【正文】 足 汽 輪 機(jī) 的 需 求 ， 從 而 使 主 汽 壓 力 大 幅 度 變 化 ， 降 低了 控 制 質(zhì) 量 。 機(jī) 擾 動(dòng) 對(duì) 鍋 爐 的 耦 合 特 性直 流 鍋 爐 汽 水 一 次 性 循 環(huán) 特 性 ， 使 超 臨 界 鍋 爐 動(dòng) 態(tài) 特 性 受 末 端 阻 力 的 影 響 遠(yuǎn)比 鍋 筒 式 鍋 爐 大 。 當(dāng) 汽 機(jī) 主 汽 閥 開(kāi) 度 發(fā) 生 變 化 ， 影 響 了 機(jī) 組 的 功 率 ,同 時(shí) 也 直接 影 響 了 鍋 爐 出 口 末 端 阻 力 特 性 ,改 變 了 鍋 爐 的 被 控 特 性 ,由 于 沒(méi) 有 汽 包 的 緩 沖 ，汽 機(jī) 側(cè) 對(duì) 直 流 鍋 爐 的 影 響 遠(yuǎn) 大 于 對(duì) 汽 包 鍋 爐 的 影 響 。 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 。 爐 燃 料 擾 動(dòng) 對(duì) 壓 力 、 溫 度 、 功 率 的 影 響燃 料 發(fā) 生 變 化 時(shí) ， 由 于 加 熱 段 和 蒸 發(fā) 段 縮 短 ， 鍋 爐 儲(chǔ) 水 量 減 少 ， 在 燃 燒 率 擾動(dòng) 后 經(jīng) 過(guò) 一 個(gè) 較 短 的 延 遲 蒸 汽 量 會(huì) 向 增 加 的 方 向 變 化 ， 當(dāng) 燃 燒 率 增 加 時(shí) ， 一 開(kāi)始 由 于 加 熱 段 蒸 發(fā) 段 的 縮 短 而 使 蒸 發(fā) 量 增 加 ， 也 使 壓 力 、 功 率 、 溫 度 增 加 。 水 擾 動(dòng) 對(duì) 壓 力 、 溫 度 、 功 率 的 影 響當(dāng) 給 水 流 量 擾 動(dòng) 時(shí) ， 由 于 加 熱 段 、 蒸 發(fā) 段 延 長(zhǎng) 而 推 出 一 部 分 蒸 汽 ， 因 此 開(kāi) 始?jí)?力 和 功 率 是 增 加 的 ， 但 由 于 過(guò) 熱 段 縮 短 使 汽 溫 下 降 ， 最 后 雖 然 蒸 汽 流 量 增 加但 壓 力 和 功 率 還 是 下 降 ， 汽 溫 經(jīng) 過(guò) 一 段 時(shí) 間 的 延 遲 后 單 調(diào) 下 降 ， 最 后 穩(wěn) 定 在 一個(gè) 較 低 的 溫 度 上 。 控 參 數(shù) 之 間 的 耦 合 關(guān) 聯(lián)在 直 流 鍋 爐 中 ， 壓 力 控 制 是 最 重 要 的 被 控 對(duì) 象 ， 因 為 壓 力 的 變 化 不 僅 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 。 從 上 面 的分 析 可 以 看 出 ， 直 流 鍋 爐 的 一 次 循 環(huán) 特 性 ， 使 機(jī) 組 的 主 要 控 制 參 數(shù) 功 率 、 壓 力 、溫 度 均 受 到 了 汽 機(jī) 調(diào) 門(mén) 開(kāi) 度 、 燃 料 量 、 給 水 量 的 影 響 。 從 而 也 說(shuō) 明 直 流 鍋 爐 是一 個(gè) 三 輸 入 /三 輸 出 相 互 耦 合 關(guān) 聯(lián) 極 強(qiáng) 的 被 控 特 性 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 15 頁(yè) 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~ 間 。 超 臨 界 機(jī) 組 實(shí)際 運(yùn) 行 在 超 臨 界 和 亞 臨 界 兩 種 工 況 下 。 在 亞 臨 界 運(yùn) 行 工 況 下 ， 給 水 具 有 加 熱 段 、蒸 發(fā) 段 與 過(guò) 熱 段 三 大 部 分 ； 而 在 超 臨 界 運(yùn) 行 工 況 下 ， 由 于 汽 水 的 密 度 相 同 ， 水在 瞬 間 轉(zhuǎn) 化 為 蒸 汽 。 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 。 因 此 在超 臨 界 運(yùn) 行 方 式 和 亞 臨 界 運(yùn) 行 方 式 機(jī) 組 具 有 完 全 不 同 的 控 制 特 性 ， 是 復(fù) 雜 多 變的 被 控 對(duì) 象 ， 遠(yuǎn) 比 常 規(guī) 的 亞 臨 界 機(jī) 組 難 于 控 制 。3． 燃 水 比 難 于 控 制超 臨 界 機(jī) 組 控 制 的 重 點(diǎn) 在 于 鍋 爐 的 燃 水 比 調(diào) 節(jié) 。 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(lái) 作 為 燃 水 比 調(diào) 節(jié) 的 反 饋 量 。 與 汽 包 鍋爐 機(jī) 組 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 相 比 ， 超 臨 界 機(jī) 組 給 水 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 類 型 繁 多 ， 但 現(xiàn) 有 控 制 方 案 仍各 有 不 足 ， 不 能 滿 足 變 壓 運(yùn) 行 與 大 范 圍 負(fù) 荷 變 化 的 要 求 。 