行過程中）： （ 1） 保證汽包水位始終處于正常工作范圍之內(nèi)； （ 2） 保證變速給水泵在正安全工作范圍內(nèi)； （ 3） 設(shè)計鍋爐水循環(huán)管路和省煤器保護(hù)措施，保證二者在給水過程中能安 全工作。 第三章對給水 調(diào)節(jié) 對象的動態(tài)特性 進(jìn)行了 深入的探討 ,分析了影響汽包水位各種擾動因素和產(chǎn)生擾動的機(jī)理 ， 同時 用 Simulink 軟件 對產(chǎn)生各種干擾后汽包水位變化進(jìn)行了初步的仿真； 第四章 對 300MW單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括啟動、沖轉(zhuǎn)及帶 25%負(fù)荷運(yùn)行、 25%30%負(fù)荷、 30%100%負(fù)荷運(yùn)行時的控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)及其閥門切換和給水泵之間的切換。嚴(yán)重時，分離器出口蒸汽攜帶大量水分，使得過熱氣溫變化太快，危及機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性。 因此 ，這個階段通常 采用單沖量給水控制 ，該控制系統(tǒng)通過 給水 旁路 調(diào)節(jié)閥 來控制 汽包水位 。汽包水位的高低決定了鍋爐和汽輪機(jī)能否安全正常的工作。 water supply control system。 從而需要對不同負(fù)荷狀態(tài)下的汽包水位變化情況進(jìn)行仿真，以此來得到各調(diào)節(jié)器的最佳整定參數(shù)，更好的實(shí)現(xiàn)機(jī)組給水全程自動控制。文中除已經(jīng)標(biāo)注引用的內(nèi)容外，不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計（論文）原件或復(fù)印件和電子文檔（涉密的成果在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）。 關(guān)鍵字： 300MW 機(jī)組；給水控制系統(tǒng)；三沖量；設(shè)計；仿真 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） The Design and Simulation Analysis of Feed Water Control System for 300 MW Unit Based on the MATLAB Abstract With the gradual expansion of domestic electricity demand, and taking into account the requirements of energy and environmental protection, largecapacity, highparameter large units gradually replace the small capacity, lowparameter units to bee mainstream units. Which also makes the thermal power plant water supply control system bees more plicated, which unit load, drum pressure, temperature, water supply and other parameters on the drum water level can cause more or less the impact。因此，為適應(yīng)大容量、高參數(shù)機(jī)組的快速發(fā)展，電廠熱工自動控制系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)和提高技術(shù)。 因此 ,為了 保證 機(jī)組的安全 性 和經(jīng)濟(jì) 性需要滿足機(jī)組從鍋爐啟動上水到滿負(fù)荷狀態(tài)以及在減負(fù)荷的過程中都能實(shí)現(xiàn)全程給水自動控制。因此控制汽包水位就要調(diào)節(jié)好鍋爐負(fù)荷、鍋爐蒸發(fā)量、給水流量三者之間的關(guān)系。本設(shè)計的意義就在于，通過對不同負(fù)荷下控制方案進(jìn)行模擬仿真，改進(jìn)優(yōu)化方案和獲取調(diào)節(jié)器最佳整定參數(shù)，最終提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性。給水全程控制 包括以下幾個 過程 ： [3] （ 1）鍋爐的點(diǎn)火、升溫升壓過程； （ 2）啟動帶負(fù)荷過程； （ 3）帶小負(fù)荷過程； （ 4）由小負(fù)荷到大負(fù)荷過程； （ 5）由大負(fù)荷又降到小負(fù)荷過程； （ 6）鍋爐滅火后冷卻降溫降壓過程。低負(fù)荷時虛假水位現(xiàn)象不明顯，高負(fù)荷時虛假水位明顯，因此，為了保證汽包水位、給水流量和蒸汽流量的測量準(zhǔn)確性，確保給水全程控制，必須要求這些測量信號能自動進(jìn)行壓力、溫度校正，保證測量精度實(shí)現(xiàn)更好調(diào)節(jié)。低負(fù)荷階段通過改變閥門開度維持給水泵的出口壓力，而高負(fù)荷階段時通過改變調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制汽包水位，于是還存 在閥門與調(diào)速泵之間過渡切換問題。當(dāng)水面以下 汽包容積變化達(dá)到平衡后，汽包水位因?yàn)榻o水流量的增加而使水位開始上升。圖 3圖 35 分別表示的 鍋爐容量小和鍋爐容量相對較大時的仿真結(jié)果，因此可以得出以下結(jié)論：用鍋爐 容量的增加來計算響應(yīng)速度，響應(yīng)速度越來越快，表明隨著鍋爐容量的增加和參 數(shù)的提高，水位控制要求越來越嚴(yán)格。 圖 36 為蒸汽流量擾動對的水位影響在 MATLAB/Simulink 下的建模仿真，響 應(yīng)速度為 ，曲線時間常數(shù)為 50，放大倍數(shù)為 20，仿真步長為 300s?