協(xié)調控制系統(tǒng)讀書報告

協(xié)調控制系統(tǒng)讀書報告課名：協(xié)調控制系統(tǒng)班級：2011034姓名：學號：一、 單元機組控制的特點和任務1、 單元機組負荷控制系統(tǒng)的任務接受電網(wǎng)調度的負荷指令和運行人員負荷指令，接受電網(wǎng)頻率偏差信號電網(wǎng)頻率偏差信號，使機組具有一定的調峰使機組具有一定的調峰、調頻能力調頻能力,盡快滿足電網(wǎng)負荷的需求。協(xié)調鍋爐協(xié)調鍋爐、汽輪機之間的能量供求關系汽輪機之間的能量供求關系，使輸入機組使輸入機組的能量盡快與機組的功率相適應，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。協(xié)調機組各控制子系統(tǒng)協(xié)調機組各控制子系統(tǒng)，維持機組主要參數(shù)在允許范維持機組主要參數(shù)在允許范圍內，保證機組安全、經(jīng)濟運行。2、 單元機組負荷控制的特點鍋爐和汽輪發(fā)電機的動態(tài)特性存在著很大差異，即汽輪發(fā)電機對負荷請求響應快，鍋爐對負荷請求的響應慢，所以單元機組內外兩個能量供求平衡關系相互間受到制約，外部負荷響應性能與內部運行參數(shù)穩(wěn)定性之間存在著固有的矛盾。二、 單元機組負荷控制系統(tǒng)基本組成單元機組負荷控制系統(tǒng)通常由負荷指令管理部分和機爐負荷控制部分組成。1、 負荷指令管理部分主要作用是對外部負荷請求指令進行選擇，并根據(jù)機組主、輔機運行情況加以處理，使之轉變?yōu)閱卧獧C組安全運行所能接受的實際負荷指令。2、 機爐負荷控制部分機爐負荷控制部分有兩個主要作用，一是根據(jù)機組的運行條件及要求，選擇合適的負荷控制方式；二是接受實際負荷指令、輸出電功率、主蒸汽壓力給定值和主蒸汽壓力信號，并根據(jù)選擇的負荷控制方式，對輸出電功率和主蒸汽壓力進行相應的控制運算，分別產生汽機主控指令和鍋爐主控指令，這些指令作為協(xié)調機爐動作的控制信號分別送汽輪機和鍋爐控制系統(tǒng)。三、 單元機組負荷控制對象動態(tài)特性從機組負荷控制系統(tǒng)角度來看，被控對象包括：汽輪機控制系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)、單元機組。1、 單元機組控制對象的特點單元機組是一個典型的多輸入、多輸出、相互耦合的復雜被控對象復雜被控對象；負荷變化過程中，鍋爐具有延遲和較大的慣性，而汽輪發(fā)電機的慣性較小。2、 單元機組動態(tài)特性鍋爐燃燒率|JB(及相應的給水流量)擾動下主蒸汽壓力pT和輸出電功率PE的動態(tài)特性加擾動卜的PE和pT的動態(tài)特性可用高階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)來描述。根據(jù)階躍響應曲線的特征參數(shù)，可以求得相應的傳遞函數(shù)：Gp"s)=P"s)/伽(s)、Gp"s)=Pt(s)"b(s)汽輪機調門開|JT擾動下主蒸汽壓力pT和輸出電功率PE的動態(tài)特性機組增加負荷時，初始階段所需的蒸汽量主要是由鍋爐釋放蓄熱量而產生的。然而，隨著汽輪機容量的日益增大，鍋爐蓄熱量越來越小，單元機組負荷適應能力與保持汽壓不變之間的矛盾越來越突出。根據(jù)階躍響應曲線的特征參數(shù)，可以求得相應的傳遞函數(shù)：GpB(s)=Pe(s)"b(s)、GpB(s)=Py(s)/fJ，B(S)o3、 負荷控制系統(tǒng)被控對象的特點當汽輪機調門開度動作時，被調量PE和pT的響應都很快即熱慣性小：當鍋爐燃燒率改變時，PE和pT的響應都很慢，即熱慣性大，一快一慢就是機爐對象動態(tài)特性方面存在的較大差異。4、負荷控制系統(tǒng)被控對象動態(tài)特性把汽輪機、鍋爐控制系統(tǒng)包括在負荷控制對象之內，就構成了負荷控制系統(tǒng)的被控對象。其控制輸入量為鍋爐主控指令MB和汽輪機主控指令ML對于鍋爐側，由于各控制系統(tǒng)的動態(tài)過程相對于鍋爐特性的遲延和慣性可忽略不計，可假設它們配合協(xié)調，能及時跟隨鍋爐指令MB,接近理想隨動系統(tǒng)特性接近理想隨動系統(tǒng)特性，有有”b=MB。