基于MATLAB的过热汽温控制的仿真与设计


    基MATLAB热汽温控制仿真设计

    着国电力工业迅速发展越越高参数容量机组陆续投产发展趋势 600MW 等级火电机组已成电网力机组时容量机组断增加电网调度动化程度日益提高火电厂机组控制品质提出更高求热汽温度锅炉运行中参数高低直接影响锅炉安全稳定运行锅炉热汽温控制非线性时变性延时惯性特点直成火电厂动控制难点
    次毕业设计针火电厂锅炉热汽温控制系统具迟延时变等特点常规控制难取满意控制效果通采先进控制策略MATLAB环境进行仿真实验研究热汽温控制系统控制性

    关键字:热器分段控制串级控制热汽温控制策略




















    Steam temperature cascade control subsystem performance analysis and simulation
    Abstract
    With China's power industry developing rapidly more and more largecapacity highparameter units have put into production From the development trend above 600 MW unit will become a main unit of the power grids in the future With the increasing of the largecapacity unit and the increasing degree of automation of the scheduling grid it is a higher demand to the quality control of the thermal power plant unit Supercritical generating units is the development of largecapacity generating units in China will also become the main force units The main steam temperature is the main parameters in the boiler operation which affect the safe and stable operation of boiler directly The control of main steam temperature in the boiler is nonlinear and time variability It is very difficult to control for the large delay and the inertia of its characteristics
    In this paper we focused on the characteristics composition and the principles analysis of main steam temperature control system and propose a control strategy that fits the large delay control system Research superheated steam temperature control system control performance through the use of advanced control strategy and MATLAB simulation experiment


    Keywords SuperheaterSegment controlcascade controlsuperheated steam temperaturecontrol strategy







    目 录
    摘 I
    Abstract II
    1绪 1
    11课题背景 1
    12热汽温控制难点 1
    121热汽温意义 2
    122热汽温控制系统 3
    13文研究容 3
    2 热汽温控制系统分析 4
    21热汽温控制系统象特性务 4
    211热汽温控象特性 4
    212热汽温控制系统务 6
    2 13热汽温控制难点设计原 7
    22热汽温控制系统 7
    221热汽温串级控制系统分析 8
    222热汽温串级控制系统组成 8
    23 PID调节器 10
    231 PID调节器基原理 10
    232 PID控制器参数控制性影响 11
    3 分段串级汽温控制系统仿真实验 13
    31 调节器参数工程整定法 13
    312稳定边界法 13
    313衰减曲线法 14
    32模型仿真 15
    4模型PID扰切换 25
    41模型串级PID控制系统 25
    42热汽温模型建立 26
    43切换策略 27
    44典型工况控制器设计参数整定 27
    45仿真研究 28
    结束语 30
    致谢 31
    参考文献 32

    1绪
    11课题背景
    电力工业国民济发展中重基础源产业关系国计民生基础产业世界国济发展战略中优先发展重点作种先进生产力基础产业电力行业促进国民济发展社会进步起重作社会济社会发展着十分密切关系仅关系国家济安全战略问题日常生活社会稳定密切相关着中国济发展电需求量断扩电力销售市场扩刺激整电力生产发展
    目前中型火电厂锅炉汽机操作监控然工加仪表仅难做衡操作安全生产没确实保证工劳动强度条件差运行效率低耗煤量浪费源污染环境改变现控制手段锅炉运行难满意效果提高锅炉汽机运行效率降低耗确保安全生产改善劳动环境利计算机快速性性准确性等种特殊功代常规仪表实现锅炉汽机检测控制发展必然趋势计算机提供许常规仪表工操作难实现法实现功改善锅炉汽机监控品质提高锅炉汽机热效率节省源减少污染等方面会起极重作
    着单机容量增初蒸汽参数高压超高压亚界超界超超界压力逐步渡超界机组国期发展起容量机组逐渐成国家电力行业力机组
    目前国发电火力发电国煤炭储量较丰富火力发电厂燃煤电厂考虑煤炭石油天然气等资源限性生性国水利资源观性国年正力发展水电站外核电事业发展取成绩
    火电厂日渐着机组容量方发展样提高热效率千瓦建设投资发电成会降低目前国发电600WM1000WM机组目标迈进超界超超界机组调高煤炭利率降低环境污染提高济性优势发展超界机组超超界机组必然趋势