超 臨 界 機(jī) 組 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 數(shù) 學(xué) 模 型超 臨 界 單 元 機(jī) 組 可 以 看 成 一 個(gè) 三 輸 入 三 輸 出 的 多 變 量 調(diào) 節(jié) 對(duì) 象 , 如 圖 27所 示 。 考 慮 鍋 爐 主 要 調(diào) 節(jié) 量 (汽 機(jī) 調(diào) 門(mén) 開(kāi) 度 181。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 。圖 27 超 臨 界 機(jī) 組 控 制 系 統(tǒng) 的 輸 入 、 輸 出由 于 汽 機(jī) 閥 門(mén) 開(kāi) 度 對(duì) 中 間 點(diǎn) 焓 值 影 響 很 小 可 以 近 似 忽 略 。 給 水 量 對(duì) 汽 輪 機(jī) 功率 影 響 不 大 也 可 忽 略 不 計(jì) 。 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(shuō)明書(shū)（論文）第 16 頁(yè) 圖 28 某 廠 1000MW 燃 煤 機(jī) 組 在 100%負(fù) 荷 上 的 動(dòng) 態(tài) 數(shù) 學(xué) 模 型一 、 超 臨 界 機(jī) 組 數(shù) 學(xué) 模 型 的 建 立模 型 的 選 取 與 編 碼 ??04在 100 %負(fù) 荷 下 的 汽 輪 機(jī) 調(diào) 節(jié) 閥 開(kāi) 度 、 給 水 量 W、 給 煤 量 B 作 為 辨T?識(shí) 輸 入 數(shù) 據(jù) , 主 汽 壓 力 P、 汽 輪 機(jī) 實(shí) 際 輸 出 功 率 N、 由 汽 水 分 離 器 出 口 壓 力 (中 間 點(diǎn) 壓 力 ) 和 汽 水 分 離 器 出 口 溫 度 (中 間 點(diǎn) 溫 度 ) 經(jīng) 華 北 電 力 大 學(xué) 能 源 與 動(dòng)力 工 程 系 開(kāi) 發(fā) 的 水 和 水 蒸 汽 I APWS 97 標(biāo) 準(zhǔn) 計(jì) 算 程 序 計(jì) 算 得 到 的 中 間 點(diǎn) 焓 值H 分 別 作 為 辨 識(shí) 輸 出 數(shù) 據(jù) 。 （ 7）???????????????? BGPNT?33221200根 據(jù) 熱 工 過(guò) 程 階 躍 響 應(yīng) 曲 線 和 超 臨 界 機(jī) 組 動(dòng) 態(tài) 特 性 、(s)G(s)1為 ：、(s)G2(s)23 (8)))(1K21 ??sTs (9))1((s) 5432 s (10)))(17631 ssG南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 17 頁(yè) (11))1)((Ks)9842 ??sTsG (12))(12110523 ?s (13)))((s) 151413632??TssT (14))(K1817163 ?sG本 文 辨 識(shí) 所 用 到 的 數(shù) 據(jù) 均 來(lái) 自 某 1 000MW 超 臨 界 機(jī) 組 運(yùn) 行 的 實(shí) 際 現(xiàn)(s)場(chǎng) 熱 工 數(shù) 據(jù) 。 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 。 數(shù) 據(jù) 的 采 樣 周 期 為 3 s , 共 600 組 。 本 文 使 用 的 量 綱 為 : 功 率 N: MW。 主 汽 壓 力 P: MPa 。 中 間 點(diǎn) 焓值 H: kJ/kg 。 給 煤 量 B: t /h 。 給 水 量 W:t /h。 對(duì) 各 組 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 去 噪 處 理 后 通 過(guò)編 程 對(duì) 被 控 對(duì) 象 進(jìn) 行 多 變 量 系 統(tǒng) 的 整 體 辨 識(shí) 。 數(shù) 據(jù) 的 去 噪 采 用 軟 閾 值 處 理 方 法 。例 如 給 煤 量 數(shù) 據(jù) 去 噪 MATLAB 實(shí) 現(xiàn) 語(yǔ) 句 為 :M=3。X=wden(B,’rigrsure’,’s’,m’ln’,M, ’sym4’)。采 用 上 述 自 適 應(yīng) 遺 傳 系 統(tǒng) 辨 識(shí) 方 法 進(jìn) 行 辨 識(shí) ， 辨 識(shí) 結(jié) 果 為 ：BestS=, , , , , , , , 45,8783, , , , , , , , , , , , , , , , 即 100%負(fù) 荷 下 的 傳 遞 函 數(shù) 為 ： （ 15）1)s1)(.()sG1 ???s （ 16）(. （ 17）)1758.)(()21 ????ss （ 18）南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 18 頁(yè) （ 19）))()((530)23 ????ssssG （ 20）..14832 （ 21）)987.)()(80.