對于汽輪對于汽輪機機側側，如果汽輪機控制系統(tǒng)采用純液壓調速系統(tǒng)如果汽輪機控制系統(tǒng)采用純液壓調速系統(tǒng)，則汽則汽輪機指令MT就是調門開度，有弘r=MT四、 負荷控制的基本原則及方案1、 負荷控制的基本原則為了提高負荷響應性能，可在保證機組安全運行（即汽壓在允許范圍內變化）前提下，充分利用機組的蓄熱能力，也就是在負荷變動時，通過汽輪機調門的適當動作，允許汽壓有一定波動而釋放或吸收部分蓄能，可加快機組初期負荷的響應速度。與此同時，加強對鍋爐側燃燒率（及相應的給水流量）的調節(jié)，使鍋爐功率盡快跟上電網(wǎng)負荷要求。2、 負荷控制的基本方案一個以前饋一一反饋控制為主的多變量協(xié)調控制方案。其中，反饋控制是負荷控制的基礎，通過它來確定機組內、外兩個能量供求平衡關系，以及實現(xiàn)各種負荷控制方式的選擇切換。前饋控制主要是為了補償機組的動態(tài)延遲，加快負荷的響應，同時也為了保證有關運行參數(shù)的穩(wěn)定值與指令一致。以及動態(tài)變化值始終在其穩(wěn)態(tài)值附近。一般，負荷控制系統(tǒng)還包括非線性的控制元件，其作用大多為保證充分利用儲能能力，并使汽壓不超出允許范圍五、 負荷控制方式負荷控制方式可分為兩類：機爐分別控制方式和機爐協(xié)調控制方式。1、機爐分別控制方式鍋爐跟隨負荷控制方式，簡稱鍋爐跟隨方式；汽輪機跟隨負荷控制方式，簡稱為汽機跟隨方式。（1） 鍋爐跟隨方式基本工作原理：由汽輪機調節(jié)機組的輸出電功率、鍋爐調節(jié)汽壓。鍋爐跟隨方式特點：當負荷指令（功率給定值）改變時，由于利用了鍋爐的蓄熱能力，具有較好的負荷適應性，對機組調峰調頻有利，但汽壓波動較大；當有內擾（燃燒率擾動）時，汽壓波動較大。一般可用于儲熱能力相對較大的中、小型汽包鍋爐機組、母管制運行機組，大型單元機組尤其是直流鍋爐機組不能采用這種控制方式在單元機組中，當鍋爐設備運行正確,機組的輸出電功率因汽輪機設備上的原因而受到限制時，可采用鍋爐跟隨方式。（2） 汽機跟隨方式基本工作原理：由鍋爐調節(jié)機組的輸出電功率、汽輪機調節(jié)汽壓。汽機跟隨方式的特點：汽壓波動小。但由于沒有利用鍋爐的蓄熱能力，而只有當鍋爐的燃燒率改變之后，主蒸汽壓力變化時，才改變機組的輸出電功率，有較大的遲延，因此適應負荷變化能力差，不利于帶變動負荷和參加電網(wǎng)調頻。這種控制方式適用于帶基本負荷的單元機組或當機組剛投入運行時，采用這種控制方式保持機組有較穩(wěn)定的汽壓，為機組穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件。當單元機組中汽輪機設備運行正常，機組的輸出電功率因鍋爐部分設備工作異常而受到限制時，可采用汽輪機跟隨方式。（3）其它方式后備手動方式：在某些特殊的運行條件下，機爐主控制系統(tǒng)需部分或全部地切除自動控制，轉為手動操作，因此需要一些特殊地分別控制方式，即后備手動方式。不帶功率控制的鍋爐跟隨方式和汽輪機跟隨方式：在單元機組的啟動和停止階段，以及在鍋爐和汽輪機設備存在問題而不能承擔輸出電功率自動控制的任務時，要將輸出電功率自動控制作用切除，轉為操作員手動操作。對于鍋爐跟隨方式，汽輪機主控制器切為手動狀態(tài)，由操作員手動改變汽輪機主控制指令，調節(jié)機組的輸出電功率，而汽壓仍由鍋爐側進行自動控制。對于汽輪機跟隨方式，鍋爐主控制器切為手動狀態(tài)，由操作員手動改變鍋爐主控制指令，調節(jié)機組的輸出電功率，而汽壓仍由汽輪機側進行自動控制。基礎控制方式：在單元機組的啟動和停止階段，有時對輸出電功率和汽壓的控制都需切除自動控制,轉為手動操作控制。這時，機、爐的主控制指令都由操作員手動改變，負荷自動控制系統(tǒng)相當于被切除。機、爐的子控制系統(tǒng)各自分別維持本身運行參數(shù)的穩(wěn)定而不再參與機組輸出電功率和汽壓的自動控制，這種控制方式稱為基礎控制方式。