汽輪機DEH系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化研究

摘 要：針對汽輪機電子式電液調(diào)速系統(tǒng)DEH的調(diào)速控制方法，本文詳細探討了DEH系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，首先簡單介紹了DEH系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成，在此基礎(chǔ)上重點分析了目前廣泛應(yīng)用的串級PID調(diào)速控制模式下的關(guān)鍵調(diào)速參數(shù)P、I和D，給出了基于模糊控制法則實現(xiàn)的PID參數(shù)自整定優(yōu)化設(shè)計方案及實施步驟，對于進一步提高汽輪機DEH系統(tǒng)的調(diào)速控制水平具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機；DEH系統(tǒng)；參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號：TM31 文獻標(biāo)識碼：A

1 概述

汽輪機是廣泛應(yīng)用于電廠生產(chǎn)過程中的一種熱工設(shè)備，對于汽輪機的調(diào)速控制一直是整個電力系統(tǒng)技術(shù)部門的研究重點，從過去傳統(tǒng)的機械離心飛錘式調(diào)速器的應(yīng)用，到液壓技術(shù)出現(xiàn)發(fā)展起來的液壓式調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用，再到現(xiàn)如今因電子電力技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展而得到廣泛應(yīng)用的電液調(diào)速系統(tǒng)。電液調(diào)速系統(tǒng)又可以細分為模擬式電液調(diào)速系統(tǒng)AEH和數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)DEH，在實際的應(yīng)用中，由于DEH系統(tǒng)具有控制線性化、帶負載能力強、控制精度高等突出優(yōu)勢而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

本文主要結(jié)合數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)DEH的實際設(shè)計，采用參數(shù)化設(shè)計的思想，對DEH系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計的探討，以期能夠從中找到面向電廠熱工循環(huán)控制實際需求的汽輪機DEH系統(tǒng)的參數(shù)化優(yōu)化調(diào)速控制方法。

2 汽輪機DEH系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成

數(shù)字式電液調(diào)速系統(tǒng)DEH主要由五個部分組成，具體分析如下：

（1） 電子控制器

電子控制器實際上是一個具有微型計算機功能的小型控制系統(tǒng)，內(nèi)含完整的I/O接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，以及必要的控制輸出模塊、電源模塊等。電子控制器的主要功能是接收來自汽輪機控制系統(tǒng)中的給定的或者反饋信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換或者電氣隔離輸出一定格式規(guī)范的控制信號，用于控制后向通道中的主汽閥調(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)對汽輪機相關(guān)閥門的控制。

（2） 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)實際上就是完成人機交互功能的窗口，操作系統(tǒng)主要由操作盤、圖像顯示窗口及鍵盤等構(gòu)建組成。操作系統(tǒng)用于實現(xiàn)人機對話及必要的控制操作功能。對DEH系統(tǒng)的通信功能的設(shè)置也是在操作系統(tǒng)中完成的。

（3） 油系統(tǒng)

油系統(tǒng)主要包括高壓油控制系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)，二者是完全獨立分開的。高壓油控制系統(tǒng)主要是為汽輪機控制系統(tǒng)提供必要的動力，它主要接收來自操作盤或者來自電子控制器發(fā)出的調(diào)節(jié)指令，以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)供油動力壓力的調(diào)節(jié)。潤滑油系統(tǒng)主要實現(xiàn)對DEH控制系統(tǒng)的潤滑，為潤滑系統(tǒng)提供透平油。

（4） 執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)主要接收來自操作盤或者電子控制器發(fā)出的控制指令，將其轉(zhuǎn)換為模擬量驅(qū)動指令，并驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成相應(yīng)的控制動作。執(zhí)行機構(gòu)主要包括電液伺服閥、伺服閥放大器，具有驅(qū)動能力的油動機組，主要負責(zé)完成對高壓調(diào)節(jié)氣閥和中壓調(diào)節(jié)氣閥的驅(qū)動控制。

（5） 保護系統(tǒng)

保護系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對DEH控制系統(tǒng)的保護，分為電路保護、油路保護及其他常規(guī)控制保護。保護系統(tǒng)主要采用電磁閥實現(xiàn)保護功能，根據(jù)DEH系統(tǒng)中的電流、電壓、油壓等參數(shù)的實時監(jiān)測結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的保護動作，確保整個DEH系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作。