    12热汽温控制难点
    锅炉火电厂工业企业中普遍动力设备功燃料中贮通燃烧转化成热蒸汽热水形式输种设备火电厂锅炉热蒸汽温度否具较控制品质鲁棒性锅炉机组安全济运行着密切关系
    热汽温控制直火电厂模拟量控制系统难点热汽温控制象具延时惯性非线性时变性等特点采常规简单控制规律难获较调节效果长期热汽温控制火电厂动控制领域研究热点方目前已出现相控制方案应尝试
    121热汽温意义
    热汽温火电厂汽水工质中高温度维持热汽温稳定控制热汽温定范围保证整热器超温热汽温控制系统重务
    热汽温控制机组安全济运行着非常重意义时难控制系统控制难点体现方面:
    (1)热汽温干扰素例负荷减温水量等
    (2)种扰动量干扰汽温象具非线性时变等特性控制难度加
    (3)汽温象具迟延惯性特点尤着机组容量参数提高蒸汽热受热面例加迟延惯性进步加增控制难度
    时热汽温控制机组安全济运行着相重作方面:
    热汽温高会蒸汽道金属锅炉受热面蠕变加快影响寿命超温严重时候会材料强度急剧降导致道破裂热汽温高会导致汽轮机汽缸汽门前级喷嘴叶片机械强度降导致寿命降低设备损坏
    汽温低会影响机组济性汽温低时候机组热效率降低煤耗增外汽温降低会汽轮机尾部蒸汽湿度增影响汽轮机部热效率汽轮机末级叶片侵蚀加剧外汽温降低会汽轮机受轴推力增汽轮机安全运行利
    汽温变化材关部件产生疲劳外引起汽轮机汽缸转子汽缸胀差变化甚产生剧烈振动危机组安全运行
    总热汽温火电机组参数热器高温高压环境工作热器出口汽温全厂工质温度高点金属壁温高处工艺允许汽温变化汽温象特性呈非线性影响汽温变化干扰素等汽温控制系统复杂化正确选择控制汽温手段控制策略非常重
    122热汽温控制系统
    热蒸汽系统 级热器进出口联箱连接道阀门调温装置等设备组成热器该系统中设备
    热器作蒸发系统产生饱蒸汽加热成具定温度压力热蒸汽
    热汽温控制系统般根锅炉类分汽包炉汽温控制系统直流锅炉控制系统文中仅介绍汽包炉直流炉类似
    汽包炉汽温控制系统汽包水冷壁减温器热器串联成工艺流程图11中出汽温控制系统采分段控制策略具体容见图1汽包炉汽温调节分AB两侧蒸汽AB两侧热器进入联合混热箱通蒸汽道进入汽轮机通AB两侧级减温器喷水注入热器调节AB两侧级热器出口蒸汽温度通AB两侧二级减温器喷水流量控制蒸汽温度








    图11 汽包炉汽温控制系统工艺流程图
    13文研究容
    1解掌握热汽温宽负荷工况动态特性
    2熟悉热汽温常控制方法
    3运适应PID方法进行热汽温控制系统设计
    4Matlab环境设计控制系统进行仿真研究


    2 热汽温控制系统分析
    21热汽温控制系统象特性务
    211热汽温控象特性
    ()静态特性
    (1)锅炉负荷热汽温关系锅炉负荷增加时炉膛中燃烧燃料增加炉膛中高温度没变动炉膛辐射放热量相变化炉膛出口烟温增高说负荷增加时千克燃料辐射放热百分率减少炉膛流换热区中烟温烟速提高千克燃料流放热百分率增流式热器说锅炉负荷增加时出口汽温稳态值升高辐射式熟器具相反汽温特性锅炉负荷增加时会出口汽温稳态值降低果两种热器串联配合取较坦汽温特性
    (2)水温度热汽温关系提高水温度热汽温降产生千克蒸汽需燃料量减少流热器烟气量减少样认:提高水温度相燃料量锅炉蒸发量增加热汽温降否投入高压水加热器水温度相差热汽温明显影响
    (3)燃料器运行方式热汽温关系炉膛投入高度燃料器改变燃料器摆角会影响炉温度分布炉膛出口烟温会影响热汽温火焰中心相提高时热汽温升高
    (4)剩空气系数热汽温关系剩空气量改变时燃料生成烟气量改变流受热面吸热改变离炉膛出口较远受热面影响显著流吸热热器增剩空气量时热汽温升外受热面清洁程度饱蒸汽量燃料性质尾部烟道中热汽温控制挡板位置等会热汽温产生影响
    热汽温控制象静态特性指汽温锅炉负荷变化静态关系流式热器辐射式热汽温静态特性完全相反图示流式热器负荷增加时通流热器烟气量烟气温度增加流式热器汽温升高辐射式热器负荷增加时炉膛温度升高炉膛烟气温度升高增加辐射热量蒸汽负荷增加降低见热器传热形式结构布置直接影响热器静态特性现代容量锅炉热器系统采取流式热式辐射式热器屏式(半辐射式)热器交串联布置结构减热器出口汽温偏差改善热汽温控制象静态特性
    流式热器


