【正文】 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。 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意得控制效果。為了滿足可辨識(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。 2．非線性特性強(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~。 (a)汽輪機(jī)調(diào)門開度擾動(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 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。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。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。 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。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。對(duì)于日本的南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 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)。因此無法考慮系統(tǒng)的不確定性擾動(dòng)、非線性等因素。對(duì)單元機(jī)組來說，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。Again, through the calculation of relative gain mathematical model, the result shows that ,this system is based on turbine follow coordinated control system 。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歷而使用過的材料。 According to these characteristics, need to decouple control unit, then to control algorithm was improved, make the system more stable operation 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁 第一章 緒論 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究目的及意義 近年來，隨著我國電力工業(yè)體制改革及電力建設(shè)步伐的加快，長(zhǎng)期制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的電力緊缺問題基本得到緩解。 從目前工程領(lǐng)域的應(yīng)用來看，無論是直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還是間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都屬于近似解禍設(shè)計(jì)方法范疇。 國電北侖電廠 1 000 MW 超超臨界機(jī)組工藝過 程，提出了超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方案， 采用了一系列改進(jìn)措施來改善過程協(xié)調(diào)性與動(dòng)態(tài)品質(zhì)，如加快鍋爐動(dòng)態(tài)響應(yīng)的并行前饋控制，在鍋爐主控制器中通過變參數(shù)控制，對(duì)進(jìn)入給水指令的鍋爐主指令進(jìn)行分解，然后通過反饋信號(hào)來校正前饋等，獲得了滿意的效果 ??08 。本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制器結(jié)構(gòu)選型和控制器參數(shù)的整南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 定進(jìn)行了仿真研究。要實(shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制，首先必須使鍋爐、汽輪機(jī)子系統(tǒng)運(yùn)行正常，也就是說要提南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 高基礎(chǔ)自動(dòng)化水平。實(shí)際系統(tǒng)中，考慮到機(jī)組各種運(yùn)行工況及輔機(jī)情況，一般設(shè)計(jì)有多種運(yùn)行方式，并具有無擾切換功南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 能。 （ 3）由于沒有儲(chǔ)能作用的汽包環(huán)節(jié) ,鍋爐的蓄能顯著減小 ,負(fù)荷調(diào)節(jié)的靈敏性好 ,可實(shí)現(xiàn)快速啟停和調(diào)節(jié)負(fù)荷 ,但汽壓對(duì)負(fù)荷變動(dòng)反映靈敏 ,變負(fù)荷性能差 ,汽壓維持比較困難。 1．汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍增加擾動(dòng) 在汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍增加擾動(dòng)下，各個(gè)輸出變量變化為：機(jī)前壓力降低導(dǎo)致鍋爐蓄熱釋放，機(jī)組負(fù)荷增加，由于燃料量和給水流量沒有變化，鍋爐釋放出蓄熱后，經(jīng)過一段時(shí)間后機(jī)組負(fù)荷恢復(fù)到原來的水平；機(jī)前壓力隨著鍋爐蓄熱的釋放逐漸降低最后穩(wěn)定；中間點(diǎn)溫度在蒸汽流量增加后略微降低，由于燃料量和給水流量沒有變化，隨著蒸汽流量恢復(fù)回升到原來的水平。 在直流鍋爐中，壓力控制是最重要的被控對(duì)象，因?yàn)閴毫Φ淖兓粌H影響機(jī)組負(fù)荷的變化，還會(huì)影響給水流量的變化，從而導(dǎo)致對(duì)溫度的影響。則其動(dòng)態(tài)模型可以簡(jiǎn)化如圖 28 所示。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 21 頁 第三章 多變量耦合系統(tǒng)概述 概述 超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量控制系統(tǒng)，從理論上說，完全可以按多變量控制理論進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它的元素 qij的靜態(tài)值稱為 μj 到 yi 通道的第二放大倍數(shù)。圖所示為應(yīng)用前饋補(bǔ)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(bǔ)償器為 11D ，從 W 到 2c? 通路中的補(bǔ)償器為 23D ,從 B 到 2c? 通路 中的補(bǔ)償器為 22D ,從 B 到 3c? 