(3 ????? sss分 別 對(duì) 汽 機(jī) 調(diào) 門(mén) 開(kāi) 度 階 躍 變 化 +1， 給 煤 量 階 躍 變 化 +1t/h,則 在 100%工 況下 功 率 、 主 汽 壓 力 、 中 間 點(diǎn) 焓 值 輸 出 響 應(yīng) 分 別 如 圖 2 210 所 示 。 汽 機(jī) 調(diào) 門(mén) 開(kāi) 度 階 躍 變 化 +1%響 應(yīng) 曲 線 ， 如 圖 29 所 示 ：T?(a)功 率 響 應(yīng) 曲 線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 19 頁(yè) (a) 壓 力 響 應(yīng) 曲 線圖 29 汽 機(jī) 調(diào) 門(mén) 開(kāi) 度 階 躍 變 化 +1%響 應(yīng) 曲 線 給 煤 量 B 階 躍 變 化 +1t/h 響 應(yīng) 曲 線 ， 如 圖 210 所 示(a) 功 率 響 應(yīng) 曲 線(b) 壓 力 響 應(yīng) 曲 線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 20 頁(yè) (c) 中 間 點(diǎn) 焓 值 響 應(yīng) 曲 線圖 210 給 煤 量 階 躍 變 化 +1t/h 響 應(yīng) 曲 線通 過(guò) 圖 210 與 圖 26 的 比 較 發(fā) 現(xiàn) ， 此 處 選 擇 的 數(shù) 學(xué) 模 型 的 階 躍 響 應(yīng) 曲 線 與超 臨 界 機(jī) 組 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 基 本 有 一 致 ， 是 符 合 超 臨 界 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 數(shù) 學(xué) 模 型 。 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(shuō) ， 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) 。 但 由 于 受 控 對(duì) 象 數(shù) 學(xué) 模 型 的 精 度 不 高 、控 制 器 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 、 設(shè) 計(jì) 方 法 不 便 于 工 程 技 術(shù) 人 員 掌 握 等 條 件 限 制 ， 目 前 直 接 按照 多 變 量 控 制 系 統(tǒng) 分 析 設(shè) 計(jì) 理 論 進(jìn) 行 單 元 機(jī) 組 協(xié) 調(diào) 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 與 綜 合 ， 還處 于 初 級(jí) 階 段 。 但 隨 著 多 變 量 控 制 技 術(shù) 的 發(fā) 展 與 完 善 及 計(jì) 算 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 廣 泛南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 21 頁(yè) 應(yīng) 用 ， 這 一 問(wèn) 題 將 逐 步 得 到 解 決 。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 。 一 種 簡(jiǎn) 單 、 有 效 解 決 方 法 是 對(duì) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 解 耦 。 解 耦 的 本 質(zhì) 在 于 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 計(jì)算 網(wǎng) 絡(luò) ， 用 它 去 抵 消 過(guò) 程 中 的 關(guān) 聯(lián) ， 以 保 證 各 個(gè) 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) 能 獨(dú) 立 工 作 。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(mén) 開(kāi) 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 。 ???????????????? BGGPNT?3322211202221B?T?232W? 33GH1)s1)(.(6)s1 ??(.?)1758.)(()21 ????s ))()(()23 ???sss 32?sG)1987.)()(80.(3 ????ss一 、 三 輸 入 三 輸 出 的 相 對(duì) 增 益 相 對(duì) 增 益 ： 是 一 個(gè) 尺 度 ， 用 來(lái) 衡 量 一 個(gè) 預(yù) 先 選 定 的 調(diào) 節(jié) 量 μj 對(duì) 一 個(gè) 特 定的 被 調(diào) 量 yi 的 影 響 。對(duì) 于 一 個(gè) 三 輸 入 三 輸 出 的 多 變 量 系 統(tǒng) ， 假 設(shè) y 是 包 含 系 統(tǒng) 所 有 被 調(diào) 量南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 22 頁(yè) yi(y1=N 。 y2=P。 y3=H)的 列 向 量 ， μ