；谄蛔兓母臼瞧湮镔|(zhì)平衡或能量平衡遭到破壞之原因， 分別分析研究了給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷擾動時汽包水位的動態(tài)特性。低負(fù)荷階段旁路調(diào)節(jié)閥通過控制鍋爐給水量來調(diào)節(jié)汽包水位，電動泵在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，目的是使泵在安全狀態(tài)下運(yùn)行。此外，在 啟動和低負(fù)荷運(yùn)行階段，由于鍋爐給水量較小，使得給水泵工作流量較小，從而 導(dǎo)致給水泵得不到足夠的冷卻而引起泵的氣蝕，甚至震動。因此，該系統(tǒng)僅在啟動和低負(fù)荷運(yùn)行階段起作用。此階段過程中采用單沖量給水控制系統(tǒng)。隨著負(fù)荷逐漸升高，給水壓力增大，閥門處因節(jié)流產(chǎn)生的壓差也隨之增大。當(dāng)來自給水流量的反饋信號進(jìn)入到 PID3，調(diào)節(jié)器能過在給水流量發(fā)生波動時很快調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，改善水位波動。然后電泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)速控制 M/A 站換成手動，流量很小時直接關(guān)閉出口閥門，電動泵停止運(yùn)行。 存在的機(jī)組主要問題及任務(wù) 電廠給水控制系統(tǒng)一般采用一段式給水控制系統(tǒng)，即用給水旁路調(diào)節(jié)閥控制給水母館壓力，用變速給水泵控制汽包水位。圖（ a）中黃色曲線為單位階躍信號的響應(yīng)曲線，圖（ b）中黃色信號為單位階信號，紅色曲線為汽包水位變化曲線。 低負(fù)荷階段控制系統(tǒng)優(yōu)化 因?yàn)?水位控制系統(tǒng)和給水旁路調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)存在嚴(yán)重耦合問題，控制系統(tǒng)動態(tài)解耦的典型方法是確定耦合系統(tǒng)中變量匹配的關(guān)系 ,因此 Simulink 中重新對被調(diào)量和控制變量進(jìn)行匹配 ,將原有控制方案優(yōu)化為汽包水位由給水旁路調(diào)節(jié)閥控制 ,給水旁路調(diào)節(jié)閥前后差壓由電動給水泵勺管控制 ,以確保汽包水位和差壓調(diào)節(jié)相對獨(dú)立。 圖 517 （ a） PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 517 （ b） PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 最終各調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定結(jié)果見表 51： 表 51 低負(fù)荷各 PID 控制器最佳控制參數(shù) 控制器 K I D N PI 1 PID 低負(fù)荷控制系統(tǒng)仿真 （ 1） 針對優(yōu)化后的控制方案，當(dāng)給水旁路調(diào)節(jié)閥設(shè)定值和汽包水位設(shè)定值發(fā)生擾動時進(jìn)行仿真。由圖中可以看出，其超調(diào)量不超過 10%，說明調(diào)節(jié)作用較好。 圖 521 汽包水位擾動曲線 （ 3） 如圖 521 所示為設(shè)定值由 50 變化至 +50 時的 汽包水位擾動曲線。當(dāng)選取階躍擾動作為輸入信號，汽包水位設(shè)定值從 0mm 增加到 100mm 時，其超調(diào)量不超過 20%，靜態(tài)偏差為 0mm，衰減率大于 ，由以上分析可以表明：優(yōu)化后的給水 控制 系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好。 ,汽包水位動態(tài)特性 W32 表現(xiàn)為有起始慣性的無自平衡能力環(huán)節(jié) : 1100 01 2632 ???? SSW ? （ 7） 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 給水控制系統(tǒng)優(yōu)化 圖 523 高負(fù)荷階段優(yōu)化后的給水控制方式方案 高負(fù)荷階段給水控制系統(tǒng)仿真 （ 1） 首先對優(yōu)化后的雙閉環(huán)汽包水位控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其仿真模型如圖 524所示。 圖 531 增加隨機(jī)擾動并負(fù)荷變化時汽包水位響應(yīng)曲線 通過比較圖 530 和圖 531 的仿真結(jié)果可以得出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化以及機(jī)組發(fā)生擾動時，汽包水位變化至在設(shè)定值附近上下變化，且波動較小，從而可以說明優(yōu)化后的控制系統(tǒng)魯棒性較好。不難看出，在汽包水位發(fā)生周期性變化時，汽包實(shí)際變化曲線可以準(zhǔn)確的跟蹤汽包水位的變化，并且一直保持在安全工作范圍。 本設(shè)計主要包括兩大部分，其中第一部分包括第 1 章 ~第 4 章的全部內(nèi)容，其主要內(nèi)容為 300MW 機(jī)組給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過分別對負(fù)荷產(chǎn)生 100MW、 150MW 階華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 躍變化時的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出高負(fù)荷會。因此，為適應(yīng)大容量、高參數(shù)機(jī)組的快速發(fā)展，電廠熱工自動控制系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)和提高技術(shù)。 圖 534 汽包水位正弦波響應(yīng)曲線 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 535 增加隨機(jī)擾動后汽包水位正弦波擾動曲線 如圖