【正文】 錄一 外文文獻(xiàn) 附錄二 中文翻譯 附錄三 選題申報(bào)表 附錄四 開題報(bào)告 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 MATLAB 的 300MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析 摘 要 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 。 從而需要對(duì)不同負(fù)荷狀態(tài)下的汽包水位變化情況進(jìn)行仿真，以此來得到各調(diào)節(jié)器的最佳整定參數(shù)，更好的實(shí)現(xiàn)機(jī)組給水全程自動(dòng)控制。 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。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單沖量到三沖量無擾切換，且保證泵在安全范圍內(nèi)工作，較之優(yōu)化前可以更好的完善給水控制系統(tǒng)，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 and in different load operation, The need for water supply equipment is not the same, so the control mode is also different. So it is necessary to simulate the change of the water level of the drum under different load conditions, so as to obtain the optimal setting parameters of each regulator, and realize the automatic control of the whole water supply of the unit. The main task of this design is to design and simulate the water supply control system of the 300 MW unit to obtain the best regulator parameters and optimize the control scheme to achieve better control of the water supply control system. The ultimate goal is to improve the unit Of the economy and security. Based on the design and simulation of water supply control system, this design is based on the design of water supply control system of 300MW unit. At the same time, the low load stage and high load stage of the water supply control system 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。 water supply control system。 design。 隨之而來的 ,火電機(jī)組越 龐 大 ,其設(shè)備結(jié)構(gòu) 也 就越復(fù)雜 ,使得火電廠運(yùn)行和管理變得而更加困難。 我國(guó)最近幾年新建的 300MW 火電機(jī)組基本上都采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的分散控制系統(tǒng) （ DCS） ,對(duì)全廠各個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視和控制 [1]。汽包水位的高低決定了鍋爐和汽輪機(jī)能否安全正常的工作。嚴(yán)重時(shí)，出口蒸汽攜帶大量水分，使得過熱氣溫急劇變化，影響機(jī)組安全性。 [2] 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前 ,由于鍋爐 容量的 不斷 增大和 蒸汽 參數(shù)的 不斷 提高 ,導(dǎo)致在鍋爐運(yùn)行 過程中需要監(jiān) 測(cè) 和控制的 參數(shù) 越來越多 。 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 。 因此 ，這個(gè)階段通常 采用單沖量給水控制 ，該控制系統(tǒng)通過 給水 旁路 調(diào)節(jié)閥 來控制 汽包水位 。 目前，國(guó)內(nèi)大型機(jī)組基本上全部采用分散控制系統(tǒng)（ DCS） ,并且在對(duì) DCS系統(tǒng)進(jìn)行改造之后機(jī)組的自動(dòng)化水平得到了更大的提升。 本設(shè)計(jì)的主要意義 本設(shè)計(jì)的意義主要有以下兩個(gè)方面： （ 1）汽包水位受到給水流量和鍋爐蒸發(fā)量的共同作用，而鍋爐負(fù)荷決定鍋爐蒸發(fā)量。汽包水位的高低決定了鍋爐和汽輪機(jī)能否安全正常的工作。嚴(yán)重時(shí)，分離器出口蒸汽攜帶大量水分，使得過熱氣溫變化太快，危及機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性。然而汽包容積卻相對(duì)減少。因此，火電廠給水控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制非常有必要。 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。 第三章對(duì)給水 調(diào)節(jié) 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 進(jìn)行了 深入的探討 ,分析了影響汽包水位各種擾動(dòng)因素和產(chǎn)生擾動(dòng)的機(jī)理 ， 同時(shí) 用 Simulink 軟件 對(duì)產(chǎn)生各種干擾后汽包水位變化進(jìn)行了初步的仿真； 第四章 對(duì) 300MW單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括啟動(dòng)、沖轉(zhuǎn)及帶 25%負(fù)荷運(yùn)行、 25%30%負(fù)荷、 30%100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)及其閥門切換和給水泵之間的切換。 