中間點溫度控制系統(tǒng)實踐

課程實驗總結(jié)報告實驗名稱： 中間點溫度控制系統(tǒng)實踐課程名稱:專業(yè)綜合實踐：大型火電機組熱控系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（3）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1概述 2.\o"CurrentDocument"2控制原理 2.\o"CurrentDocument"2?1給水控制方案 2.\o"CurrentDocument"2.2控制原理 3.\o"CurrentDocument"2.3中間點溫度控制邏輯 3\o"CurrentDocument"2.3.1相關(guān)圖紙 3.\o"CurrentDocument"2?3?2控制系統(tǒng)原理 4.\o"CurrentDocument"2.3.3控制邏輯分析 5.3實驗過程 6.\o"CurrentDocument"3.1實驗內(nèi)容 6.\o"CurrentDocument"3?2開環(huán)特性試驗 6.\o"CurrentDocument"3?2?1給水流量擾動 7.\o"CurrentDocument"3?2?2給煤量擾動 7.\o"CurrentDocument"3?3閉環(huán)特性試驗 7.\o"CurrentDocument"3?3?1內(nèi)環(huán)定值擾動 7.\o"CurrentDocument"3?3.2內(nèi)環(huán)內(nèi)擾 8.\o"CurrentDocument"3.3?3內(nèi)環(huán)外擾 8.\o"CurrentDocument"3?3.4外環(huán)定值擾動 9.\o"CurrentDocument"3.4參數(shù)優(yōu)化 9.3?4?1模型修改 9.參數(shù)— 10\o"CurrentDocument"參數(shù)二 10\o"CurrentDocument"3總結(jié) 1.11概述直流鍋爐沒有汽包，給水一次性經(jīng)過各個受熱面，其蒸發(fā)點不是固定的，不像汽包爐。給水流量和燃料量任一變化或煤質(zhì)變化都將導(dǎo)致出口汽溫的大幅變化（燃冰比變化），為此要選取一個固定點的溫度來監(jiān)視，在不同的負(fù)荷下將其維持在一個與負(fù)荷對應(yīng)的溫度，然后通過噴水減溫來微調(diào)，從而保證過熱器出口溫度的穩(wěn)定，如果這個點選的靠后的話將不能迅速反映燃水比和煤質(zhì)的變化， 靠前的話汽溫反映太延時，因為分離器出口溫度既可以迅速反映燃水比和煤質(zhì)的變化，又能及時反映出汽溫的變化，所以一般去分離器出口作為溫度監(jiān)視點，又稱為中間點溫度，有時又用焓值表示的中間點溫度。2控制原理2.1給水控制方案雙鴨山600MW超臨界機組給水控制方案采用中間點焓值信號進(jìn)行修正2.2控制原理一級減溫器前后溫差修正用一級減溫器前后溫差對中間點溫度焓值進(jìn)行修正。修正的原理是：一級減溫器前后溫差過大，說明噴水量大。由于過熱汽溫主要靠燃水比粗調(diào)，如果燃水比調(diào)整適當(dāng)，則噴水量量應(yīng)該不會很大。噴水量大，說明燃水比失調(diào)已經(jīng)比較嚴(yán)重。引入一級減溫前后溫差信號，可將調(diào)整燃水比與噴水減溫兩種控制手段結(jié)合起來，使一級減溫噴水調(diào)節(jié)閥工作在適中位置，保證減溫水適量。焓值計算采用中間點焓值信號的給水控制在給水控制中， 除了采用分離器出口過熱蒸汽溫度（中間點溫度）作為反饋量以外，還可以采用分離器出口過熱蒸汽的焓值信號。焓值計算框圖中，通過分離器出口溫度和分離器出口壓力計算對應(yīng)壓力下的分離器出口焓值。采用焓值計算的原因是：（1）能快速反應(yīng)燃水比；（2）出口過熱蒸汽為微過熱蒸汽，微過熱蒸汽焓值比溫度在反應(yīng)燃水比的靈敏度和線性度方面具有明顯優(yōu)勢。