【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jiàn)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(duì)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(dòng)時(shí)進(jìn)行仿真。 如圖 518（ a）所示為給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差擾動(dòng)曲線(xiàn)，仿真步長(zhǎng)為 1000S,階躍擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間為 200s。圖中黃色曲線(xiàn)為給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差設(shè)定值，紅色曲線(xiàn)為調(diào)節(jié)閥壓差時(shí)間實(shí)際變化曲線(xiàn)。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(guò) 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。 圖 518 （ a）給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn) 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 518（ b）增設(shè)隨機(jī)擾動(dòng)后，給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差擾動(dòng)的響應(yīng)曲線(xiàn) 如圖 518（ b）為增設(shè)隨機(jī)擾動(dòng)后，給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差擾動(dòng)的響應(yīng)曲線(xiàn)。同樣，超調(diào)量不超過(guò) 10%，衰減率為 。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。 圖 519（ a） 汽包水位擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn) 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 519（ b） 增設(shè)隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)后，汽包水位擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn) 如圖 519（ a）所示，仿真步長(zhǎng)為 4000s，在采樣時(shí)間為 200s 時(shí)，黃色曲線(xiàn)為汽包水位給定值由 0 增加到 100mm,此時(shí)保持給水旁路調(diào)節(jié)閥保持不變，汽包水位擾動(dòng)曲線(xiàn)。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。 圖 519（ b）為增設(shè)隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)后，汽包水位擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn)，此時(shí)仍保持給水旁路調(diào)節(jié)閥保持不變。由圖可以得出，汽包水位超調(diào)量小雨 30%，靜態(tài)偏差小于 10mm,表明該調(diào)解系統(tǒng)魯棒性良好，具有較好的抗干擾能力。 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(dòng)時(shí)，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)均能夠在較短的時(shí)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。 （ 2）已知汽包水位是設(shè)定值變化形式為正弦波的周期函數(shù)，如圖 520 所示。 圖 520 汽包水位設(shè)定值響 應(yīng)曲線(xiàn) 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。圖中黃色曲線(xiàn)為汽包水位設(shè)定值，振幅為100mm,紅色曲線(xiàn)為汽包水位的實(shí)際變化曲線(xiàn)。從圖中可以看出，汽包水位實(shí)際變化曲線(xiàn)與新的汽包水位變化具有很好的契合性，能夠穩(wěn)定、快速響應(yīng)新的汽包水位變化，因此該控制系統(tǒng)控制作用很好。 圖 521 汽包水位擾動(dòng)曲線(xiàn) （ 3） 如圖 521 所示為設(shè)定值由 50 變化至 +50 時(shí)的 汽包水位擾動(dòng)曲線(xiàn)。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。當(dāng)控制系 統(tǒng)增加隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)后的水位實(shí)際擾動(dòng)曲線(xiàn)如圖 522所示。此時(shí)，汽包水位超調(diào)量小于 20%，靜態(tài)偏差為 0mm。 圖 522 增加隨機(jī)擾動(dòng)后，汽包水位擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn) 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 仿真結(jié)果分析 顯然， 對(duì)于 控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，階躍擾動(dòng)是最不利的干擾因素，因此，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)可以很好地克服階躍擾動(dòng)的干擾時(shí)，說(shuō)明其具有很好地調(diào)節(jié)作用，那么對(duì)于其他形式的干擾便很容易克服。所以在系統(tǒng)仿真中我們選取系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)的反應(yīng)來(lái)判斷其抗干擾能力的好壞。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。 由上面的仿真結(jié)果可以看出，優(yōu)化后的控制方案可以很好地對(duì)汽包水位和給水旁路調(diào)節(jié)閥這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行解耦。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。 高負(fù)荷階段時(shí)給水控制系統(tǒng)建模及仿真 高負(fù)荷階段建模 當(dāng)負(fù)荷打于 30%額定負(fù)荷時(shí)，采用三沖量給水控制系統(tǒng)控制給水泵轉(zhuǎn)速。