【正文】 are simulated and optimized under different load water supply control system Of the control program and set the best parameters of the regulator, from the real sense of the unit under different loads can be accurate on the drum water level, control valve pressure to control, to ensure that the unit from the boiler to start the full load state of safety run. The purpose of this project is to analyze and simulate the design of the water 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） supply control system to improve the lack of water supply control system of the thermal power plant, to realize the whole control of the operation of the unit under different load conditions, and to keep the boiler water level in normal Within the scope of work. The system can achieve single impulse to three impulse boring switch, and to ensure that the pump in the safe range of work, pared with the optimization can be better before the improvement of water supply control system to improve the unit39。 在 不同 的 負(fù)荷 階段和參數(shù)時(shí) ,汽包水位 的動(dòng)態(tài)特性 可能完全 不同 。 本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)圍繞給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真這一主題，立足于 300MW 機(jī)組給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 同時(shí)對(duì)其給水控制系統(tǒng)進(jìn)行低負(fù)荷階段和高負(fù)荷階段進(jìn)行仿真，研究不同負(fù)荷下給水控制系統(tǒng)的控制方案并整定出調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)，從真正意義上實(shí)現(xiàn)機(jī)組在不同負(fù)荷下均能精準(zhǔn)對(duì)汽包水位、調(diào)節(jié)閥壓差進(jìn)行控制，保證機(jī)組從鍋爐啟動(dòng)上水到滿負(fù)荷狀態(tài)的安全運(yùn)行。 （ 2） 目前運(yùn)行中的火電機(jī)組，通常通過(guò)改變變速給水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制給水流量。最 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 終當(dāng)水面以下汽包容積不在變化時(shí)，因?yàn)檫M(jìn)、出汽包的工質(zhì)流量不平衡，使得水 位以一定的速度直線上升。仿真結(jié) 果如圖 37 所示： 圖 36 蒸汽流量擾動(dòng)對(duì)的水位影響建模仿真 汽 包 水 位 仿真時(shí)間 圖 37 蒸汽流量擾動(dòng)對(duì)的水位影響響應(yīng)曲線 上面描述的蒸汽流量擾動(dòng)對(duì)水位的影響僅僅考慮蒸發(fā)強(qiáng)度變化對(duì)汽包容積 變化的影響，只是定性地闡明了汽包水位變化的特點(diǎn)。高負(fù)荷階段，給水旁路調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到最大，為了克服節(jié)流損失，主給水電動(dòng)門(mén)也處于打開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速直接控制給水流量。 圖 43 單沖量給水控制系統(tǒng)圖 （ 2） 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 其系統(tǒng)圖如圖 44所示，該系統(tǒng)由兩個(gè) PI控制器進(jìn)行水位控制。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度大于 90%，此時(shí)把電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制方式改為自動(dòng)控制。采用 MASTER 目的是使兩臺(tái)汽動(dòng)泵負(fù)荷相等。由圖中可以看出，在電動(dòng)給水勺管擾動(dòng)下，汽包水位變化最大超調(diào)量為 ，最終達(dá)到平衡時(shí)靜態(tài)超調(diào)量為 0。 如圖 518（ a）所示為給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差擾動(dòng)曲線，仿真步長(zhǎng)為 1000S,階躍擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間為 200s。由圖中可以得出，汽包水位超調(diào)量不超過(guò) 10%，靜態(tài)偏差為 0mm。 圖 524 雙閉環(huán)汽包給水控制系統(tǒng)仿真圖 仿真結(jié)果如圖 525 所示， 階躍擾動(dòng)作為輸入信號(hào)，當(dāng)汽包水位從 0mm 增至 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 100mm 時(shí)，汽包水位超調(diào)量不超過(guò) 10%，靜態(tài)偏差為 0mm，由此可以看出優(yōu)化后控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能很好。從而表明該控制系統(tǒng)在高負(fù)荷階段可以實(shí)現(xiàn)很好地給水控制。（ 2）高負(fù)荷階段相比較低負(fù)荷階段而言，增加了蒸汽流量作為前饋信號(hào)和汽包壓力前饋，原因在于高負(fù)荷階段虛假水位現(xiàn)象比較嚴(yán)重，增加蒸汽流量作為前饋信號(hào)可以有效抑制虛假水位，且高負(fù)荷階段因滑壓運(yùn)行導(dǎo)致的汽包內(nèi)汽水不平衡現(xiàn)象較為明顯，故增加汽包壓力前饋信號(hào)。 （ 4）在負(fù)荷不變的情況下，水位設(shè)定值輸入信號(hào)為正弦波，其振幅值設(shè)為50mm,仿真結(jié)果如圖 534 所示。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加 8%的階躍擾動(dòng)。 圖 520 汽包水位設(shè)定值響 應(yīng)曲線 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 520 汽包水位設(shè)定值采用周期函數(shù)，仿真步長(zhǎng)為 3000s,采用周期函數(shù)的目的在于檢驗(yàn)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的跟隨性。 （ 2） 對(duì)優(yōu)化后的控制方案中汽包水位控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，仿真步長(zhǎng)為 400s,其控制系統(tǒng)模型如圖 513 所示： 圖 513 汽包水位控制系統(tǒng)仿真模型 仿真結(jié)果如圖 514 所示： 圖 514 汽包水位控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線 圖 515 汽包水位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 圖 515 為，為調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置，由圖 514 仿真結(jié)果可以得出，汽包水位控制系統(tǒng)的最 大動(dòng)態(tài)偏差為 ,平衡后靜態(tài)偏差為 0mm,表明調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 良好。 啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)給水控制系統(tǒng)建模及仿真 模型分析 在低負(fù)荷階段 ,主蒸汽壓力、風(fēng)煙及燃料系統(tǒng)保持不變 ,給水旁路調(diào)節(jié)閥們開(kāi)度 18%。當(dāng)給水母管壓頭稍微小于泵的出口壓頭后，打開(kāi)氣泵出口閥，華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 然后接著手動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，目的是為了讓汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速與電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速相匹配。當(dāng)負(fù)荷升高到一定值時(shí)，給水量也必須隨之增大，啟動(dòng) 調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度逐漸增大，到了一定程度后，系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能變差，此時(shí)應(yīng)手動(dòng)增大 主給水閥門(mén)開(kāi)度。該控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、 易實(shí)現(xiàn)。給水泵包括兩臺(tái)電動(dòng)泵和一臺(tái)汽動(dòng)泵，電動(dòng)泵 容量為 50%額定給水流量，汽動(dòng)泵容量為 100%額定給水流量。實(shí)際水位變化曲 線（圖 37 中紅色曲線）則為二者的合成。 給水流量擾動(dòng)對(duì)水位的影響 給水 流 量的擾動(dòng)是來(lái)自控制側(cè)的擾動(dòng)， 故 稱(chēng) 為 內(nèi)擾 ，它 是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動(dòng)之一 。水位是靠調(diào)節(jié)給水流量來(lái)維持的，保證水位穩(wěn)定的同時(shí)也必須保證給水流量變化不要太快，否則將威脅到省煤器的安全。然而汽包容積卻相對(duì)減少。嚴(yán)重時(shí)，出口蒸汽攜帶大量水分，使得過(guò)熱氣溫急劇變化，影響機(jī)組安全性。 本設(shè)計(jì)圍繞給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真這一主題，立足于 300MW 機(jī)組給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其給水控制系統(tǒng)低負(fù)荷階段和高負(fù)荷階段進(jìn)行了仿真，優(yōu)化其在不同負(fù)荷下給水控制系統(tǒng)的控制方案并整定出調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)，從真正意義上實(shí)現(xiàn)機(jī)組在不同負(fù)荷下均能精準(zhǔn)對(duì)汽包水位、調(diào)節(jié)閥壓差進(jìn)行控制，保證機(jī)組從鍋爐啟動(dòng)上水到滿負(fù)荷狀態(tài)的安全運(yùn)行。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 指導(dǎo)導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解華北水利水電大學(xué)有關(guān)保管、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。 simulation 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題研究背景 隨著 國(guó)內(nèi) 電力需求的 逐漸擴(kuò)大 ,并且考慮到 能源和環(huán)保的要求 ,大容量、高參數(shù)的大型機(jī)組 逐漸代替小容量、低參數(shù)機(jī)組成為主流機(jī)組 。 DCS 系統(tǒng)擁有靈活的態(tài)，再加上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有其自身的優(yōu)越性，將其二者結(jié)合后的控制系統(tǒng)可以完成傳統(tǒng)儀表無(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制，從而為各個(gè)控制系統(tǒng)的全程調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的概述 鍋爐給水自動(dòng)控制的概念 所謂 的鍋爐給水自動(dòng) 控制系統(tǒng)是指機(jī)組在啟 動(dòng)和停止 過(guò)程 、 正常運(yùn)行 階段、變負(fù)荷過(guò)程中都可以 實(shí)現(xiàn) 鍋爐給水 自動(dòng)控制的系統(tǒng)。