    辐射式热器



    图21热汽温控制象静态特性曲线
    需说明述汽温特性指变化前两稳定工况变化动态程汽温变化情况例负荷突然增加时种热器汽温总降低
    (二)动态特性
    目前火电机组广泛采喷水减温方式控制热蒸汽温度影响汽温变化数蒸汽流量烟气传热量减温水量等种扰动汽温控制象具迟延惯性衡力面分说明述三种扰动作热汽温象动态特性
    (1)蒸汽流量扰动热汽温象动态特性型锅炉采复合式热器锅炉负荷增加时锅炉燃烧率增加通流式热器烟气量增加烟气温度负荷增升高两数流式热器汽温升高然负荷增加时炉膛温度升高明显炉膛辐射传热器热量锅炉蒸汽量增加需热量少辐射式热器出口汽温降见两种形式热器蒸汽流量扰动反应恰相反设计配合热器出口汽温蒸汽流量变化影响减通常热器流方式吸热辐射方式吸热热器出口汽温负荷增加升高
    应注意:果蒸汽流量增加汽机侧扰动引起锅炉燃料燃烧率调整前热汽温蒸汽流量升降蒸汽流量发生扰动时热器点汽温时变化热器出口汽温变化迟延较迟延时间约20s蒸汽流量扰动汽温象动态特性较蒸汽负荷决定户蒸汽流量扰动作控制汽温手段
    (2)烟气传热量扰动热汽温象动态特性燃料量送风量煤种等发生变化时会引起烟气温度流速变化烟气传热器热量发生变化热汽温变化快迟延时间股15~25s烟气侧扰动时热汽温动态特性较利烟气侧扰动作控制汽温手段例采烟气循环(改变流热器烟气流量)改变喷燃器摆角等控制方法需锅炉具满足动控制求结构性锅炉设计制造实际定困难
    (3)减温水量扰动热汽温象动态特性蒸汽流量扰动烟气侧扰动热汽温象动态特性然较前者机组负荷决定作汽温控制手段者较困难目前常喷水式减温控制汽温减温水量发生扰动时然减温器出口处汽温已发生变化较长热器道出口汽温发生变化汽温反应迟延减温器离热器出口愈远象控制通道迟延惯性愈控制汽温效方法热器出口处直接进行喷水减温热器汽轮机安全运行利喷水减温器通常装末级热器高温段前面样保护热器高温段时减少蒸汽带水性迟延时间较般3060s型单元机组般采级减温维持汽温求言汽温象控制作动态特性迟延时间常数太果根汽温偏差改变减温水量效控制汽温提高控制质量般选择减温器汽温作局部反馈信号信号汽温提前反应减温水扰动称导前信号现代型锅炉热器道加长结构变复杂迟延惯性更完成控制蒸汽温度保护热器两务采分段控制系统图22示








    图22热汽温工艺流程
    述热汽温控制通道迟延惯性较调量信号反应慢选择减器汽温作局部反馈信号形成双回路控制系统
    212热汽温控制系统务
    热汽温控制系统务维持热器出口汽温允许范围热器温度超允许工作温度热蒸汽温度锅炉运行质量重指标热器出口汽温全厂工质温度高点金属壁温高处热器正常工作时已接材料允许高温度热蒸汽温度高造成热器蒸汽道汽轮机高压部分金属损坏影响安全运行 热蒸汽温度低会引起电厂热耗升降低全厂热效率汽轮机轴推力增造成推力轴承载会引起汽轮机末级蒸汽温度增加降低汽轮机效率加剧叶片侵蚀锅炉运行中必须保持热汽温稳定规定值附般求热汽温规定值暂时偏差超±10℃长期偏差超±5℃
    2 13热汽温控制难点设计原
    热汽温调节系统难点
    (1)热汽温作调节象特点滞时间较发生扰动温度会立刻发生变化外测量温度传感器较惯性动态程中时发出测量调整信号
    (2)设备结构设计动调节求存矛盾调节角度减温设备应安装热器出口方样调节作时滞输出蒸汽温度波动设备安全角度减温设备应安装热器入口方
    (3)造成热汽温扰动素种素间相互影响象动态程十分复杂热器出口汽温改变素蒸汽流量变化燃烧工况变化锅炉水温度变化进入热蒸汽热焓变化流热器烟气温度流速变化锅炉受热面结垢等
    综述热汽温控制系统设计原纳
    (1)动态特性角度考虑改变烟气侧参数(改变烟温烟气流速)调节手段较理想具体实现较困难般少采
    (2)喷水减温热器安全运行较理想象调节特性够理想目前广泛热蒸汽温度调节方法采喷水减温时象调节通道较延迟惯性运行中求较汽温控制偏差采单回路调节系统获调节品质针热汽温调节象调节通道惯性延迟调量信号反馈慢特点应该象调节通道中找出调量反应快中间点信号作调节器补充反馈信号改善象调节通道动态特性提高调节系统质量
    (3)快速测量元件安装正确位置保证测量信号传递快速性减延迟惯性果测量元件延迟惯性较时反映热汽温变化会造成系统稳定影响控制质量
    (4)现代电厂热器道长度断加长延迟惯性越越采级减温满足求采级减温保证汽温控制求
    22热汽温控制系统
    系统控象热器道执行机构——电动喷水阀门(执行器)检测变送部件——热电偶温度变送器控制系统核心部件——电动控制器(调节器)组成中调量(测量值)——汽温度调节量(控制信号)——喷水流量干扰信号——炉膛燃烧工况
