來(lái)自給水流量的反饋信號(hào)進(jìn)入到給水流量調(diào)節(jié)器，該調(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，改善給水波動(dòng)。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(hào)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(duì)水位調(diào)節(jié)的影響。 蒸汽流量擾動(dòng)下汽包水位動(dòng)態(tài)特性為具有起始階段帶虛假水位的無(wú)自平衡環(huán)節(jié) ,在負(fù)荷大于 250 MW 時(shí) ,維持主蒸汽壓力、風(fēng)煙和燃料系統(tǒng)不變 。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加 8%的階躍擾動(dòng)。 ,汽包水位動(dòng)態(tài)特性 W31 為 : SSW 012 131 ???? （ 6） 在上述工況下 ,使主蒸汽流量不變 。每臺(tái)電動(dòng)給水泵勺管開(kāi)度在上面的基礎(chǔ)上增加 10%的階躍擾動(dòng)。 ,汽包水位動(dòng)態(tài)特性 W32 表現(xiàn)為有起始慣性的無(wú)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(jì)（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(duì)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 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。 圖 525 優(yōu)化后的汽包水位響應(yīng)曲線(xiàn) 圖 526（ a） 主調(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(jì)（論文） 32 圖 526（ b）副調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 圖 526（ a）（ b）所示分別為該控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置和副調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置，在仿真過(guò)程中按照 “先內(nèi)后外 ”的原則進(jìn)行整定，進(jìn)而比較鍋爐蒸發(fā)量和給水流量的比例，從而得出調(diào)節(jié)器最佳整定參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表 52： 表 52 高負(fù)荷時(shí)各調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)整定結(jié)果 調(diào)節(jié)器 K P I D N 主調(diào)節(jié)器 6 副調(diào)節(jié)器 主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器最終參數(shù)設(shè)置如圖 527（ a）（ b）所示。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(zhǎng)為 2500s,當(dāng)采樣時(shí)間為 200s 時(shí)，階躍信號(hào)由 0mm 變化為 100mm 時(shí)的水位擾動(dòng)響應(yīng)曲線(xiàn)。 圖 528 水位擾動(dòng)曲線(xiàn) 在上述工況下，保持其他條件不變，在原來(lái)的基礎(chǔ)之上增加隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)后的汽包水位擾動(dòng)曲線(xiàn)如圖 529 所示。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 529 增加隨機(jī)擾動(dòng)后的汽包水位響應(yīng)曲線(xiàn) 比較圖 528 和圖 529 的仿真結(jié)果可以看出，在負(fù)荷不變的情況下，當(dāng)汽包水位設(shè)置值從 0mm 變化到 100mm 時(shí)，實(shí)際汽包水位響應(yīng)曲線(xiàn)的超調(diào)量不超過(guò)20%，靜態(tài)偏差為 0mm，由此可以得出，無(wú)論是汽包水位設(shè)定值變化還是增加隨機(jī)擾動(dòng)的情況下，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)均有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)和較強(qiáng)的魯棒性。 （ 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(xiàn)為汽包水位設(shè)定值，紅色曲線(xiàn)為負(fù)荷限速曲線(xiàn)，綠色曲線(xiàn)為階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，紫色曲線(xiàn)為為汽包水位實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)。 圖 530 負(fù)荷擾動(dòng)曲線(xiàn) 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 如圖 531 所示，為保持其他條件不變，在原來(lái)的基礎(chǔ)之上增加隨機(jī)擾 動(dòng)信號(hào)后的汽包水位擾動(dòng)曲線(xiàn)。 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(xiàn) 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。 （ 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 150MW，其中黃色曲線(xiàn)為汽包水位設(shè)定值，紅色曲線(xiàn)為負(fù)荷限速曲線(xiàn)，綠色曲線(xiàn)為階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，紫色曲線(xiàn)為為汽包水位實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)。從圖中可以看出，汽包實(shí)際 水位變化曲線(xiàn)的最大偏差不超過(guò) 30mm,且可以在較短時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明該控制系統(tǒng)在負(fù)荷變化時(shí)可以準(zhǔn)確迅速的調(diào)節(jié)汽包水位變化。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 532 負(fù)荷變化響應(yīng)曲線(xiàn) 增加隨機(jī)擾動(dòng)后，水位響應(yīng)曲線(xiàn)如圖 533 所示。 