中間點焓值信號保證中間點焓值在合適的值，從而間接保證主蒸汽溫度在合理范圍內(nèi)。中間點焓值最終給定值SP2的形成：中間點焓值最終給定值SP2=分離器出口焓值+一減溫差對給定焓值修正給水指令SP的形成給水指令，？=給水基本指令+中間點焓值指令校正（PID2的輸出）給水基本指令：鍋爐指令BD經(jīng)動態(tài)延時環(huán)節(jié)f（t）和函數(shù)發(fā)生器fl（x）后給出給水流量基本指令。fl仃）作用是確定煤水比，當(dāng)鍋爐指令變化時，給水量和燃料量可以粗略地按一定比例變化，以控制過熱汽溫在一定范圍內(nèi)。2.3中間點溫度控制邏輯2.3.1相關(guān)圖紙SPCS-3000控制策略管理-8號站-158、159頁2-3-2控制系統(tǒng)原理158頁的給水控制一主要實現(xiàn)給水流量設(shè)定值的控制，控制策略采用串級PID。主回路控制器通過一級減溫器前后溫差對分離器出口中間點溫度進(jìn)行修正。主回路控制輸出信號加上對應(yīng)分離器出口壓力下適當(dāng)?shù)倪^熱度和分離器出口飽和溫度作為中間點溫度設(shè)定值送到副回路控制器 SP端。副PID輸出中間點焓

值修正信號與由鍋爐主控指令計算得到的給水主指令求和得到給水流量設(shè)定值。分離器出口 一減溫器前后設(shè)定值 溫度 溫差158和159頁兩個給水控制系統(tǒng)則一起采用了三個PID控制器實現(xiàn)串級控制，PID1實現(xiàn)通過一級減溫器前后溫差對分離器出口中間點溫度進(jìn)行修正； PID2輸出中間點焓值修正信號與由鍋爐主控指令計算得到的給水主指令求和得到給水流量設(shè)定值；PID3控制給水泵實現(xiàn)給水流量的調(diào)節(jié)。在本次實驗中，我們主要探究給水流量和給煤量對中間點溫度和主汽溫的影響，所以我們只討論后兩個PID控制器的串級控制，即PID2和PID3構(gòu)成的串級控制回路。中間點溫度 給水流量 分離器出口給水流量控制指令=給水主指令（煤水比計算得到）+中間點溫度校正中間點溫度給定值=汽水分離器壓力對應(yīng)的飽和溫度+適當(dāng)?shù)倪^熱度+一級減溫器前后溫差2?3?3控制邏輯分析:Wu;1l?4lB?>I5

■Maaazijn![JPBKE iSB-It◎泅R土口tttaiiT9 E3*-1T踽aWHlfIU-3A*-1T踽aWHlfIU-3A圖2-4給水流量定值邏輯c邏輯分析：1.SP、PV設(shè)定值SP=&+②+③主控制器得到的一級減溫器溫差校正信號分離器出口飽和溫度分離器出口壓力擬合過熱度信號。由于機組運行初期，主蒸汽溫度低，所以校正值高，為28;機組運行一旦時間以后，主蒸汽溫度壓力升高，此時校正值低，為 14。分離器出口溫度與煤水比失調(diào)信號作和送入副PID控制器PV端進(jìn)行運算。PV=分離器出口溫度+煤水比失調(diào)信號跟蹤與無擾切換自動情況下，M/A站輸出等于PID控制器的輸出，PID跟蹤M/A站輸出指令；手動情況下，PID輸出跟蹤M/A站的輸出，同時M/A站切換為跟蹤狀態(tài)，跟蹤給水流量控制指與給水主指令(鍋爐主控指令計算得到)的差值。信號校正鍋爐主控指令經(jīng)過兩個超前滯后環(huán)節(jié)和一個分段線性功能塊擬合得到給水主指令。分段線性功能塊即對應(yīng)圖1-1中的f1(x)、兩個超前滯后環(huán)節(jié)即對應(yīng)f1(t)下限限幅在啟動給水模式下或給水控制在手動的情況下，給水流量定值信號 =實際給水流量。給水流量定值信號與800取大，MAX塊的作用是低限限幅，使給水流量定值最小為800。MAX模塊輸出信號即為給水流量定值信號，送到給水控制邏輯二中。過熱度計算過熱度=分離器出口溫度-分離器出口飽和溫度。同時需要設(shè)置限幅功能模塊，保證信號在合理正確的范圍內(nèi)，限幅為0-500。