    图23简单热汽温控制系统

    热汽温度测量值等设定值时喷水阀门动系统处动态衡状态时炉膛燃烧工况发生变化汽温升造成定值测量值产生偏差偏差信号控制器方判断数学运算产生控制信号喷水阀门适形式增加喷水流量测量值终回设定值系统重新回衡状态
    221热汽温串级控制系统分析
    简单控制系统系统然种基广泛控制系统着火电厂锅炉机组越越容量高参数高效率方发展生产系统日益复杂系统耦合性时变性非线性等特点显更加突出复杂较难控制程控制质量求严参数简单控制系统力需改进控制结构增加辅助回路添加环节组成复杂控制系统目前关汽温控制系统串级控制前馈控制变量解耦等等控制中普遍串级控制系统
    222热汽温串级控制系统组成
    串级控制系统方框图图24示串级控制系统2控制回路部反馈回路称副回路(回路)副回路包括副控制器调节阀副象副变送器发生副回路扰动称扰外部控制回路称回路(外回路)回路包括控制器整副回路象变送器发生象扰动称外扰










    图24串级控制系统方框图
    串级控制系统单回路控制系统显著区结构形成两闭环闭环里面称副环者副回路控制程中起着粗调作闭环外面成环者回路完成细调务保证调量终满足工艺求图23示调节单元I执行器调节象I测量单元I构成回路称副回路(称回路)调节单元I称副调节器调节象I输出信号称辅助调量调节单元II副回路调节象II测量单元II构成回路称回路(称外回路)调节单元II称调节器调节象II输出信号称调量调节象I调节象II统称系统调节象
    串级调节系统具列特点
    (1)串级控制系统副回路副回路具快速作够效克服二次扰动影响说串级控制系统克服进入副回路二次扰动图出进入副回路扰动μ1进入副环首先影响副参数y2副调节器立动作力图消干扰副参数影响显然果没副回路扰动μ1影响需调量变化通调节器克服果具副回路扰动μ1影响快辅助调量变化通辅助调节器加克服
    (2)副回路起改善调节象动态特性作加调节器增益提高系统工作频率串级控制系统中副回路代单回路部分象等效时间常数会缩短着副调节器例增益增减通常副回路控象单容者双容象副回路控制器例增益调样等效时间常数加快副环响应速度提高系统工作频率
    (3)副回路存串级控制系统定适应力生产程中会包含非线性素存定负荷确定工作点情况定控制指标整定控制器参数适应工作点附范围果符合变化超出范围控制品质会降
    串级控制系统基组成图25示串级控制系统改善热汽温控制品质快速动作副控制回路存缘图25出引入负反馈构成副回路起稳定作热汽温保持基变












    图25热汽温串级控制系统流程图
    热控制系统中减温器喷水控制手段单回路控制汽温θ1(θ1作信号反馈调节器调节器直接控制阀门开度)基础增加减温水量变化反应快中间温度信号θ2作导前信号增加副调节器串级控制信号系统副调节器根θ2信号控制减温水阀果某种扰动汽温θ2θ1提早反映扰动引起θ2波动快消汽温θ1基受影响外副调节器定值受调节器影响根θ1改变θ2定值保证负荷扰动时保证θ1满足求见串级系统采两级调节器特殊务
    副回路起着粗调热汽温作热汽温规定值调节器Pl(PID)保证等规定值控制器会断改变输出信号通副控制器断改变减温水流量直恢复等规定值止
    23 PID调节器
    231 PID调节器基原理
    实际工业程中会存变量误差根偏差例积分微分进行控制调节器称PID调节器(成PID控制器)PID控制算法简单易实现控制性稳定性高等优点广泛应工业程控制中常规PID般线性控制器实际输出值定值会存偏差偏差例积分微分通线性组合构成控制量控象进行控制称PID控制器
    系统连续控制时PID控制器输出u(t)输入e(t)间会存例积分微分关系
    拉氏变换:

