【正文】 整燃料量，從而保證主汽壓力穩(wěn)定。 圖 13 鍋爐跟隨方式 所以，在鍋爐跟隨系統(tǒng)中，快速的功率響應(yīng)和較大的主汽壓力偏差是同時存在的，這就是由于鍋爐跟隨系統(tǒng)機組功率對汽機側(cè)調(diào)節(jié)作用的響應(yīng)迅速，當負荷要求變化時，本系 統(tǒng)通過改變汽機調(diào)節(jié)閥開度，充分利用機組蓄能，就可以得到機組功率的快速響應(yīng)。為了減小主汽壓力的波動，以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以采用機前壓力的定值與機前壓力的反饋值之間的偏差信號，通過函數(shù)模塊內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 （死區(qū)特性），作用在汽機調(diào)節(jié)器的輸出端。 2．汽機跟隨方式 當機組負荷發(fā)生變化時，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量。如圖 14 所示。功率偏差信號（ NONE）可以看作是暫時改變的汽機調(diào)節(jié)器的給定值，當（ PO PT） 0 時，汽壓給定值降低，汽壓調(diào)節(jié)器發(fā)出開大調(diào)節(jié)閥的指令，增加輸出功率，反之亦然，當函數(shù)模塊 F（ x） =0 時，前饋作用不存在。鍋爐主控制器自動，保證主汽壓，同時接受負荷指令的前饋信號；汽機主控制器自動，保證機組功率。對于單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的評價，主要根據(jù)以下兩方面進行：其一是能否盡快地響應(yīng)電網(wǎng)對機組的負荷要求；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 其二是在內(nèi)、外擾動作用下，機爐控制回路能否協(xié)調(diào)工作和能否使汽壓偏差和功率偏差盡可能減小，如圖 15 所示。 任何一種運行方式的選擇均要求所需要的子系統(tǒng)已被選 擇在自動方式；任何子系統(tǒng)的自動方式的切除，都將導(dǎo)致協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)到與之相適應(yīng)的自動級。 圖 15 協(xié)調(diào)控制方式 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各部分功能介紹 單元發(fā)電機組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。 鍋爐主控 鍋爐定值通過鍋爐主控器設(shè)定，鍋爐主控器可根據(jù)不同的運行方式可以自動或手動。 2． 在汽輪機跟隨方式時，鍋爐主控器可以手操也可以自動，由運行員選擇。 3. 鍋爐跟隨方式，鍋爐主控器只能自動運行，它的輸入信號是壓力定值與汽輪內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 機閥位開度的乘積所代表的直接能量平衡信號。 機組主控 1． 負荷信號 （ 1） 在協(xié)調(diào)和汽輪機跟隨運行方式時，負荷信號由運行人員在 “手動負荷設(shè)定器 ”上 人工設(shè)置。機組上的上述負荷需求信號要受到負荷限值（最大 /最小負荷限值及發(fā)生 RUN BACK、 RUN UP/RUN DOWN 等）對負荷需求設(shè)定值的限制，負荷指令的變化亦要受到人工設(shè)定速率或汽輪機熱應(yīng)力的限制。 （ 2） 鍋爐跟隨方式時，機組負荷指令由汽輪機主控器設(shè)置。 圖 16 負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 與機組負荷相關(guān)的主要運行參數(shù)而引起強迫增（ RUN UP）、 強迫減（ RUN DOWN）；機組負荷超出了主、輔機的安全運行，這種迫降負荷既稱 RUN DOWN；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 當上述各值超出各自運行的下限值時，則要發(fā)生迫升負荷，即 RUN UP。主要輔機故障指：部分風機（送風機、引風機、一次風機）故障、給水泵故障、磨煤機故障、鍋水循環(huán)泵故障等。 3． 機組主控進行操作的內(nèi)容 （ 1） 選擇機組運行方式； （ 2） 設(shè)置機組需求負荷； （ 3） 設(shè)置負荷變動率； （ 4） 設(shè)置機組負荷最大 /最小值； （ 5） 電網(wǎng)調(diào)度信號的切換； （ 6） 電網(wǎng)頻率信號的切換。 16． 68 壓 15 力 定 值 10 MPa 6． 68 5 29 75 100 負荷指令（ %） 圖 17 主汽壓力定值與負荷指令的關(guān)系曲線 汽輪機主控 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 當 DEH 裝置在遠方控制方式時，汽輪機主控才能通過 DEH 起調(diào)節(jié)作用。 2．當選擇了汽輪機跟隨方式，汽輪機進汽壓力在設(shè)定值，實測進汽壓力與設(shè)定值相比較，其偏差經(jīng)汽輪機壓力控制器去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消除壓力偏差的目的。汽輪機調(diào)節(jié)汽門需求位置與實際開度的偏差送到 DEH系統(tǒng)去修正閥位，最后達到平衡 [3]。