啟動給水模式該邏輯中包含一個RS觸發(fā)器，優(yōu)先級設(shè)計為S端優(yōu)先，即置位優(yōu)先。所以當(dāng)省煤器入口流量小于0或者投啟動給水模式指令發(fā)出，觸發(fā)器復(fù)位，輸出端Q為0,則不發(fā)出啟動給水模式指令。3實驗過程3.1實驗內(nèi)容在本次實驗中，以雙鴨山600MW機組給水系統(tǒng)為對象，主要探究給水流量和給煤量對中間點溫度和主汽溫的影響。在開環(huán)狀態(tài)即手動狀態(tài)下的進(jìn)行擾動試驗，包括定制擾動、內(nèi)擾和外擾，獲取對象的開環(huán)特性；在閉環(huán)狀態(tài)下即自動狀態(tài)下，同樣進(jìn)行擾動試驗，觀察控制器的控制效果，然后優(yōu)化其內(nèi)外環(huán)PID參數(shù)；對比優(yōu)化參數(shù)前后給水系統(tǒng)的控制性能，并測試其抗外擾、內(nèi)擾的能力。3.2開環(huán)特性試驗調(diào)入初始條件，待給水流量主汽溫度等各項參數(shù)穩(wěn)定（所調(diào)取的條件基本都是很穩(wěn)定的），進(jìn)行給水流量和給煤量擾動試驗，觀察響應(yīng)曲線根據(jù)曲線，使用斜率法或者將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB即可辨識出汽機轉(zhuǎn)速與給水量的模型。3.2.1給水流量擾動改變小汽機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)給水流量設(shè)定值的定值擾動，將汽機轉(zhuǎn)速由4835r/min提高到5000r/min，觀察過熱度（中間點溫度）和主汽溫的變化情況。增加汽機轉(zhuǎn)速，給水流量迅速上升，主蒸汽過熱度下降，響應(yīng)時間較快，而主汽溫度一段時間之后才開始下降，這是因為其有一定的慣性，即給水需要先加熱變成蒸汽才能影響主汽溫度。3.2.2給煤量擾動繼續(xù)運行一段時間待系統(tǒng)穩(wěn)定后，將磨煤機 F磨的給煤量由21t提高至31t，即燃料量PV增加10,觀察過熱度（中間點溫度）和主汽溫的變化情況。隨著給煤量的增加，過熱度增加，響應(yīng)很快；主汽溫度有一點點遲延但是也響應(yīng)很快；給水流量基本沒有發(fā)生變化。湘床高辛人口主矗汽述業(yè)汽UUftWP: .?-1 L L 推聲isms弓 ：汽機ibS■迅曲4。第丫’冶血、由 -4 1 ■220.00天理 ?I上前巾0030:0 24:0 1S:O 12:0 6:0圖3-1開環(huán)給水流量和給煤量擾動曲線3.3閉環(huán)特性試驗使用原始PID參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)特性試驗，PID參數(shù)如下：內(nèi)回路比例帶0?1,積分時間12，微分時間0外回路比例帶0?1,積分時間150,微分時間0試驗中我們首先對內(nèi)環(huán)進(jìn)行擾動試驗，然后在進(jìn)行外環(huán)的擾動試驗3.3.1內(nèi)環(huán)定值擾動將控制器投自動，運行一段時間待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給水流量設(shè)定值從 1800t/h提高至1850t/h，觀察其他曲線變化情況。從給水流量實際曲線可以看到，其值在上升一段時間后有回落之后才繼續(xù)上升，穩(wěn)態(tài)時間長達(dá) 360s。同樣主蒸汽溫