    拉氏变换前:

    (t)r(t)y(t)Kp例增益Ti积分时间Td微分时间
    232 PID控制器参数控制性影响
    PID控制器参数系统动态稳态性起着作三参数取值优劣直接影响PID控制系统控制品质坏
    1.例作
    例作例形式反应系统偏差信号e快速度产生控制作偏差逐渐趋减
    (1)动态特性影响
    例控制参数值加系统动作灵敏速度加快超调增Kp越振荡次数加调节时间越长Kp太时系统会趋稳定Kp太会系统动作缓慢
    (2)稳态特性影响
    系统稳定情况例系数Kp增稳态误差e(k)会减少提高控制精度加Kp减少e法质消稳态误差法做系统差
    2.积分作
    引入积分作稳态状态满足控量设定值静差踪系统性影响表现:
    (1)动态特性影响
    积分作会引起系统稳定性降Ti太系统稳定Ti偏定程度时系统会出现振荡Ti太系统性影响力会减弱正合适时出现较理想渡特性
    (2)稳态特性影响
    积分作够降低系统稳态误差时提高系统控制精度Ti值太时积分作会变非常弱稳态误差e会紧减弱
    3.微分作
    微分作常例作例积分作联合构成PD控制器者PID控制器微分作改善闭环系统动态特性稳定性Td偏时超调量会较调节时间会较短Td偏时超调量较相应调节时间会较长微分作系统趋稳定Ti参数选取系统优化极重





















    3 分段串级汽温控制系统仿真实验
    31 调节器参数工程整定法
    311逐步逼法
    串级控制系统中调节器副调节器务调节动作规选择副调节器务够快速动作迅速抵消落副环二次扰动求差选择P调节器采PD调节器调节器务准确保持调量复合生产求允许偏差般采PI调节器
    串级控制系统参数整定简单系统复杂般说串级系统整定方法两种:逐步逼法两步整定法文采逐步逼法整定系统参数
    逐步逼法种次整定环副环然循环进行逐步接副环佳整定种方法步骤:
    (1)首先整定副环时断开环单回路整定方法求取副调节器整定参数第次整定值记作[Gc2]1
    (2)整定环刚整定副环作环中环节单回路整定方法求取调节器整定参数记作[Gc1]1
    (3)次整定副环注意时副回路回路已闭合调节器整定参数[Gc1]1条件单回路整定方法重新求取副调节器整定参数[Gc2]2已完成循环整定
    (4)新整定环样两回路闭合副调节器整定参数[Gc2]2情况重新整定调节器[Gc1]2
    (5)果调节程然没达品质求面(3)(4)步继续进行直控制效果满意止般情况完成第(3)步甚完成第(2)步满足品质求需继续进行
    312稳定边界法
    稳定边界法定边界法种闭环整定方法基纯例控制系统界震荡试验数界例度 界振荡周期 利验公式求取调节器佳参数值整定公式表31示采种方法整定时控制系统应工作线性区否持续振荡曲线极循环时数计算整定参数控象特性述验公式求参数定获满意结果实践证明衡特性象稳定边界法求调节器参数系统响应衰减率偏衡高阶等容象法整定调节器参数系统响应衰减率偏述求调节器参数需针具体系统实际运行程中做线校正
    稳定边界法适许程控制系统锅炉水位控制系统样准进行稳定边界试验系统者某时间常数较单容象采纯例控制系统时系统质稳定系统法稳定边界法进行整定
    方法基系统稳定性理系统闭环特征方程(闭环极点)复面虚轴左侧时闭环系统稳定闭环特征方程纯虚根时系统根轨迹虚轴相交响应等幅振荡系统界稳定闭环特征方程根复面虚轴右侧时闭环系统稳定置PID调节器Ti∞Td0时增加Kp值直系统开始振荡记录时例带(界例带)计算两波峰间时间利值表31出相应公式计算求调节器整定参数(PID调节器参数计算公式表31)




