協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)幾種方案的分析

齊憲華，王 碩

QI Xian-hua1，WANG Shuo2

（1.國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，濟(jì)南 250002；2.山東魯能控制工程有限公司，濟(jì)南 250002）

0 引言

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是充分考慮機(jī)、爐調(diào)節(jié)特性的差異以及各自的特點、采取某些措施（如引入某些前饋信號、協(xié)調(diào)信號），讓機(jī)、爐同時按照電網(wǎng)負(fù)荷的要求變化，接受外部負(fù)荷的指令，根據(jù)主要運(yùn)行參數(shù)的偏差，協(xié)調(diào)地進(jìn)行控制，從而在滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求的同時，保持主要參數(shù)的穩(wěn)定[1]。

從能量平衡觀點出發(fā),協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以分成直接能量平衡系統(tǒng)（DEB）和間接能量平衡系統(tǒng)（IEB）[2]。機(jī)爐控制的根本任務(wù)在于維持整個機(jī)組運(yùn)行過程中的能量平衡，通過構(gòu)造出能量需求信號，并依此控制能量輸入的系統(tǒng)，稱為DEB。這種系統(tǒng)的特點是：機(jī)組的功率由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行控制，具有爐跟機(jī)方式的特點，即機(jī)組對外界負(fù)荷的響應(yīng)性好；采用了一個代表汽輪機(jī)組能量需求的信號，這個信號作為機(jī)爐間的協(xié)調(diào)信號，或稱為能量平衡信號，控制鍋爐的輸入能量，保證任何工況下機(jī)組內(nèi)部能量供需的平衡。

由于能量信號不便于直接測量，常用一些間接的參數(shù)表征這種平衡關(guān)系，通過這些平衡參數(shù)維持機(jī)組能量平衡的系統(tǒng)稱為IEB。

本文針對國產(chǎn)300MW機(jī)組的數(shù)學(xué)模型對這兩種方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并通過仿真進(jìn)行了對比。

1 數(shù)學(xué)模型

仿真前，需進(jìn)行受控系統(tǒng)的建模、控制方式的確立和計算機(jī)編程。

建模過程首先采用機(jī)理分析法，得到機(jī)組的一組非線性模型，再進(jìn)行線性化處理，通過仿真試驗得到各控制輸入下的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)曲線，最后用加權(quán)最小二乘法擬合出有關(guān)輸入和輸出之間的傳遞函數(shù)，以下是某國產(chǎn)單元機(jī)組鍋爐負(fù)荷被控對象的模型 ：

由資料[3]知：機(jī)組的額定參數(shù)如下：

無量綱化得，

2 間接能量平衡系統(tǒng)（IEB）和直接能量平衡系統(tǒng)（DEB）的仿真

2.1 IEB的仿真

原理框圖如下

圖1 IEB原理框圖

2.2 方法介紹

將圖1化為閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 IEB系統(tǒng)原理框圖

1）內(nèi)回路的整定

內(nèi)回路看作快速隨動過程。這里選步距L1=0.006，打印間隔和打印點數(shù)分別為：L2=400，L3=1000，仿真曲線如圖3所示。

圖3 內(nèi)回路整定仿真曲線

當(dāng)Kp2=1.2，Ti2=6時，仿真效果較佳。

2）IEB的內(nèi)擾

調(diào)節(jié)器前擾動的框圖如圖4所示。

圖4 IEB調(diào)節(jié)器前擾動框圖

圖5 間接能量平衡調(diào)節(jié)器前擾動20%（Mp =5.6%,ts=15）

調(diào)節(jié)器后擾動的框圖如圖6所示。

圖6 IEB調(diào)節(jié)器后擾動框圖

調(diào)節(jié)器后擾動的仿真曲線如圖7所示。

圖7 間接能量平衡調(diào)節(jié)器后擾動20%（Mp =0.2%,ts=5.2）

3 直接能量平衡系統(tǒng)（DEB）

3.1 原理框圖：如圖8所示。

圖8 DEB原理框圖

3.2 原理分析

整個系統(tǒng)有三個測量信號P1，Pb，PT和一個定值信號PT0。其調(diào)節(jié)器入口參數(shù)為：

3.3 方法介紹

1）框圖處理

將DEB系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)如圖9所示。

圖9 DEB系統(tǒng)閉環(huán)框圖

這里PT0取0.89，即相當(dāng)于16.465Mpa。蓄熱系數(shù)Cb由計算求出Cb=473.9。

2）DEB調(diào)節(jié)器前擾動

如圖10所示。

圖10 DEB調(diào)節(jié)器前擾動框圖

仿真曲線如圖11所示。

圖11 間接能量平衡調(diào)節(jié)器前擾動20%響應(yīng)曲線PTO*P1/PT（Mp=3.5%,ts=4）

3）DEB調(diào)節(jié)器后擾動如圖12所示。

圖12 DEB調(diào)節(jié)器后擾動框圖

仿真曲線如圖13所示。

圖13 直接能量平衡調(diào)節(jié)器前擾動20%響應(yīng)曲線PTO*P1/PT（Mp=0.15%,ts=3.8）

4 系統(tǒng)的魯棒性

4.1 時間常數(shù)改變

圖14 0.1*T間接能量平衡調(diào)節(jié)器前擾動20%（Mp=5.2%,ts=9.2）

圖15 0.1T直接能量平衡調(diào)節(jié)器前擾動20%響應(yīng)曲線（Mp=6%,ts=5）

4.2 放大系數(shù)改變

圖16 1.5*K間接能量平衡調(diào)節(jié)器后擾動20%（Mp=6%,ts=5）

圖17 1.5*K直接能量平衡調(diào)節(jié)器前擾動20%響應(yīng)曲線（Mp=6%,ts=5）

4.3 結(jié)構(gòu)改變

圖18 變階次間接能量平衡調(diào)節(jié)器后擾動20%（Mp=6%,ts=5）

圖19 變結(jié)構(gòu)直接能量平衡調(diào)節(jié)器后擾動20%響應(yīng)曲線（Mp=6%,ts=5）

5 結(jié)論

均作20%擾動，將直接能量平衡系統(tǒng)與間接能量平衡系統(tǒng)對比：

調(diào)節(jié)器前擾動：

間接能量平衡系統(tǒng)Mp=5.6%，ts=15

直接能量平衡系統(tǒng)Mp=3.5%，ts=4

調(diào)節(jié)器后擾動：

間接能量平衡系統(tǒng)Mp=0.2%，ts=5.2

直接能量平衡系統(tǒng)Mp=0.15%，ts=3.8

這幾種情況均是直接能量平衡系統(tǒng)有較小的超調(diào)和較小的過程時間。

放大系數(shù)加倍調(diào)節(jié)器后擾動：

間接能量平衡系統(tǒng)Mp=0.35%，ts=6

直接能量平衡系統(tǒng)Mp=0.4%，ts=4.5

時間常數(shù)減倍調(diào)節(jié)器后擾動：

間接能量平衡系統(tǒng)Mp=5.2%，ts=9.2

直接能量平衡系統(tǒng) Mp=6%，ts=5

對象階次改變調(diào)節(jié)器后擾動：

間接能量平衡系統(tǒng)Mp=0.2%，ts=11

直接能量平衡系統(tǒng)Mp=0.38%，ts=2

這幾種情況直接能量平衡系統(tǒng)可獲得較大的超調(diào)量，但調(diào)整時間較短。

[1]王付生.熱工自動與保護(hù)[M].中國電力出版社,2009.

[2]孫奎明,時海剛.熱工自動化[M].中國電力出版社,2006.