【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 施 來(lái) 改 善 過(guò) 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(guò) 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(guò) 反 饋 信 號(hào) 來(lái) 校 正 前 饋 等 ， 獲 得 了滿(mǎn) 意 的 效 果 。??08美 國(guó) 的 Lamp。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(guó) 的 FOXBORO 公 司 的 協(xié) 調(diào) 方 案 也 是 以 DEB 為 主 。 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)。綜 合 以 上 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 分 析 ， 可 以 發(fā) 現(xiàn) 西 歐 和 日 本 的 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 基 本 采用 間 接 能 量 平 衡 (IEB)為 主 ， 而 美 國(guó) 的 公 司 基 本 上 采 用 了 能 量 直 接 平 衡 (DEB)為 主 。 研 究 內(nèi) 容 與 研 究 計(jì) 劃本 論 文 主 要 研 究 的 內(nèi) 容 是 以 下 幾 面 ：（ 1） 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 方 案 綜 述協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 按 反 饋 回 路 分 類(lèi) ， 可 分 為 以 機(jī) 跟 爐 為 基 礎(chǔ) 和 以 爐 跟 機(jī) 為 基 礎(chǔ) 的協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 。 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 。 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) 。（ 2） 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 被 控 對(duì) 象 的 模 型 分 析單 元 機(jī) 組 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 被 控 對(duì) 象 是 一 種 存 在 強(qiáng) 烈 耦 合 特 征 的 、 復(fù) 雜 的 多 變量 系 統(tǒng) 。 受 控 過(guò) 程 是 一 個(gè) 多 輸 入 、 多 輸 出 的 過(guò) 程 ， 并 在 輸 入 與 輸 出 之 間 存 在 著交 叉 的 關(guān) 聯(lián) 和 耦 合 。 由 于 直 流 鍋 爐 單 元 機(jī) 組 就 是 三 輸 入 三 輸 出 的 被 控 對(duì) 象 ， 在進(jìn) 行 解 耦 及 解 耦 器 的 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 中 會(huì) 比 較 復(fù) 雜 ， 因 此 有 必 要 對(duì) 傳 遞 函 數(shù) 進(jìn) 行 簡(jiǎn) 化 ，傳 遞 函 數(shù) 的 微 分 環(huán) 節(jié) 具 有 快 速 隨 動(dòng) 性 ， 因 此 解 耦 的 過(guò) 程 中 可 將 其 忽 略 ， 從 而 化簡(jiǎn) 的 解 耦 的 過(guò) 程 。（ 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) 。 各 個(gè) 主 要 被 控 參 數(shù) 之 間 是 相 互 關(guān) 聯(lián) 、 相 互 耦 合 、 相 互 影 響 的 ?？?制 系 統(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(wú) 法 正 常 運(yùn) 行 。 所 以 ， 分 析 控 制 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 ， 減 弱 系統(tǒng) 間 的 耦 合 ， 是 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 一 個(gè) 重 要 內(nèi) 容 。（ 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 。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 定 進(jìn)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 5 頁(yè) 行 了 仿 真 研 究 。（ 5） 用 積 分 分 離 PID控 制 算 法 對(duì) 協(xié) 調(diào) 系 統(tǒng) 的 研 究在 標(biāo) 準(zhǔn) 的 PID控 制 算 法 中 ， 當(dāng) 有 較 大 的 擾 動(dòng) 或 大 幅 度 改 變 給 定 值 時(shí) ， 由 于 短時(shí) 間 內(nèi) 出 現(xiàn) 較 大 的 偏 差 ， 加 上 系 統(tǒng) 本 身 的 慣 性 和 滯 后 ， 在 積 分 項(xiàng) 的 作 用 下 ， 往往 引 起 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 較 大 的 超 調(diào) 和 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 波 動(dòng) 。 采 用 積 分 分 離 PID控 制 算 法 后 ，設(shè) 置 積 分 分 離 閥 值 ,對(duì) 于 大 于 的 部 分 不 進(jìn) 行 積 分 作 用 ， 這 樣 就 顯 著 降 低 了0E0被 調(diào) 量 的 超 調(diào) 量 ， 縮 短 了 調(diào) 節(jié) 時(shí) 間 。 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 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 6 頁(yè) 第 二 章 機(jī) 爐 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 概 述 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 概 述 ??12簡(jiǎn) 單 地 說(shuō) ， 機(jī) 爐 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 主 要 完 成 以 下 功 能 ：(1)接 受 電 網(wǎng) 中 心 調(diào) 度 所 的 負(fù) 荷 自 動(dòng) 調(diào) 度 指 令 、 運(yùn) 行 人 員 的 負(fù) 荷 指 令 和 電 網(wǎng)頻 率 偏 差 信 號(hào) ， 及 時(shí) 響 應(yīng) 負(fù) 荷 請(qǐng) 求 ， 使 機(jī) 組 具 有 一 定 的 電 網(wǎng) 調(diào) 峰 、 調(diào) 頻 能 力 ，適 應(yīng) 電 網(wǎng) 負(fù) 荷 變 化 的 需 要 。