    P
    2


    PI
    2.2
    0.85

    PID
    1.67
    0.50
    0.125

    表31稳定边界法参数整定公式
    稳定边界法适许程控制系统锅炉水位控制系统样准进行稳定边界试验系统者某时间常数较单容象采纯例控制系统时系统质稳定系统法稳定边界法进行整定
    313衰减曲线法
    稳定边界法类似法采某衰减(通常4:1101)时设定值振动衰减振荡试验数然根验公式求取调节器相应整定参数
    4:1衰减曲线法具体步骤:
    (1)置调节器积分时间值()微分时间零()例带值系统投入运行
    (2)系统稳定作设定值阶跃扰动观察系统响应基系统响应衰减太快减例带反系统响应衰减慢增例带反复直出现衰减4:1振荡曲线记时例带振荡周期数值
    衰减率




    075
    P
    s


    PI
    12s
    05

    PID
    08s
    03
    01
    090
    P
    s


    PI
    12s
    2

    PID
    08s
    12
    04
    表32衰减曲线法整定计算公式
    振动频繁程进行较快控制系统准确确定系统响应衰减程度较困难根调节器输出摆动次数加判断4:1误差程调节器输出回摆两次稳定摆动次需时间Ts显然样测Tsδs值会调节器参数整定带误差衰减曲线法根实际需衰减n101情况进行
    32模型仿真
    浙江长兴电厂#2机组热汽温先进控制例该项目目通采先进控制策略原热汽温系统进行改造热汽温够长期保持℃变负荷程中热汽温够保持℃范围系统改进机组正常运行中(包括调峰程)需工干预该项目2008年4月已交付电厂运行状况良
    浙江长兴电厂#2机组300MW单元机组汽轮机采海汽轮机厂生产中间热凝汽式汽轮机机组型号N300167537537锅炉采北京巴威公司制造亚界中间热然循环单锅筒锅炉采正压直吹MPS中速磨制粉系统前燃烧方式配B&W标准双调风PAX型旋流煤粉燃烧器

    负荷工况
    导前区传递函数
    [℃(TH)]
    惰性区传递函数
    [℃℃]
    290MW




    260MW


    240MW


    210MW


    180MW


    表33长兴#2机组B侧二级减温水扰动模型
    针模型控制系统进行仿真:
    1.290MW机组仿真
    搭建仿真模型图31
    导前区传递函数

    惰性区传递函数:








    图31 290 MW机组串级控制系统MATLAB仿真
    根串级系统结构图进行参数整定回路控制器均P调节外回路控制器PID调节参数整定步骤:
    (1)首先断开回路回路中加入单位阶跃响应改变环PID例值终曲线衰减致4110:1曲线首先例增益Kp2设10衰减9:1应增例作令Kp312衰减6:1曲线
















    图32回路整定曲线
    (2) 整定回路运稳定边界法令Kp37时δcr1Kp02702发生等幅振荡图示图中读出Tcr131s













    图33 发生衰减振荡时仿真曲线
    根稳定边界法整定计算公式Kp1Kp*167 045
    Ti1(050*Tcr) 0015
    Td0125*Tcr16375
    仿真曲线衰减43:1衰减率85曲线反复调整积分值设
    定Td14775时够满意曲线图34示
















    图34 290MW机组仿真曲线
    仿真曲线中出系统终稳定设定值没稳态误差出动态性参数:升时间tr267s峰值时间tp268s调节时间ts1800s超调量40动态性参数出汽温控制系统说串级常规PID够设定值扰动取良控制效果
    热汽温控制系统说采喷水控制汽温喷水量扰动该系统基扰动导前区副调节器间加阶跃扰动模拟喷水量扰动回路快速调节作系统输出会产生变化仿真响应曲线图示:











    图35 加入阶跃扰动仿真曲线
    减温水扰动该控制系统终够消扰动汽温稳定设定值动态偏差0041调节时间1000s动态性指标出串级PID控制够效消减温水扰动热汽温影响热汽温度发生范围波动
    (2)240MW机组
    搭建仿真模型
    导前区传递函数

    惰性区传递函数:







    图36 240 MW机组串级控制系统MATLAB仿真
    290MW机组模型样先断开外回路整定回路
    令Kp313衰减4:1曲线












    图37 回路整定曲线
    然整定外回路运稳定边界系统发生等幅振荡时Kp39
    δcr1Kp0256Tcr294s
















    图38 发生等幅振荡时曲线
    Kp1Kp*167 0427
    Ti1(050*Tcr)00068
    Td0125*Tcr3675
    反复调整Kp042Ti001Td3675时
    够满意曲线图39












    图39 290MW机组仿真曲线
    仿真曲线中出系统终稳定设定值没稳态误差出动态性参数:峰值时间tp430s调节时间ts3000s超调量40衰减率875动态性参数出汽温控制系统说串级常规PID够设定值扰动取良控制效果
    导前区副调节器间加阶跃扰动模拟喷水量扰动 3400s加入阶跃扰动