度由于慣性，一段時間之后才逐漸下降。3?3-2內(nèi)環(huán)內(nèi)擾我們通過改變給水泵A循環(huán)門開度改變給水流量實現(xiàn)對系統(tǒng)的內(nèi)部擾動實驗。加入內(nèi)擾后，實際值同樣出現(xiàn)回落現(xiàn)象，而且達(dá)到穩(wěn)定時出現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)誤差，控制效果不好，內(nèi)環(huán)回路沒有有效的消除內(nèi)擾。圖3-2內(nèi)環(huán)定值擾動和內(nèi)擾3.3.3內(nèi)環(huán)外擾我們同樣適用燃料量作為外擾，在給煤量增加后，可以看到給水流量設(shè)定值首先增加，這是因為信號校正的產(chǎn)生，即燃料量變化，伴隨著鍋爐主控指令的改變，根據(jù)其得到給水基本指令經(jīng)過外環(huán)PID得到的給水指令校正得到新的給水指令設(shè)定值信號。顯然加入外擾，系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間較長約為 390s,且穩(wěn)定后存在穩(wěn)態(tài)誤差，約為8t/h3-3內(nèi)環(huán)塔■料穩(wěn)定后存在穩(wěn)態(tài)誤差，約為8t/h3-3內(nèi)環(huán)塔■料x典16J酒I伺尊相曾3-3-4外環(huán)定值擾動內(nèi)環(huán)擾動完成后進(jìn)行外環(huán)擾動試驗，運行一段時間待系統(tǒng)穩(wěn)定后，我們將中間點溫度設(shè)定值從403C提高至408C，觀察響應(yīng)曲線。運行20多分鐘之后，中間點溫度都沒有達(dá)到設(shè)定值，給水也沒有穩(wěn)定，控制效果非常差。因此我們便沒有繼續(xù)進(jìn)行之后的擾動試驗，直接進(jìn)入下一步的參數(shù)優(yōu)化。圖3-4圖3-4外環(huán)定值擾動綜上，原始的PID參數(shù)的控制效果不理想，系統(tǒng)的控制品質(zhì)差，外環(huán)控制相應(yīng)太慢，內(nèi)環(huán)不能有效的消除擾動對系統(tǒng)的影響，因此需要對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)慢，內(nèi)環(huán)不能有效的消除擾動對系統(tǒng)的影響，因此需要對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)3.4參數(shù)優(yōu)化3.4.1模型修改由于外環(huán)響應(yīng)時間太長，修改了一次系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)模型，將分離器出口壓力和鍋爐主控指令后的超前滯后環(huán)節(jié)改成慣性延遲， 延遲傳遞函數(shù)為依然采用現(xiàn)場試湊的方法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。圖3-5修改后的系統(tǒng)模型圖3-5修改后的系統(tǒng)模型3-4-2參數(shù)內(nèi)回路比例帶0.05，積分時間50,微分時間0外回路比例帶0.05，積分時間20,微分時間0穩(wěn)定后，將中間點溫度403加到415,觀察響應(yīng)曲線，顯然相較于之前的PID參數(shù)系統(tǒng)的控制效果變好，但是依然不是很理想，繼續(xù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化圖3-5參數(shù)一定值擾動3.4.3參數(shù)二內(nèi)回路比例帶0.05,積分時間5,微分時間0外回路比例帶0.6，積分時間6,微分時間0這組的參數(shù)就明顯優(yōu)于原始參數(shù)與參數(shù)一的控制效果， 所以就參用這組參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行r內(nèi)擾與外擾實驗，控制品質(zhì)如下:超調(diào)昂：Mp=26