【正文】 5 補(bǔ)償鍋爐側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng) ...................................................... 16 補(bǔ)償汽機(jī)側(cè)擾動(dòng)的爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng) ..................................................... 17 實(shí)現(xiàn)雙向補(bǔ)償?shù)臓t跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng) ......................................................... 17 單元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成 .................................................................................... 18 第 5 章協(xié)調(diào)系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn) ............................................................................................... 21 負(fù)荷的形成 ......................................................................................................... 21 東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 鍋爐主控制器 ..................................................................................................... 24 汽輪機(jī)主控制器 ................................................................................................. 24 控制方式 ............................................................................................................. 24 邏輯控制 ............................................................................................................. 25 鍋爐基本控制方式選擇邏輯 .................................................................. 27 汽輪機(jī)基本控制方式選擇邏輯 .............................................................. 27 功率控制方式 .......................................................................................... 28 總結(jié) ......................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。集中化的工藝畫面、參數(shù)顯示給操作人員和運(yùn)行人員帶來(lái)了很大的方便 。同時(shí)基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理使得一些新的控制理論和控制算法能夠很方便的應(yīng)用與生產(chǎn)實(shí)際中。常規(guī)的機(jī)爐局部控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一，適應(yīng) 不同運(yùn)行方式和工況的能力也比較差。但是由于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是一個(gè)多變量被控對(duì)象，具有非線性、參數(shù)時(shí)變、大遲延等特性。因此，需要對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象特性及控制策略進(jìn)行深入研究。單元機(jī)組控制的 任務(wù)是使機(jī)組負(fù)荷緊密跟蹤外界負(fù)荷需求，并保持汽機(jī)前汽壓穩(wěn)定。單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)充分利用鍋爐蓄熱能力及汽機(jī)調(diào)節(jié)的快速性，既保證了機(jī)組能比較快速的適應(yīng)負(fù)荷的變化，又不致使主汽壓力波動(dòng)較大 [1]。這里的負(fù)荷升降速率指有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)指令處理賄賂給出的，機(jī)組能夠接受的負(fù)荷指令變化速率。 1． 控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)便于整定和維護(hù)。機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行被控對(duì)象發(fā)生改變時(shí)，也能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)試保東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 證系統(tǒng)性能指標(biāo)。在不同工況下，機(jī)組有不同運(yùn)行目標(biāo)。不同方式之間能勿擾切換。如過(guò)熱氣溫、再熱氣溫、汽包水位及鍋爐、汽輪機(jī)熱應(yīng)力等。另一種是從能量平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為直接能量平衡(DEB)和間接能量平衡系統(tǒng) (IEB)兩大類。通常把機(jī)前壓力 P:作為鍋爐輸出能量與汽機(jī)需求能量之間平衡的特征參數(shù)。通過(guò)構(gòu)造出能量平衡信號(hào)，并以此直接控制能量輸入的系統(tǒng)，稱為直接能量平衡系統(tǒng) ??2 。這類系統(tǒng)通常具有以下局限性 : 1． 間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往是在機(jī)爐獨(dú)立控制回路的基礎(chǔ)上加入前饋控制。因此無(wú)法考慮系統(tǒng)的不確定性擾動(dòng)、非線性等因素。 2． 鍋爐系統(tǒng)的大時(shí)延、大慣性等問(wèn)題沒(méi)有充分的考慮。 3． 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定一般基于特定的工作點(diǎn)線性化處理，沒(méi)有考慮動(dòng)態(tài)非線性及大范圍適應(yīng)性等。 