第六章總結(jié)全文。 大型機(jī)組一般采用全程給水控制系統(tǒng) 。 給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 鍋爐 給水控制系統(tǒng)的任務(wù) 有兩個(gè)：（ 1）保證 汽包水位在 正常工作 范圍內(nèi) 變化；（ 2）保證 給水 流 量與鍋爐蒸發(fā)量 相 平衡。 鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面（在鍋爐運(yùn)行過程中）： （ 1） 保證汽包水位始終處于正常工作范圍之內(nèi)； （ 2） 保證變速給水泵在正安全工作范圍內(nèi)； （ 3） 設(shè)計(jì)鍋爐水循環(huán)管路和省煤器保護(hù)措施，保證二者在給水過程中能安 全工作。水位是靠調(diào)節(jié)給水流量來維持的，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。顯然，自動(dòng)給水控制系統(tǒng)比常規(guī)給水控制要復(fù)雜，因此對(duì)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)有一些特殊的要求： [3] （ 1） 從鍋爐啟動(dòng)到正常運(yùn)行的過程中，蒸汽參數(shù)和鍋爐負(fù)荷波動(dòng)范圍很大。 （ 2） 目前運(yùn)行中的火電機(jī)組，通常通過改變變速給水泵的轉(zhuǎn)速來控制給水流量。 （ 3） 如前所述，不同負(fù)荷階段鍋爐給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性不同，故在高、低不同負(fù)荷時(shí)需要采用不同的控制系統(tǒng) 。在高負(fù)荷階段和機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，則采用三沖量控制方式。 （ 5） 在給水控制系統(tǒng)中，無論多種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還是高、低負(fù)荷之間的不同調(diào)節(jié)閥門都必須解決切換問題。 （ 6） 給水控制系統(tǒng)需要滿足鍋爐在定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行時(shí)，能夠很好適應(yīng)冷態(tài)啟動(dòng)和熱態(tài)啟動(dòng)。 汽包水位由汽包內(nèi)的存水量和水面以下的汽包容積共同決定，而汽包的儲(chǔ)水量和水下容積又受到給水流量、鍋爐蒸發(fā)量、汽包壓力、爐膛熱負(fù)荷等因素的影響，所以以上各影響因素均為給水控制對(duì)象的擾動(dòng)。 給水流量擾動(dòng)對(duì)水位的影響 給水 流 量的擾動(dòng)是來自控制側(cè)的擾動(dòng)， 故 稱 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 。 當(dāng)給水流量突然增加 時(shí) ， 加上 給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng) 給水 進(jìn) 入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量下降，水面以 下的汽泡總體積相應(yīng)減小， 所以在擾動(dòng)初期汽包水位不會(huì)立即升高。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。 圖 32 給水流量擾動(dòng)對(duì)水位的影響建模仿真 仿真結(jié)果如下： 汽 包 水 位 仿真時(shí)間 圖 33 汽包水位變化曲線 圖 33 中，縱坐標(biāo)表示汽包水位 /mm,橫坐標(biāo)表示仿真時(shí)間 /s。在給水流量擾動(dòng)下，可以認(rèn)為實(shí)際 水位變化曲線為藍(lán)色曲線和黃色曲線的合成。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 34 響應(yīng)速度增加后給水流量擾動(dòng)對(duì)水位的影響建模仿真 汽 包 水 位 仿真時(shí)間 圖 35 響應(yīng)速度增加后汽包水位變化曲線 比較圖 3圖 35 可以得出，當(dāng)階躍相同時(shí)，得到的仿真結(jié)果卻不同，表 明控制對(duì)象特性不同時(shí)，得到的水位變化曲線不同。 蒸汽流量擾動(dòng)對(duì)水位的影響 輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化 是 蒸汽流量擾動(dòng) 的 主要 來源 ， 因此蒸汽流量擾動(dòng) 屬 于 外部擾動(dòng)。 由于汽包水位對(duì)象是無自平衡的，蒸汽流量增大也就是負(fù)荷增大，汽輪機(jī)用氣量 增加，此時(shí)汽包水位按積分規(guī)律下降，如圖 37 藍(lán)色曲線所示。實(shí)際水位變化曲 線（圖 37 中紅色曲線）則為二者的合成。 當(dāng)汽包容積與機(jī)組負(fù)荷相匹配且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，汽包水位僅由物質(zhì)平衡關(guān)系決 定，此時(shí)水位隨負(fù)荷增大而下降，呈現(xiàn)無自平衡特性。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)。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)水位的影響 當(dāng)燃料量 發(fā)生 擾動(dòng)時(shí)， 一定會(huì)導(dǎo)致 蒸汽量 也跟著 變化 。如果 汽輪機(jī) 的 負(fù)荷 保持 不 變，那么 在 爐膛熱負(fù)荷 不斷 增加 的情況下 ，鍋爐出口壓力提高， 使得 蒸汽流量 也 跟著 增加， 因?yàn)?蒸汽量的變化 也會(huì)造 成 “虛假水位 ”的現(xiàn)象，即水位先上升，隨 后再下降，但是燃料量的增大 速度較 緩慢，而且 水位 還慢慢上升，它將使汽泡體 積減小。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了詳盡的分析研究。 由 前面的 分析可 得出：（ 1） 給水量擾動(dòng)下 汽包 水位響應(yīng)過程具有延遲 性 ； （ 2） 蒸汽流量 擾