圖 533 增加隨機(jī)擾動(dòng)及負(fù)荷變化的響應(yīng)曲線(xiàn) 通過(guò)比較圖 532 和圖 533 可以得出，在負(fù)荷變化和增加隨機(jī)擾動(dòng)的情況下，汽包水位變化響應(yīng)曲線(xiàn)均在正常工作范圍內(nèi)變化，從而可以得出該控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 （ 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。 圖 534 汽包水位正弦波響應(yīng)曲線(xiàn) 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圖 535 增加隨機(jī)擾動(dòng)后汽包水位正弦波擾動(dòng)曲線(xiàn) 如圖 535 所示，為在原有的基礎(chǔ)之上增加隨機(jī)擾動(dòng)的仿真結(jié)果。圖中黃色曲線(xiàn)為汽包水位設(shè)定值變化曲線(xiàn)，紫色曲線(xiàn)為汽包水位實(shí)際變化曲線(xiàn)。不難看出，在汽包水位發(fā)生周期性變化時(shí)，汽包實(shí)際變化曲線(xiàn)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。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。 通過(guò) MATLAB/Simulink 對(duì)不同負(fù)荷下給水控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)， 綜合 以上的仿真結(jié)果，可以得出：通過(guò)對(duì)給水控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)所選 PID/PI 調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定，在不同負(fù)荷階段且無(wú)論機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生多么復(fù)雜的擾動(dòng)，控制系統(tǒng)均能快速有效的進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，最終使汽包水位維持在正常工作范圍內(nèi)。故該給水控制系統(tǒng)可以很好地滿(mǎn)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(dòng)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(jì)（論文） 38 第 6 章 全文總結(jié) 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 。 隨之而來(lái)的 ,火電機(jī)組越龐 大 ,其設(shè)備結(jié)構(gòu) 也 就越復(fù)雜 ,自動(dòng)化程度要求也越高 ，使得火電廠(chǎng)運(yùn)行和管理變得而更加困難。因此，為適應(yīng)大容量、高參數(shù)機(jī)組的快速發(fā)展，電廠(chǎng)熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)和提高技術(shù)。截止目前為止，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大型機(jī)組以及在建電廠(chǎng)均已實(shí)現(xiàn)給水控制系統(tǒng)的全程自動(dòng)控制。 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)。概括說(shuō)來(lái)分為以下幾點(diǎn)：（ 1） 300MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段（也就是帶 0%25%額定負(fù)荷）采用單沖量控制系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)給水旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度維持汽包水位的穩(wěn)定，此階段電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速較低；（ 2）升負(fù)荷 25%~30%階段仍采用單沖量給水控制系統(tǒng)控制電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，此階段給水旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度達(dá)到 100%，為下一步單沖量無(wú)擾切換為三沖量創(chuàng)造條件；（ 3）高負(fù)荷階段 (也就是 30%~100%負(fù)荷階段 )采用三沖量給水控制系統(tǒng)，給水旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度始終保持在 100%不變，負(fù)荷達(dá)到要求是汽動(dòng)泵投運(yùn)，并逐漸降低電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)汽動(dòng)泵和電動(dòng)泵之間的無(wú)擾切換， 最終汽動(dòng)泵代替電動(dòng)泵；（ 4）減負(fù)荷階段與上述過(guò)程恰好相反。 第二部分為第 5 章的全部?jī)?nèi)容，其主要內(nèi)容為基于 MATLAB/Simulink 軟件對(duì)第一部分的內(nèi)容進(jìn)行仿真分析，以此為基礎(chǔ)來(lái)檢測(cè)其調(diào)節(jié)性能的品質(zhì)。概括說(shuō)來(lái)分為以下兩點(diǎn)：（ 1）啟動(dòng)和低負(fù)荷階段主要考慮到給水旁路調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)給水勺管之間存在嚴(yán)重的耦合性，故主要目的為對(duì)兩者進(jìn)行解耦，主要手段為通過(guò)MATLAB/Simulink 軟件對(duì)汽包水位的動(dòng)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)。進(jìn)一步，對(duì)優(yōu)化后的控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，從仿真結(jié)果最終得出優(yōu)化后 的控制系統(tǒng)在出現(xiàn)任何擾動(dòng)的情況下均能滿(mǎn)足系統(tǒng)需要。（ 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)。通過(guò)分別對(duì)負(fù)荷產(chǎn)生 100MW、 150MW 階華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 躍變化時(shí)的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出高負(fù)