此時(shí)，對(duì)給水控制系統(tǒng)的要求是保證歲負(fù)荷變化時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種控制系統(tǒng)之間的無(wú)擾切換。 圖 34 為當(dāng)響應(yīng)時(shí)間變化為 ，延遲時(shí)間仍為 50，仿真步長(zhǎng)變化為 1000s 時(shí)的仿真模型，仿真結(jié)果為圖 35 所示。因 此 ，燃料量擾動(dòng)下的 虛 假水位 現(xiàn)象相比較爐膛熱 負(fù)荷擾動(dòng)下要緩和得 多。 圖 42 全程給水控制流程圖 控制方案設(shè)計(jì) 鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷階段，由于汽包水位變化不大，虛假水位現(xiàn)象不太明顯， 對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)要求不高，所以一般采用單沖量控制方案，即控制器只接受汽包 水位唯一一個(gè)被控參數(shù)。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 44 串級(jí)三重量給水控制系統(tǒng) 300M 機(jī)組給水控制過(guò)程分析 機(jī)組給水控制系統(tǒng) 的 SAMA 圖如圖 45 所示。這個(gè)階段三沖量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 5 章 300MW 機(jī)組給水控制系統(tǒng) MATLAB 仿真 建模仿真的目的 為了 確定單沖量和三沖量給水控制系統(tǒng)、電動(dòng)給水泵控制系統(tǒng)、汽動(dòng)泵給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的最佳整定參數(shù)及參數(shù)可調(diào)范圍 [5]，針對(duì)現(xiàn)存火力發(fā)電廠存在的一些問(wèn)題提出可行性優(yōu)化方案，從而使得電廠給水控制系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟(jì)性、魯棒性和穩(wěn)定性。 （ 3） W21 為電動(dòng)泵勺管擾動(dòng)時(shí)對(duì)給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差的影響，其仿真模型如下圖： 圖 55 電動(dòng)泵勺管擾動(dòng)對(duì)給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差的影響 在圖 55 中，輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)，延遲時(shí)間為 6S，該模型擁有一個(gè)一階慣 性環(huán)節(jié)，仿真結(jié)果如圖 56 所示。因此說(shuō)明優(yōu)化后的控制系統(tǒng)魯棒性良好，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。這也是我們選取階躍擾動(dòng)作為系統(tǒng)輸入信號(hào)的原因。 （ 3）如圖 530 所示，在汽包水位不變的情況下，當(dāng)采樣時(shí)間為 200s 時(shí)，鍋爐負(fù)荷由 0MW 變化為 100MW，其中黃色曲線為汽包水位設(shè)定值，紅色曲線為負(fù)荷限速曲線，綠色曲線為階躍響應(yīng)曲線，紫色曲線為為汽包水位實(shí)際響應(yīng)曲線。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(dòng)控制系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)和提高技術(shù)。 本設(shè)計(jì)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?jī)?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(jì)。 圖 531 增加隨機(jī)擾動(dòng)并負(fù)荷變化時(shí)汽包水位響應(yīng)曲線 通過(guò)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(dòng)時(shí)，汽包水位變化至在設(shè)定值附近上下變化，且波動(dòng)較小，從而可以說(shuō)明優(yōu)化后的控制系統(tǒng)魯棒性較好。當(dāng)選取階躍擾動(dòng)作為輸入信號(hào)，汽包水位設(shè)定值從 0mm 增加到 100mm 時(shí)，其超調(diào)量不超過(guò) 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。由圖中可以看出，其超調(diào)量不超過(guò) 10%，說(shuō)明調(diào)節(jié)作用較好。 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(wèn)題，控制系統(tǒng)動(dòng)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(duì)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(dòng)給水泵勺管控制 ,以確保汽包水位和差壓調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立。 存在的機(jī)組主要問(wèn)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。當(dāng)來(lái)自給水流量的反饋信號(hào)進(jìn)入到 PID3，調(diào)節(jié)器能過(guò)在給水流量發(fā)生波動(dòng)時(shí)很快調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，改善水位波動(dòng)。此階段過(guò)程中采用單沖量給水控制系統(tǒng)。此外，在 啟動(dòng)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(dòng)。基于汽包水位變化的根本是其物質(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(dòng)時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性。圖 3圖 3