    图310 导前区加入阶跃扰动仿真图










    图311 回路整定曲线

    减温水扰动该控制系统终够消扰动热汽温稳定设定值动态偏差0041调节时间2000s动态性指标出串级PID控制够效消减温水扰动热汽温影响热汽温度发生范围波动
    (3)180MW机组
    搭建仿真模型:
    导前区传递函数

    惰性区传递函数:







    图312 180 MW机组串级控制系统MATLAB仿真
    先断开回路调节副回路
    Kp10时衰减率785曲线












    图313 回路整定曲线
    整定外回路运稳定边界法系统发生等幅振荡时Kp41
    δcr1Kp0244Tcr257s
    Kp1Kp*167 0407
    Ti1(050*Tcr)00078
    Td0125*Tcr32125












    图314 外回路发生等幅振荡时曲线

    反复调整Kp041Ti00078Td32125时
    够满意曲线图











    图315 整定曲线
    仿真曲线中出系统终稳定设定值没稳态误差出
    动态性参数:峰值时间tp534s调节时间ts3000s超调量40衰减率875动态性参数出汽温控制系统说串级常规PID够设定值扰动取良控制效果
    导前区副调节器间加阶跃扰动模拟喷水量扰动 3300s加入阶跃扰动













    图316 加入扰动仿真曲线图
    减温水扰动该控制系统终够消扰动热汽温稳定设定值动态偏差0055调节时间2000s动态性指标出串级PID控制够效消减温水扰动热汽温影响热汽温度发生范围波动
    (4)260MW机组模型分采290MW240MW机组PID控制参数
    290MW 外环采PID调节Kp045 1Ti0015 Td14775
    环采P调节Kp15
    仿真曲线













    图317 采290MW机组PID参数时仿真实验曲线
    控制品质预期理想

    240MW机组 外环PID调节Kp042Ti001Td3675
    环P调节Kp13
    仿真曲线











    图318 采240MW机组PID参数仿真曲线
    扰动实验曲线












    图319 导前区加入阶跃扰动仿真曲线
    见PID调节具定鲁棒性负荷工况PID参数系统定影响














    4模型PID扰切换
    41模型串级PID控制系统
    模型控制设计思想:许实际工业程存较非线性线性模型某衡点附限区域效非线性空间划分子空间子空间失配较数学模型控制器(局部控制器)针子空间数学模型进行单独设计然选择种局部控制器输出切换方法局部控制器组合成全局控制器出文提出基串级PID模型控制系统结构图图中出调局部PID控制器构成副调局部PI控制器构成根控象前运行工作点通模态调度机制进行控制器间切换实现全局控制














    图41基串级PID模型切换系统

    针传统串级热汽温控制难取满意控制效果采基模型切换热控制系统结构(图示)中回路采模控制副回路采例控制器系统某工作点运行时总会副控制器系统获较控制品质系统运行工作点附时控制器具较鲁棒性系统获满意控制品质系统工况发生较变化时根前运行工况判断切换相应控制器相邻工况控制器满意控制范围够交叠基模型切换控制实现系统全工况运行满意控制
    42热汽温模型建立
    针热器喷水扰动汽温动态特性工况变化特征选择表征工况特征矢量
    θ锅炉热汽温工作区域力进行合理划分n工作区域{Ω1}n满足条件: ①②③代表圆心半径述条件①~③建立n工作区域前述动态特性分析蒸汽流量D蒸汽压力P作特性参数构成特征矢量
    热汽温象影响模型严重负荷变化热工动态学知热汽温象模型参数机组负荷变化密切相关负荷升时热蒸汽流量流速增相等变化减温水流量模型静态增益时间常数着单调变化反然浙江长兴电厂#2机组300MW单元机组例表41


    负荷工况
    导前区传递函数
    [℃(TH)]
    惰性区传递函数
    [℃℃]
    290MW



    260MW


    240MW


    210MW


    180MW


    表41浙江长兴电厂#2机组300MW单元机组负荷控象传递函数
    43切换策略
    前述动态特性分析构成特征矢量(中DP分应该负荷温度压力)数间相似程度确定前系统属基工况级中工况工作范围常确定数间相似度方法Euclidian距离法夹角余弦法等研究表明采种方法获结果没明显差简单易行计算量方法成首选方法采Euclidian距离法确定前系统处工况工作范围