第 2 章 控制系統(tǒng)概述 3 第 2 章控制系統(tǒng)概述 發(fā)電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念及特點(diǎn) 火電廠熱力設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括鍋爐、汽機(jī)及其輔助設(shè)備等部分的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂控制系統(tǒng)是一種解決大系統(tǒng)控制問(wèn)題的基本策略，而大系統(tǒng)可理解為由若干相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)。處于上位級(jí)的是協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。 協(xié)調(diào) 控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn) : 1． 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn) 控制器設(shè)計(jì)主要采用了前饋、反饋、最優(yōu)控制以及變結(jié)構(gòu)控制等技術(shù)，并充分利用機(jī)爐動(dòng)態(tài)特性方面的特點(diǎn)，解決了主設(shè)備大延遲、干擾環(huán)節(jié)多等問(wèn)題。系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行需要，選擇爐跟機(jī)、機(jī)跟爐、機(jī)爐協(xié)調(diào)方式。保證機(jī)組在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，并維持最佳的工況。 單元機(jī)組自動(dòng)控制的功能及特點(diǎn) 1． 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于完成檢測(cè)反映機(jī)組設(shè)備運(yùn)行工況的物理參數(shù)，如水位、溫度、壓力、流量轉(zhuǎn)速、位移等，以及反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)。 東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2． 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)也稱閉環(huán)控制系統(tǒng)，是指在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)依據(jù)參數(shù)，克服系統(tǒng)嫩倍和外部的干擾，持續(xù)不斷的對(duì)主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證主要參數(shù)運(yùn)行在規(guī)定的工 作范圍內(nèi)。 3． 順序控制系統(tǒng) 順序控制系統(tǒng)也稱程序控制系統(tǒng)，是指在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要依照既定的操作步驟和動(dòng)作順序進(jìn)行一系列操作，如點(diǎn)火程控系統(tǒng)、吹灰定排控制系統(tǒng)等。例如汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、鍋爐滅火系統(tǒng)等。這種控制方式的主要缺點(diǎn)在于對(duì)機(jī)組負(fù)荷變化需求的響應(yīng)速度慢 [4]。 的變化和輸出功率 N 的變化。正確的調(diào)節(jié)作用應(yīng)當(dāng)是由鍋爐調(diào)節(jié)器改變?nèi)紵?，消除?nèi)部擾動(dòng)，使汽壓和功率回復(fù)到給定值。會(huì)導(dǎo)致輸出功率長(zhǎng)時(shí)間的來(lái)回波動(dòng)甚至振蕩。目前在機(jī)爐控制中還保留這種控制方式，主要是用于當(dāng)鍋爐側(cè)輔機(jī)設(shè)備局部故障，使鍋爐的最大出力受到限制 [5]。適用于單元機(jī)組承擔(dān)基本符合的場(chǎng)合。 爐跟隨方式 這種控制方式的特點(diǎn)是機(jī)組對(duì)外負(fù)荷變化需求 的響應(yīng)性好。這一基本特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中。由于這種方式?jīng)]有考慮機(jī)爐對(duì)象的耦合特性，系統(tǒng)品質(zhì)就不會(huì)很理想。一般地，爐跟機(jī)方式在汽機(jī)側(cè)局部故障時(shí)使用 [7]。不管是爐跟隨還是機(jī)跟隨控制方式，都是采取機(jī)爐分工、先后動(dòng)作的配合方式，而對(duì)于變動(dòng)負(fù)荷的機(jī)組負(fù)荷控制，必須遵循負(fù)荷協(xié)調(diào)控制原則的協(xié)調(diào)控制方式。同樣，當(dāng)主蒸汽壓力產(chǎn)生偏差時(shí)，機(jī)、爐主控制器同時(shí)接受指令信號(hào)對(duì)汽輪機(jī)和鍋爐進(jìn)行操作，一方面改變鍋 爐的燃燒率，補(bǔ)償蓄能的變化，另一方面適當(dāng)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽門的開度，控制蒸汽流量，維持主汽壓力的穩(wěn)定。 東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 23 單元機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式 第 3 章 單元機(jī)組燃燒與傳熱過(guò)程 7 第 3 章單元機(jī)組燃燒與傳熱過(guò)程 單元機(jī)組動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型包含的內(nèi)容很多，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，在這里討論是與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所相關(guān)的部分。單元機(jī)組能量傳遞簡(jiǎn)化流程圖分三個(gè)部分，圖 中 1 表示的部分為爐內(nèi)燃燒與傳熱部分； 2 表示系統(tǒng)管道傳熱部分， 3 表示汽輪機(jī)做功系 統(tǒng)。 圖 單元機(jī)組能量傳遞簡(jiǎn)化流程圖 [10] 為了減少外部擾動(dòng)的影響，簡(jiǎn)化單元機(jī)組的模型結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行模型分析之前，先給出如下的前提假設(shè)： 1． 單元機(jī)組的送風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)，保持燃燒穩(wěn)定； 2． 機(jī)組的引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐膛壓力穩(wěn)定； 3． 機(jī)組給水量與蒸汽流量相平衡，保持汽包水位恒定； 4． 主蒸汽 溫度控制相對(duì)獨(dú)立。把整個(gè)機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換與傳熱過(guò)程劃分為爐內(nèi)燃燒與傳熱、管道傳熱、汽輪機(jī)做功三段過(guò)程。 