一般協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可按反饋和前饋回路不同進行分類。 （ 3）按能量平衡分類： ① 直接能量平衡（ DEB） ② 間接能量平衡（ IEB） ① 直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng) 直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是以汽輪機能量平衡需求信號直接對鍋爐輸入能量進行控制的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，基本出發(fā)點是在任何工況下均保證鍋爐能量的輸入與汽輪機能量的需求相平衡。燃煤機內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 組的燃料量如采用給粉機轉(zhuǎn)速或給煤率等信號來直接測量，易受制粉系統(tǒng)延遲、煤質(zhì)變化等諸多干擾的影響。 ② 間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在簡單的機爐控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展的。在 機跟爐系統(tǒng)中，機組輸出功率由鍋爐給定，汽輪機主汽門開度調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。當鍋爐側(cè)產(chǎn)生內(nèi)部擾動時，機前壓力 PT 和輸出功率 N 的變化將引起主汽門開度 ? 和燃料量 B 的同時動作，最終導(dǎo)致輸出功率長時間的波動甚至振蕩，因而機跟爐方式既不適用于帶變動負荷的運行工況，也缺乏有效抑制鍋爐側(cè)內(nèi)部擾動的能力。若沒有考慮機爐對象的耦合性，系統(tǒng)品質(zhì)會不理想；若調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不當，可能會使系統(tǒng)振蕩、不穩(wěn)定。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 第二章 單元機組數(shù)學(xué)模型的動態(tài)分析 單元機組數(shù)學(xué)模型的動態(tài)分析 大型單元機組控制系統(tǒng)是一種多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)，滯后大，受控過程是一個多輸入多輸出過程。只有通過合理的簡化與近似處理，采用理論建模或?qū)嶒灥姆椒?，才能建立起滿足一定精度要求的動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型。如圖 21 所示。 WNT 和 WNB分別為發(fā)電機實發(fā)功率對調(diào)門開度和燃料量的傳遞函數(shù)； WPT 和WPB分別為機前壓力對調(diào)門開度和燃料量的傳遞函數(shù)。 圖 21 單元機組負荷控制對象數(shù)學(xué)模型 在保證上述條件的基礎(chǔ)上，進一步假定： 1．考慮單元機組在額定工況下的小擾動特性，即作為線性系統(tǒng)處理。 在此基本假設(shè)條件下，單元機組受控過程動態(tài)特性可由下式表示： ??????? )()( )()()( SWSW SWSWSW NTPB PTNB內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 單元機組負荷控制 對象的階躍響應(yīng)特性如圖 22 所示： 圖 22 階躍響應(yīng)特性圖 單元機組動態(tài)特性分析： 1．燃燒率 B? 擾動下，主蒸汽壓力 P 和輸出功 N 的動態(tài)特性如下： 當汽輪機調(diào)門開度不變，而 B? 發(fā)生階躍擾動時，主蒸汽壓力 P 和輸出電功率 N 的響應(yīng)曲線如圖 22（ a）所 示。由于汽輪機調(diào)門開度保持不變，進入汽輪機的蒸汽流量增加，從而自發(fā)的限制了汽壓的升高。由于蒸汽流量的增加使汽輪機輸出功率增加，輸出電功率 N 也增加。 2．調(diào)門開度 B? 擾動下主蒸汽壓力 P 和輸出功率 N 的動態(tài)特性如下： 當鍋爐燃燒率 B? 保持不變，而 T? 發(fā)生階躍擾動時，主蒸汽壓力 P 和功率 N 的響應(yīng)曲線如圖 22（ b）所示。由于燃燒率保持不變，所以蒸發(fā)量也不變。最終，蒸汽流量仍恢復(fù)到與燃燒率相適應(yīng)的擾動前的數(shù)值，主蒸汽壓力 P 也逐漸趨于一個較低的新穩(wěn)態(tài)值。最終，輸出功率 N 也隨蒸汽流量恢復(fù)到擾 動前的數(shù)值。通過以上分析，可以看出負荷控制對象的動態(tài)特性的特點是：當汽輪機調(diào)門開度動作時，被控量 N 和 P 的響應(yīng)都很快，即熱慣性小；當鍋爐燃燒率改變時， N 和 P 的響應(yīng)都很慢，即熱慣性大，一快一慢就是機爐對象動態(tài)特性方面存在的較大差異 [8]。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計時，主要針對一個雙輸入、雙輸出的受控對象。 1．在鍋爐控制量 B? 作用下，輸出被控量 TP? 和 N? 的響應(yīng)是一個慢速的慣性過程。 2．由于鍋爐的熱慣性比汽輪發(fā)電機組的慣性大得多，使得輸出被控量 TP? 和 N?對于 B? 