通路中的補(bǔ)償器為 32D ,利用補(bǔ)償原理得到圖 33： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 圖 33 前饋補(bǔ)償法解耦控制系統(tǒng) ???????????????0GD0G0GD0GD333232121111212323212222GGDGG 由上四式可分別解出補(bǔ)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 0 1)(12 9 6 (2 1 2 )17 9 5 )(13 0 2 0 5(3 0 2 ?? ????? ss ssGGD )175 5)(129 )(103 (21 )179 )(130 5(53 ??? ????? 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(duì)角矩陣法 研究某廠 1000MW 燃煤機(jī)組在 100%負(fù)荷上三輸入 三輸出的控制系統(tǒng)如圖 32 所示，設(shè) )()()()()()()( 33322322211211 sDsDsDsDsDsDsD 、 均為解耦器。 下面我們以某廠 1000MW 超臨界機(jī)組在 100%負(fù)荷下協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的三輸入（汽輪機(jī)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(diǎn)焓值 H)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解耦控制。 主汽壓力 P: MPa 。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(diǎn)）位置的遷移等因素的影響，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)也大幅度變化，使超臨界機(jī)組呈現(xiàn)很強(qiáng)的非線性特性和變參數(shù)特性。主汽閥開度一方面控制汽輪機(jī)功率，一方南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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。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，運(yùn)行壓力 1025 MPa 之間。 圖 25 單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式 超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 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(duì)象特性，而這些特性與機(jī)組的運(yùn)行方式及控制策略密切相關(guān)。若負(fù)荷變化速度過快或燃料擾動(dòng)過大，造成機(jī)前壓力偏差超過 F(x)的不靈敏區(qū)Δ 時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)即由調(diào)功率轉(zhuǎn)入壓力拉回方式，確保壓力波動(dòng)在規(guī)定的死區(qū)范圍之內(nèi)。 (3)協(xié)調(diào)機(jī)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。由于純粹的機(jī) 跟爐和爐跟機(jī)系統(tǒng)都有較大的缺點(diǎn)，所以，在單元機(jī)組中一般都加入前饋補(bǔ)償信號(hào)作為機(jī)爐彼此協(xié)調(diào)動(dòng)作的聯(lián)系。因此很難在快速的汽輪機(jī)控制回路和相對(duì)較慢的鍋爐控制回路之間達(dá)到快速的能量平衡。即使是大容量的新機(jī)組，其 CCS 的投入水平也往往不能適應(yīng)電網(wǎng) AGC 的要求。 Decoupling。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（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。 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。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)。 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 ?？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)無法正常運(yùn)行。 第三部分為協(xié)調(diào)子系統(tǒng)。若負(fù)荷變化超過規(guī)定，對(duì) )( NULDK ? 信號(hào)設(shè)置有 F(x)予以限制，以免機(jī)前壓力偏差超過允許范圍。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、飽和蒸汽以及過熱度不足的過熱蒸汽 ,以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。 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。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。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。 X=wden(B,’rigrsure’,’s’,m’ln’,M, ’sym4’)。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環(huán)，即所有其他調(diào)節(jié)量都保 持不變的情況下，得到開環(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)。 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)說明書（論文） 第 31 頁 將解耦器帶入上圖，發(fā)現(xiàn)： 0)GD( 211211211 ?? CMGD ；說明 1y 將不再受 2c? 的影響 0)GD( 133323212 ?? CMGD ；說明 3y 將不再受 1c? 的影響 0)()( 323332123122122122 ???? CC MGDGDMGDGD ；說明完全對(duì)角矩陣法解除不了31 cc ??、 對(duì) 2y 的影響，故不能達(dá)到完全解耦，不行形成單回路控制系統(tǒng)。 y2=P。 給水量 W:t /h。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作為燃水比調(diào)節(jié)的反饋量。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)生過大波動(dòng)。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。超臨界參數(shù)鍋爐是指過熱器出口主蒸汽 壓力超過 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 ,也就是說二者的各項(xiàng)參數(shù)不再有區(qū)別。 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