    令系统处第j工况工作范围
    44典型工况控制器设计参数整定
    着负荷变化仅模型参数变化结构发生变化单固定控制器参数保证系统种工况控制系统品质负荷控制器参数整定值表42
    负荷
    回路
    副回路
    例带
    积分时间
    微分时间
    例带
    180MW(60)
    0407
    1285
    32125
    01
    240MW(80)
    0427
    148
    3675
    0077
    290MW (97)
    045
    667
    16375
    0083
    表42三种负荷机组PID参数表
    45仿真研究
    1模型控制器匹配匹配情形阶跃扰动试验
    根象模型(表41)控制器参数(表42)热汽温控制系统模型匹配匹配情况进行定值单位阶跃扰动试验80%负荷时控制器参数分控制四种典型工况时象模型匹配匹配时仿真结果图42示

    奇 奈栽






    魂牵梦萦基面栽

    180MW 210MW











    260MW 290MW
    图42 80%负荷时控制器参数分控制四种典型工况仿真曲线
    2.210MW机组采控制策略进行实验特征矢量更接180MW机组帮采180MW机组PID控制器参数实验












    图43 210MW机组采180MW机组PID参数仿真曲线
    仿真曲线图43示系统稳定性良超调量39衰减率875导前区加入阶跃扰动图44

















    图44 加入扰动仿真曲线
    系统2000秒回稳定 偏差042

















    结束语
    通查阅资料解分段串级汽温控制系统组成控制难点常控制手段通次文写作重新温前深入研究问题具体说文做容:
    (1)解国电力行业发展情况现状整电力行业形势新解
    (2)热汽温控制机组安全济运行着重意义扰动量汽温象非线性迟延特点热汽温控制电厂控制难点
    (3)型锅炉热器道非常长减少汽温控制迟延惯性般汽温控制系统会采分段控制策略采两级喷水减温控制汽温中级喷水减温器通常布置屏前二级喷水布置高温热器前两热器静态特性负荷变化时两减温器调节阀动作相反影响机组济性设计控制系统时应两调节阀够协调动作
    (4)般型机组采串级汽温控制策略采串级控制策略够效克服减温水扰动输出汽温影响改善象动态特性负荷变化定适应力
    (5)解传统PID控制系统环节系统性影响
    (7)进行仿真研究文采常规PID控制策略控象动态特性抗扰力鲁棒性测试出结常规PID够效控制汽温















    致谢

    值毕业设计完成际衷心感谢导师XX老师
    毕业设计全程中毕业设计总体握毕业设计中细环节赵老师细致讲解毕业设计中遇问题赵老师耐心细致解答针毕业设计提出少宝贵意见建议时赵老师严谨科学态度求实工作作风极影响次毕业设计中仅学知识学做道理尤做学问态度方法样优秀导师豪
    次衷心感谢导师赵老师谢谢























    参考文献
    [1] 王文兰基MATLAB电厂单元机组热汽温控制系统应[M]动化技术应2007
    [2]金慧 程控制 清华学出版社 2004
    [3] 赵文杰等 基模型热汽温适应串级控制 计算机仿真
    [4]樊泉贵闫维锅炉原理中国电力出版社2004
    [5]林蕾 浅析热汽温串级动控制系统重点控制策略广东科技
    [6]希宁 热汽温控制系统分析仿真研究
    [7]罗嘉潘笑基MATLAB热汽温模糊控制系统仿真[M]仪器仪表学报2003
    [8]杨涛高伟等 基Matlab锅炉热汽温模糊控制系统仿真[M]华中科技学学报2003
    [9].周俊霞300MW单元机组热汽温控制系统分析[M]华北电力技术2002
    [10] 张丽香660MW机组热汽温控制系统 分析[M]2003
    [11]王文兰基MATLAB电厂单元机组热汽温控制系统应[M]动化技术应2007
    [12]毕贞福火力发电厂热工动控制实技术中国电力出版社2008
    [13]希宁刘红军动控制原理中国电力出版社2005.
    [14]尹衍良300MW汽温度控制系统模糊控制沈阳电力高等专科学校学报 19987(3):3741
    [15]秦志明智控制算法汽温控制系统中应 华北电力学硕士学位文指导老师:张奕英
    [16]赵长煜李际野盘山电厂600MW机组蒸汽压力控制分析电力设备 20067(7):5355
    [17]夏 蕾 袁镇福火电厂锅炉汽温度控制策略研究 锅炉技术 200738(5):610
    [18]王健夫靳世杜庆钱壬章解决锅炉蒸汽温度偏低种新方法 华中 科技学学报200432(1):353763
    [19]湘涛等 基模PID控制火电厂汽温控制系统 工业控制应
    [20]翟军勇基模型切换智控制研究博士生文
    [21]程光坤赵文杰基串级PID热汽温模型切换控制电站系统工程20081124655
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    贡献于2022-06-14

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