的響應(yīng)速度十分接近，表現(xiàn)為傳遞函數(shù)矩陣中 )(SGPB 與 )(SGNB 之間十分相似的特性。其實質(zhì)是利用了機組內(nèi)部的蓄熱，主要是鍋爐內(nèi)部的蓄熱。因而，利用汽輪機調(diào)節(jié)門控制機組輸出功率的方法只是一種有限的、暫態(tài)的策略。因不而，建模的目的以及對模型精度的要求應(yīng)依據(jù)模型應(yīng)用的要求而定。如前所述，單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，把機爐作為一個整體，針對機爐對象的特性，運用反饋、前饋、補償以及多變量解耦等控制理論方法，構(gòu)成功能完備、結(jié)構(gòu)簡單可靠的控制系統(tǒng)。然而若經(jīng)配對選擇，仍存在嚴重耦合，則需要考慮解耦設(shè)計，解耦設(shè)計的基本原理在于設(shè)置一個補償網(wǎng)絡(luò)，用以抵銷存在于各回路間的 關(guān)聯(lián)，以使各被調(diào)量能實現(xiàn)單變量控制。 解耦方法簡介 控制系統(tǒng)解耦的基本原理是設(shè)置一個合理的補償網(wǎng)絡(luò)，分全解耦和單向解耦，所謂全解耦，對于雙變量來說，簡單的來說就是指兩個輸入信號對控制對象能夠分別控制，能夠完全的解除系統(tǒng)之間的耦合，實現(xiàn)完全單相控制；而單相解耦通過補償網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)一個變量的單相控制，不能完全解除系統(tǒng)中的耦合，在實際生產(chǎn)過程中能夠得到比較滿意的控制效果。 串聯(lián)補償法 采用串聯(lián)補償法解耦的多變量控制系統(tǒng)如下圖所示， 圖 31 串聯(lián)解耦系統(tǒng) T調(diào)節(jié)器傳遞矩陣； C補償裝置傳遞矩陣； W被控對象傳遞矩陣； U調(diào)節(jié)器輸出向量； Y被調(diào)量向量； G給定值向量； M擾動向量 W={Wij}為被控對象的傳遞矩陣， C={Cij}為解耦網(wǎng)絡(luò)的傳遞矩陣，對于 C 的設(shè)要求使其經(jīng)解耦后系統(tǒng)的等效對象的傳遞矩陣 WB={Weij}為對角矩陣。（ 4）單向解耦 1．串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu) 以雙輸入雙輸出系統(tǒng)為例，在被控對象的輸入側(cè)串聯(lián)一個補償網(wǎng)絡(luò)，如圖 32 所內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 18 示，這種補償方式稱之為串聯(lián)前補償結(jié)構(gòu)。 串聯(lián)前補償解耦可以消除定值 x 擾動時對其它回路被調(diào)量的影響，但不能對發(fā)生內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 19 在對象輸入側(cè)的擾動 ? 實現(xiàn)解耦。 2．帶調(diào)節(jié)器的串聯(lián)前的補償結(jié)構(gòu)，這種解耦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。12 RRR ? 112139。12R 、 39。12 GGRRR ??? 2221112139。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖34 所示。對于實際系統(tǒng)輸出和而言，仍將受到內(nèi)擾 u 的交叉干擾。 由解耦網(wǎng)絡(luò) A 組成反饋解耦回路，由于調(diào) 節(jié)器輸出向量 U 和擾動向量 M 具有相同通道。解耦網(wǎng)絡(luò) A 可等效成串聯(lián)解耦網(wǎng)絡(luò)，然后借助 串聯(lián)解耦網(wǎng)絡(luò)的計算來求出。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 35 反饋補償控制系統(tǒng)框圖 所以不難看出： 圖 36 反饋解耦系統(tǒng)等效框圖 1()eA I A =+ 由于 ： ee WAW ?? 則： )( AIWW e ?? 其中， We—解耦后等效對象傳遞矩陣。由此上述式中： ????????1121)1(naaA?2121naa?1?nna??????????121?nnaa 所以根據(jù)上述式子不難得出： 1eA A I= （ 311） 和差補償法 以上所介紹的幾種解耦方法，在理論上具有較好的解耦效果，但實際上，常 遇到以下問題：一是所設(shè)計的解耦補償環(huán)節(jié)，經(jīng)常是在物理上不可實現(xiàn)的。這不僅使之實現(xiàn)有困難，而且當對象中的參數(shù)變化而造成數(shù)學(xué)模型的改變時，可能造成系統(tǒng)開環(huán)不穩(wěn)定，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 從而帶來控制上的困難。 以下以一個具有兩個輸入和兩個輸出的對象為例，如圖 37 所示。1 ykyy ?? 21239。239。 由此可得： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 23 ?????????1121222121wwkwwk （ 314） 則有： ???????????????????????112112222221121139。100WWWW