【正文】 通過分別對負(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)荷會(huì)。進(jìn)一步，對優(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)的情況下均能滿足系統(tǒng)需要。 第二部分為第 5 章的全部內(nèi)容，其主要內(nèi)容為基于 MATLAB/Simulink 軟件對第一部分的內(nèi)容進(jìn)行仿真分析，以此為基礎(chǔ)來檢測其調(diào)節(jié)性能的品質(zhì)。 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 章的全部內(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)。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)。 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 。 通過 MATLAB/Simulink 對不同負(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：通過對給水控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并對所選 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)。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。 圖 534 汽包水位正弦波響應(yīng)曲線 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 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 533 增加隨機(jī)擾動(dòng)及負(fù)荷變化的響應(yīng)曲線 通過比較圖 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。從圖中可以看出，汽包實(shí)際 水位變化曲線的最大偏差不超過 30mm,且可以在較短時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，說明該控制系統(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。 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 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。 圖 528 水位擾動(dòng)曲線 在上述工況下，保持其他條件不變，在原來的基礎(chǔ)之上增加隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)后的汽包水位擾動(dòng)曲線如圖 529 所示。 圖 525 優(yōu)化后的汽包水位響應(yīng)曲線 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。 ,汽包水位動(dòng)態(tài)特性 W32 表現(xiàn)為有起始慣性的無自平衡能力環(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。 ,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 。 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 。來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)。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 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。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。 圖 522 增加隨機(jī)擾動(dòng)后，汽包水位擾動(dòng)響應(yīng)曲線 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， 對于 控制系統(tǒng)來說，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)，說明其具有很好地調(diào)節(jié)作用，那么對于其他形式的干擾便很容易克服。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)曲線如圖 522所示。 圖 521 汽包水位擾動(dòng)曲線 （ 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。圖中黃色曲線為汽包水位設(shè)定值，振幅為100mm,紅色曲線為汽包水位的實(shí)際變化曲線。 （ 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。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。由圖中可以看出，其超調(diào)量不超過 10%，說明調(diào)節(jié)作用較好。因此說明優(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 518 （ a）給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差擾動(dòng)響應(yīng)曲線 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 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。圖中黃色曲線為給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差設(shè)定值，紅色曲線為調(diào)節(jié)閥壓差時(shí)間實(shí)際變化曲線。 圖 517 （ a） PI 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） 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 516 所示，為仿真規(guī)程中所加的隨機(jī)擾動(dòng)信號(hào)，其作用是測試給水控制系統(tǒng)抗干擾能力。 圖 510 調(diào)節(jié)閥壓差控制系統(tǒng)建模 仿真結(jié)果如圖 511 所示： 圖 511 調(diào)節(jié)閥壓差控制系統(tǒng)仿真響應(yīng)曲線 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 512 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 結(jié)論：如圖 512 所示，為調(diào)節(jié)閥壓差控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置，由圖 511的仿真結(jié)果可以看出，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置良好。