(2)協(xié) 調(diào) 鍋 爐 和 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 的 運(yùn) 行 ， 在 負(fù) 荷 變 化 率 較 大 時(shí) ， 能 維 持 兩 者 之 間的 能 量 平 衡 ， 保 證 主 蒸 汽 壓 力 穩(wěn) 定 。(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 。 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 。(4)協(xié) 調(diào) 外 部 負(fù) 荷 請(qǐng) 求 與 主 /輔 設(shè) 備 實(shí) 際 承 受 能 力 的 關(guān) 系 。 在 機(jī) 組 主 /輔 設(shè) 備能 力 受 到 限 制 的 異 常 情 況 下 ， 可 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 ， 限 制 或 強(qiáng) 迫 改 變 機(jī) 組 負(fù) 荷 。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(jī) 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(jī) 控制 子 系 統(tǒng) 組 成 ， 如 圖 22。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） 。第 二 部 分 為 機(jī) 爐 主 控 系 統(tǒng) 或 機(jī) 爐 主 控 制 器 ， 根 據(jù) 機(jī) 組 功 率 指 令 ULD、 機(jī)組 的 運(yùn) 行 工 況 、 運(yùn) 行 方 式 以 及 機(jī) 、 爐 不 同 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 ， 協(xié) 調(diào) 鍋 爐 與 汽 輪 機(jī) 間 的能 量 平 衡 ， 提 供 機(jī) 組 級(jí) 的 輸 出 功 率 與 機(jī) 前 壓 力 聯(lián) 合 控 制 ， 從 而 使 機(jī) 組 的 負(fù) 荷 適應(yīng) 性 與 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 性 兼 優(yōu) 。第 三 部 分 為 協(xié) 調(diào) 子 系 統(tǒng) 。 協(xié) 調(diào) 主 控 系 統(tǒng) 輸 出 的 鍋 爐 指 令 和 汽 輪 機(jī) 指 令 ， 分 別控 制 鍋 爐 、 汽 輪 機(jī) 的 各 子 系 統(tǒng) —燃 料 、 送 風(fēng) 、 引 風(fēng) 、 給 水 、 噴 水 ……以 及 汽輪 機(jī) 閥 位 。 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) 。 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(shuō) 要 提南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 8 頁(yè) 高 基 礎(chǔ) 自 動(dòng) 化 水 平 。 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 策 略從 不 同 的 觀 察 角 度 ， 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 劃 分 不 盡 相 同 。 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(jī) 跟 隨 為基 礎(chǔ) 的 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 和 汽 機(jī) 機(jī) 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） 。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 。 圖 中 ， F(t)一 般 為 超 前 滯 后 環(huán) 節(jié) ， 它 一 方 面 使 燃 燒 率 指 令 隨 給 定 功 率 變 化 而 沒(méi) 有 遲 延 ，B?另 一 方 面 對(duì) 給 定 功 率 的 微 分 超 前 調(diào) 節(jié) 作 用 ， 有 利 于 改 善 鍋 爐 對(duì) 功 率 的 響 應(yīng) 特 性 。環(huán) 節(jié) F(x)為 帶 有 死 區(qū) 的 非 線(xiàn) 性 環(huán) 節(jié) 有 利 于 提 高 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 。 若 負(fù) 荷變 化 速 度 過(guò) 快 或 燃 料 擾 動(dòng) 過(guò) 大 ， 造 成 機(jī) 前 壓 力 偏 差 超 過(guò) 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) 。 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 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 9 頁(yè) 二 、 以 汽 機(jī) 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) 在 汽 機(jī) 跟 隨 控 制 方 式 的 基 礎(chǔ) 上 ， 允 許 汽 壓 在 一 定 范 圍 內(nèi) 波動(dòng) ， 原 理 方 框 圖 如 圖 24 所 示 。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 饋 、 鍋 爐 側(cè) 閉 環(huán) 調(diào) 功 +ULD 前 饋 。 為了 克 服 單 純 汽 輪 機(jī) 跟 隨 控 制 方 式 時(shí) 負(fù) 荷 響 應(yīng) 慢 及 功 率 波 動(dòng) 大 的 缺 點(diǎn) ， 在 汽 輪 機(jī)側(cè) 同 時(shí) 加 入 了 功 率 偏 差 信 號(hào) ， 分 析 入 下 ：（ 1） 外 擾 時(shí) 的 蓄 能 應(yīng) 用 功 率 指 令 同 時(shí) 送 機(jī) 、 爐 兩 側(cè) ， 合 理 利 用 鍋 爐 蓄 能 ，提 高 了 機(jī) 組 的 負(fù) 荷 響 應(yīng) 。 汽 輪 機(jī) 側(cè) PI 調(diào) 節(jié) 器 輸 入 為 ， 可??TPNLKP??)(s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 。 功差 項(xiàng) 就 是 加 負(fù) 荷 時(shí) 壓 力 定 值 的 動(dòng) 態(tài) 降 低 量 。 若 負(fù) 荷 變 化 超 過(guò) 規(guī) 定 ，)(NULDK?對(duì) 信 號(hào) 設(shè) 置 有 F(x)予 以 限 制 ， 以 免 機(jī) 前 壓 力 偏 差 超 過(guò) 允 許 范 圍 。F(x)模 塊 的 斜 率 K， 就 是 一 個(gè) 外 擾 動(dòng) 態(tài) 過(guò) 程 鍋 爐 蓄 能 利 用 程 度 參 數(shù) 。（ 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 )(WK(s)NBPs?則 理 論 上 基 本 消 除 了 爐 對(duì) 機(jī) 的 影 響 ， 實(shí) 際 中 一 般 取 這 樣 ， 燃 料 擾 動(dòng)NBP（ 增 加 ） 時(shí) ， 功 率 信 號(hào)