3 汽輪機DEH系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化研究

3.1 DEH系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)分析

目前國內(nèi)主要應(yīng)用的汽輪機普遍采用基于串級PID控制實現(xiàn)調(diào)速，因此為了使本文的參數(shù)優(yōu)化探討更加具有針對性和實用性，這里以串級PID控制系統(tǒng)的汽輪機為具體研究對象探討參數(shù)優(yōu)化。

串級PID控制系統(tǒng)的主要控制參數(shù)為比例系數(shù)P，積分系數(shù)I和微分系數(shù)D，通過對這三個參數(shù)的整定，從而實現(xiàn)對DEH系統(tǒng)的控制設(shè)計。

（1） 參數(shù)P——比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

（2） 參數(shù)I——積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。

（3） 參數(shù)D——微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。

3.2 優(yōu)化方案設(shè)計

傳統(tǒng)的PID調(diào)速，是通過監(jiān)測速度的輸出，和系統(tǒng)的速度輸入進行對比，得到速度偏差e，通過對偏差e的監(jiān)測，給出合適的P、I、D三個參數(shù)的大小，從而達到對速度調(diào)節(jié)的優(yōu)化控制。但是這種控制方式無法實現(xiàn)對速度偏差的實時調(diào)整，控制上具有一定的滯后性，因此，本論文提出基于模糊控制實現(xiàn)的PID參數(shù)自整定控制方法。

（1） 基本原理

優(yōu)化之后的調(diào)速控制系統(tǒng)，不僅僅實時監(jiān)測速度偏差e的變化，同時還監(jiān)測速度偏差e的變化ec，通過對速度偏差e和速度偏差的變化ec的監(jiān)測，依據(jù)相應(yīng)的模糊控制法則給出PID參數(shù)的自整定，從而優(yōu)化了速度調(diào)節(jié)的控制模式。優(yōu)化之后的基于模糊控制實現(xiàn)的PID參數(shù)自整定控制方法，不僅能夠避免傳統(tǒng)的由于只監(jiān)測速度偏差e所帶來的速度調(diào)節(jié)控制的滯后性，更重要的是通過模糊調(diào)速法則，能夠在很大程度上優(yōu)化控制系統(tǒng)由于PID整定過程所帶來的干擾。

（2） 優(yōu)化步驟

具體的優(yōu)化實時步驟可以按照以下步驟執(zhí)行：

給出初步整定的PID參數(shù)；

實時監(jiān)測速度偏差e和速度偏差的變化ec；

設(shè)計完善的模糊控制法則庫；

依據(jù)相應(yīng)的模糊法則優(yōu)化參數(shù)PID的整定；

反饋給執(zhí)行機構(gòu)完成調(diào)速過程。

結(jié) 語

汽輪機是廣泛應(yīng)用在火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠等熱工循環(huán)控制組中的重要熱工設(shè)備之一，對汽輪機的優(yōu)化控制直接影響到整個熱工循環(huán)控制的效率及控制系統(tǒng)的可靠性。本論文結(jié)合目前國內(nèi)電廠中廣泛使用的基于串級PID控制實現(xiàn)的汽輪機DEH系統(tǒng)進行了參數(shù)優(yōu)化探討，并結(jié)合實際的應(yīng)用給出了優(yōu)化的具體方案，對于進一步提高汽輪機的參數(shù)化設(shè)計及其控制系統(tǒng)的設(shè)計、提高控制系統(tǒng)的熱工循環(huán)效率及控制的穩(wěn)定性和可靠性，都有著較好的理論指導(dǎo)和借鑒意義，因此，本文對于汽輪機在DEH系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方面的探討是有一定的實用價值的，值得推廣應(yīng)用。當(dāng)然，對于汽輪機的DEH系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化絕不僅僅局限于本文所探討的幾個方面，本文只是一次粗淺探討，更多的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方案有待于廣大電力工程技術(shù)人員的共同努力，才能夠最終實現(xiàn)汽輪機控制水平的整體提高！

參考文獻

[1] 黃保海著.汽輪機原理與構(gòu)造[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 靳智平.電廠汽輪機原理及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 包錦華，黃勇.1000MW超超臨界機組汽輪DEH調(diào)試簡介[J].熱力透平，2007，（3）：74.

[4] 李平，彭道剛，楊寧.國產(chǎn)數(shù)字電液控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2007，23 （2）：108-110.