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 59 低負(fù)荷時(shí)優(yōu)化后的控制方案 在圖 59 中， Gain1 為 1， Gain2 為 1， Gain3 為 1， Gain 為 ， Delay1 為6s,Delay2 為 3s,Delay 為 10s,Delay3 為 40s。 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)相對獨(dú)立。 （ 3） W21 為電動(dòng)泵勺管擾動(dòng)時(shí)對給水旁路調(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。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 54 開環(huán)控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線 在圖 54 中，黃色曲線為單位階躍信號(hào)（也就是輸入信號(hào)），紅色曲線為汽包水位響應(yīng)曲線。 （ 2） W12 為給水旁路調(diào)節(jié)閥發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，對汽包水位的影響，其仿真模型如下圖： 圖 53 給水旁路調(diào)節(jié)閥擾動(dòng)下的水位動(dòng)態(tài)特性建模 如圖 53 為給水旁路調(diào)節(jié)閥擾動(dòng)下水位動(dòng)態(tài)特性模型，輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)，延遲時(shí)間為 40S,仿真 步長為 300s。圖（ a）中黃色曲線為單位階躍信號(hào)的響應(yīng)曲線，圖（ b）中黃色信號(hào)為單位階信號(hào)，紅色曲線為汽包水位變化曲線。當(dāng)電動(dòng)給水泵勺管發(fā)生擾動(dòng)時(shí) ,汽包水位動(dòng)態(tài)特性 W11 表現(xiàn)為有起始慣性的無自平衡能力環(huán)節(jié) ,給水旁路調(diào)節(jié)閥前后差壓動(dòng)態(tài)特性 W21 表現(xiàn)為延遲性的一階慣性環(huán)節(jié) ,它們對應(yīng)的傳遞函數(shù)分別為 :[6] ?10211 esW ?? （ 1） ?621 ??? SW （ 2） 與上述相同工況下 ,維持電動(dòng)給水泵勺管開度在 40%不變 ,對給水旁路調(diào)節(jié)閥進(jìn)行 10%開度的階躍擾動(dòng) ,計(jì)算出給水旁路調(diào)節(jié)閥擾動(dòng)下汽包水位動(dòng)態(tài)特性 W12華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 及其前后差壓動(dòng)態(tài)特性 W22 分別為 :[6] seW 4012 ??? ? ? （ 3） ?322 e130 ???? SW （ 4） 仿真系統(tǒng)的分析 在 低負(fù)荷階段，用 Simnlink 軟件分別對 W1 W2 W1 W22 進(jìn)行仿真分析： （ 1） W11 為電動(dòng)給水勺管發(fā)生擾動(dòng)時(shí)對汽包水位的影響，現(xiàn)給出仿真模型如下： （ a） 開環(huán)控制系統(tǒng) （ b） 閉環(huán)控制系統(tǒng) 圖 51 電動(dòng)給水勺管擾動(dòng)下水位動(dòng)態(tài)特性 如圖 51 所示為電動(dòng)給水勺管擾動(dòng)下水位動(dòng)態(tài)特性，輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)，延遲時(shí)間為 10S,（ a）圖仿真步長為 300s,（ b）圖仿真步長為 1500s,汽包水位動(dòng)態(tài)特性呈現(xiàn)出有起始慣性且無自平衡能力的特性。本設(shè)計(jì)使用 Simulink 軟件，對影響汽包水位和給水旁路調(diào)節(jié)閥壓差的各個(gè)控制對象的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行建模，減少兩個(gè)控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系，以獲取最佳控制方案和參 數(shù)。然而，這種控制方式的缺點(diǎn)是，給水旁路調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)給水勺管都會(huì)對汽包水位產(chǎn)生影響。 存在的機(jī)組主要問題及任務(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。 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]，針對現(xiàn)存火力發(fā)電廠存在的一些問題提出可行性優(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。不過，當(dāng)啟動(dòng)或負(fù)荷腳低時(shí)，給水泵流量較小，泵的效率不高，再加上冷卻不足，將造成給水泵的氣蝕。 此過程中控制操作順序與上述過程正好相反，此外，還應(yīng)在各負(fù)荷切換時(shí)增加 2%的不靈敏區(qū)，目的是當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)引起的控制系統(tǒng)來回切換時(shí)，避免系統(tǒng)設(shè)備頻繁變化影響機(jī)組設(shè)備的安全性與經(jīng)濟(jì)性。然后電泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)速控制 M/A 站換成手動(dòng)，流量很小時(shí)直接關(guān)閉出口閥門，電動(dòng)泵停止運(yùn)行。這時(shí)候水位還是由電泵自動(dòng)控制。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速超過額定值后，小汽機(jī)投遙控方式以便在其 M/A 站上直接控制轉(zhuǎn)速。 三沖量水位調(diào)節(jié)器 PID4 把汽包水位實(shí)際值與設(shè)計(jì)值的偏差進(jìn)行運(yùn)算，目的是使水位維持不變，該調(diào)解器輸出的指令將變成給水量設(shè)定值的另一部分。當(dāng)來自給水流量的反饋信號(hào)進(jìn)入到 PID3，調(diào)節(jié)器能過在給水流量發(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)。這個(gè)階段三沖量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速?？刂破鬏敵龅闹噶罱?jīng)過電動(dòng)泵M/A 站進(jìn)入到電動(dòng)泵給水勺管，自動(dòng)控制電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，最終水位穩(wěn)定在一個(gè)。這時(shí)候給水