2、機爐協(xié)調控制方式常見的機爐協(xié)調控制方式有三種：以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制方式、以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制方式和綜合型協(xié)調控制方式（1） 以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制方式工作原理：給汽輪機調節(jié)汽門開度信號（汽輪機主調節(jié)器PIT的輸出）設置一個限制環(huán)節(jié)，在動態(tài)過程中，當汽壓偏差在死區(qū)非線性環(huán)節(jié)的不靈敏區(qū)范困內時，對MT（汽機的主控制指令）無影響，當汽壓偏差在靈敏區(qū)范闈內時，將經(jīng)非線性環(huán)節(jié)限制MT,從而限制汽輪機調門開度進一步變化，達到限制汽壓偏差的目的。這種控制方式是在鍋爐跟隨方式的基礎上改進形成的。由于機、爐在共同保持汽壓過程中采取了協(xié)調的控制動作，因此，稱這種控制方式為以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制方式。特點：從汽壓偏差對汽輪機調門的限制作用可見，盡管這樣可使汽壓波動不超過允許范I韋I，但同時也減慢了輸出電功率的響應速度，實質上是以降低輸出電功率響應性能作為代價來換取汽壓控制質量的提高。在此意義上，協(xié)調控制的結果是兼顧電功率和汽壓兩方面的控制質量。（2） 以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制方式工作原理：在汽輪機跟隨方式的基礎上，允許主蒸汽壓力在一定范圍內變化，構成以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制方式。由于機組功率對汽機側調節(jié)作用的響應迅速，當負荷要求變化時，本系統(tǒng)通過改變汽輪機調節(jié)閥開度機調節(jié)閥開度，充分利用機組充分利用機組蓄能，就可以得到機組功率的快速響應。特點：實質上是以降低輸出電功率響應性能作為代價來換取汽壓控制質量的提高控制質量的提高。（3） 綜合型協(xié)調控制方式工作原理：當負荷指令NO改變時，機、爐調節(jié)器PIT和PIB同時對汽輪機側和鍋爐側發(fā)出負荷控制指令，并行地改變鍋爐的燃燒率（及相應的給水流量）和汽輪機調門開度。同時為了使主汽壓的變化幅度不致太大，還根據(jù)汽壓PT偏離給定值P0的情況適當?shù)叵拗破啓C調門開度的變化，并適當?shù)丶訌婂仩t燃燒率的控制作用。當調節(jié)結束后，機爐主控制器共同保證輸出電功率NE與負荷指令NO一致，汽壓PT恢復為給定值POo特點：綜合型協(xié)調控制方式通過“雙向”的機爐協(xié)調操作，具有較好的負荷適應性能和汽壓控制性能，是一種較為合理和完善的協(xié)調控制方式。3、 負荷控制效果分析協(xié)調控制方式的控制效果介于鍋爐跟隨和汽輪機跟隨兩種控制方式之間，它使輸出電功率和氣壓兩個被控量的控制質量得到兼顧。4、 負荷控制方式實現(xiàn)通常，在設計主控制系統(tǒng)時，主控制器應具有多種控制策略，能夠實現(xiàn)多種負荷控制方式，以適應不同的運行條件及要求。負荷控制方式的選擇或切換可通過手動或自動來實現(xiàn)。尤其是當鍋爐或汽機發(fā)生故障時，主控制器會自動無擾動地切換控制方式。六、負荷前饋控制1、 負荷前饋控制的作用補償被控對象（主要是鍋爐側）動態(tài)特性的遲延和慣性，加快負荷響應。將前饋信號作為機、爐主控制指令的基本組成部分，以保證機組的輸入能量與能量需求基本一致,在變負荷控制過程中起“粗調”作用。2、 負荷前饋控制的特點負荷前饋控制的重點是鍋爐側。為了補償鍋爐側的動態(tài)退延和慣性，前饋控制作用中除了比例（P）作用（靜態(tài)前饋）以外，還包括微分（D）作用（動態(tài)前饋），它起超前控制作用，加速鍋爐的負荷響應。對于汽輪機側，采用前饋控制，主要是要求汽輪機的調門開度或汽輪機負荷與負荷指令保持一致。因此，通常只采用靜態(tài)前饋控制，這樣，如果一旦單元機組與電網(wǎng)突然解列，可迅速切除負荷指令，使調門立即關小，防止過分超速。3、 鍋爐側的前饋控制信號來源一種是負荷指令信號；另一種是蒸汽流量信號。