東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 爐內(nèi)燃燒與管道傳熱 單元機(jī)組的燃燒與傳熱過(guò)程包括爐內(nèi)部分和管道傳熱兩個(gè)部分，而爐內(nèi)燃燒與傳熱過(guò)程是一個(gè)純時(shí)延的慣性環(huán)節(jié)，其表達(dá)式如下 [11]： 121 1sKeFBTS??? ? ?? () 21 1QDFTS? ? ?? () 其中， 1? ， 1T ， 2T 和 1K 可通過(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)求出。在正常運(yùn)行工況下，通常為 ST 752 ?? 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，時(shí)間常數(shù) sTM 5040 ?? [12]。 熱能從爐膛傳遞管道時(shí)將經(jīng)過(guò)管 道傳熱，為了問(wèn)題簡(jiǎn)化，這里將主蒸汽管道看作集中參數(shù)系統(tǒng)，其蓄熱量可以表示為 TQ T n dPD D c dt?? ? ? ? () nnnnTTQcVPP????? () 其中， nc 為蒸汽管道蓄熱系數(shù)； nQ 為主蒸汽管道內(nèi)蒸汽量； nV 為蒸汽管道容積； n? 為蒸汽重度系數(shù) [13]。 機(jī)前壓力 TP 與汽輪機(jī)進(jìn)汽量 TD 之間有以下關(guān)系 ()T V T TP R R D?? () 其中， VR 和 TR 分別為主蒸汽調(diào)節(jié)閥的阻力和汽輪機(jī)的沿程阻力。 在動(dòng)態(tài)工況下，考慮再熱器的熱容積和阻力，將蒸汽流量與中、低壓缸輸出 功率的關(guān)系表示為： 23(1 )1LTkNDTS??? ? () 其中， 3T 為中間再熱器時(shí)間常數(shù)。 根據(jù)以上 的分析，我們可以得出描述單元機(jī)組動(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)框圖，如圖 31 所示。分別在輸入端加入階躍擾動(dòng)信號(hào)，可以得到定性的輸出響應(yīng)特性曲線，如圖 32 所示。例如，許多建立在現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上的控制算法對(duì)象模型的精度要求很好。其主要原因之一在于很難建立起精確性很高的工業(yè)過(guò)程受控對(duì)象數(shù)學(xué)模型 [16]。因而，建模的目的以及對(duì)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(jī)組協(xié)調(diào)控制以及全程控制系統(tǒng)，把機(jī)爐作 為一個(gè)整體，針對(duì)機(jī)爐對(duì)象的特性，運(yùn)用反饋、前饋、補(bǔ)償以及多變量解耦等控制理論方法，構(gòu)成功能完善、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的控制系統(tǒng) [18]。在合理簡(jiǎn)單化的基礎(chǔ)上，利用比較簡(jiǎn)便的機(jī)理分析方法和實(shí)驗(yàn)方法，簡(jiǎn)歷單元機(jī)組動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型，可以滿足協(xié)調(diào)控制以及全程控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的需要 [19]。另一方面，尋求更適用于工業(yè)過(guò)程控制的理論和方法，而這些理論和方法應(yīng)具 有對(duì)于模型要求不高的特點(diǎn) [20]。 東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 第 4 章年協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本原理及實(shí)現(xiàn) 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本原理 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括機(jī)爐局部控制子系統(tǒng)和處于上位協(xié)調(diào)級(jí)的單元機(jī)組主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)可分為負(fù)荷指令中心、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制器以及相應(yīng)的邏輯控制系統(tǒng)幾個(gè)部分，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng) 一的整體，滿足單元機(jī)組不同工況下的需要，保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 [22]。在許多國(guó)產(chǎn)機(jī)組以及從國(guó)外引進(jìn)的機(jī)組上設(shè)計(jì)了不同的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。在工程應(yīng)用中，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能否成功地投入和運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的功能，主要取決于機(jī)組主設(shè)備本身的可控性、系統(tǒng)控制設(shè)備的性能及可靠性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定的合理性等因素。主設(shè)備可控性以及局部控制系統(tǒng)性能的改善，譬如汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的采用，也為機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投入奠定了必要的基礎(chǔ) [24]。譬如，機(jī)爐綜合系統(tǒng)，聯(lián)合控制系統(tǒng)，總括控制系統(tǒng)等等。一種方法是根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，按照機(jī)跟爐、爐跟機(jī)的方式來(lái)劃分 [25]。這種分類方法從一定意義上講，揭示了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有的內(nèi)在本質(zhì)特性。由于能量信號(hào)不便于直接測(cè)量，常常采用一些間接的參數(shù)表征這些平衡關(guān)系。通過(guò)控制這些間接參數(shù)維持整個(gè)機(jī)組能量平衡的系統(tǒng)，稱為間接能量平衡系 統(tǒng)。在工程領(lǐng)域人們也習(xí)慣以國(guó)外不同公司的典型系統(tǒng)來(lái)區(qū)分協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的種類。N 公司的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，貝利公司的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)， Foxboro 公司的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，日本日立公