兩種信號性質不同，前者為電網(wǎng)對機組的負荷要求；后者為汽輪機對鍋爐的負荷要求。無論哪種信號，都代表了對鍋爐的能量要求。通過前饋控制，鍋爐的輸入能量與能量要求隨時保持平衡。4、 按負荷指令進行的前饋控制特點當負荷指令改變時，通過前饋控制器（P）立即改變汽輪機主控指令MT,使汽輪機調門開度（或汽輪機功率）作相應改變。同時，通過前饋控制器（PD）立即改變鍋爐主控指令MB,使燃燒率相應改變。微分（D）控制作用使燃燒率動態(tài)超前動作，加速鍋爐的負荷響應。前饋控制還使MB和MT始終與負荷指令保持一致。通常，在前饋“粗調”的基礎上，反饋控制只需對偏差稍加校正（“細調”），即可■使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。一定程度上克服了反饋控制需待偏差產生后才發(fā)出控制作用的缺點，使負荷控制質量大為提高。5、 按蒸汽流量進行的前饋控制特點能量平衡信號：汽輪機對鍋爐的能量要求信號。直接能量平衡協(xié)調控制方式：用能量平衡信號作為鍋爐主控制器前饋信號的控制方式。為了克服正反饋作用，即應以蒸汽流量的需求（稱為目標蒸汽流量）而不是實際蒸汽流量作為對鍋爐的前饋控制信號。為此，必須進行修正，以形成目標蒸汽流量信號。對調節(jié)級壓力P1信號修正方法：壓力比修正和壓力差修正。（1） 具有壓力比修正的能量平衡信號能量平衡信號：P】*Po/Pt。能量平衡信號準確地代表了汽輪機的能量要求。調節(jié)級汽壓Pi與主汽壓之比精確地表示汽輪機調門的有效通流面積或開度，即p=f（Pl/4）。如果P。不是常數(shù)（滑壓運行），采用PgPt作為汽輪機的能量需求信號。能量平衡信號也可克服動態(tài)過程的正反饋作用。在穩(wěn)態(tài)時，因Pt=Po,故，目標蒸汽流量等于實際蒸汽能量。（2） 具有壓力差修正的能量平衡信號能量平衡信號為：引1+K（R—耳）］,其中RK（R-耳）為壓力差修正項。穩(wěn)態(tài)時Pr=P。，能量平衡信號以1+K網(wǎng)—玲）］=耳，即能量需求等于汽輪機實際消耗的能量，或可稱目標蒸汽流量等于實際蒸汽流量。無論是動態(tài)還是穩(wěn)態(tài)，能量平衡信號PJ1+K（可-玲）］都能較準確地代表汽輪機的能量需求。具有壓力差修正的能量平衡信號。七、 反饋控制的作用反饋控制是負荷控制的基礎，通過它來確保機組內、外兩個能量的供求平衡關系，以及實現(xiàn)各種負荷控制方式的選擇切換。機爐負荷控制部分通常能夠實現(xiàn)多種負荷控制方式，以適應不同運行條件及要求。負荷控制方式的選擇或切換可通過手動或自動來實現(xiàn)。不同的負荷控制方式對應不同的反饋控制結構，可通過改變反饋控制結構來實現(xiàn)不同的負荷控制方式。在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實現(xiàn)對被控對象進行控制的任務，確保被控變量趨于給定值，即“細調”。八、 多變量系統(tǒng)的解耦控制由于協(xié)調控制系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，為了消除耦合作用對整個系統(tǒng)控制效果的影響，根據(jù)多變量過程控制系統(tǒng)解耦理論，首先要對控制系統(tǒng)進行解耦。解耦控制即通過解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的被控過程的每個控制變量的變化只影響與其配對的被控參數(shù)，而不影響其他控制回路的被控參數(shù)?？砂讯嘧兞狂詈峡刂葡到y(tǒng)分解為若干相互獨立的單變量控制系統(tǒng)。1、 實現(xiàn)復雜過程的解耦三個層次的辦法（1） 突出主要被控參數(shù)，忽略次要被控參數(shù)，將過程簡化為單參數(shù)過程。（2） 尋求輸出輸入間的最佳匹配，選擇因果關系最強的輸入輸出，逐對構成各個控制通道，弱化各控制通道之間即變量之間的耦合；（3） 設計一個解耦補償器GP（s）實現(xiàn)解耦控制。2、 解耦環(huán)節(jié)經(jīng)常采用的設計方法前饋補償解耦法、對角矩陣解耦法、單位矩陣解耦法。（1） 前饋補償解耦法前饋補償解耦的基本思想是將ul對y2的影響