自動控制理論與熱工控制系統

Telmail:lxz_8177757@山西大學工程學院太原電力高等專科學校張麗香給水自動調節系統主要內容

蒸汽溫度自動調節系統

燃燒過程自動調節系統單回路反饋調節系統

單元機組負荷自動控制系統自動調節系統的類型及應用場合自動調節理論及熱工控制系統自動調節理論及熱工控制系統給水自動調節系統主要內容

蒸汽溫度自動調節系統

燃燒過程自動調節系統單回路反饋調節系統

單元機組負荷自動控制系統自動調節系統的類型及應用場合單回路反饋調節系統的組成1、單回路反饋調節系統包括：熱工調節對象

測量變送器

自動調節器

執行機構（執行器和調節機構）1、單回路反饋調節系統熱工對象動態特性的獲取

1、單回路反饋調節系統現場試驗及數據處理

通過手動操作使工作在所需測試的負荷下，穩定運行一段時間后，快速改變過程的輸入量，記錄過程的輸入/輸出的變化曲線。經過一段時間后，過程進入新的穩定，實驗就可結束，得到的記錄曲線就是過程程的階躍響應曲線。熱工對象動態特性的獲取

熱工對象動態特性的獲取

1．合理選擇階躍擾動信號的幅值。過小的階躍擾動幅度不能保證測試結果的可靠性，而過大的擾動幅度則會使正常生產受到嚴重干擾甚至危及生產安全。一般是取通過控制閥門流入量最大值的10%左右為宜。當生產上限制較嚴時應降到5%，相反也可提高到20%，以不影響生產為準。2．試驗開始前確保被測過程處于某一選定的穩定工況。試驗期間應設法避免發生偶然性的其它擾動。通常同一實驗應重復進行幾次，至少要獲得兩次基本相同的響應曲線，以排除偶然性干擾的影響。3．考慮到實際被測對象的非線性，擾動要正反方向變化，分別測出正反方向變化的階躍響應曲線。現場試驗及數據處理注意事項

熱工對象動態特性的獲取

脈沖響應曲線與階躍響應曲線熱工對象動態特性的獲取

有自平衡能力被控對象無自平衡能力被控對象熱工對象的典型動態特性熱工對象動態特性的獲取切線法求取對象的近似傳遞函數

1）2）求出/Tc的數值；3）查下表，即可得到與/Tc值相對應的n值和/T0的數值，同時可求得T0。熱工對象動態特性的獲取兩點法求取對象的近似傳遞函數

式中：n的數值可以從下表求得。影響控制系統性能的因素被控對象調節通道的動態特性放大系數，遲延，慣性等

影響控制系統性能的因素調節閥的理想流量特性調節閥的流量特性及管路條件S>0.3~0.5X>0.8

影響控制系統性能的因素調節器動作規律及參數

影響控制系統性能的因素PID調節系統Kd=0Kd=2Kd=4Kd=6Kd=8PI調節系統單回路調節系統的工程整定方法

圖表法——無自平衡能力對象的整定參數

圖表法——有自平衡能力對象的整定參數

單回路調節系統的工程整定方法

臨界比例帶法

(1)使調節器只具有比例作用,將積分時間調至無窮大,微分時間調至零。然后，將調節器的比例帶放至比較大的位置，將閉環調節系統投入運行。(2)逐漸改變調節器的比例帶值,由大逐漸變小,觀察不同值下的調節過程，直到調節過程出現等幅振蕩為止。待閉環系統處在臨界穩定狀態，記下此時的調節器比例帶數值和振蕩周期。(3)調節器的最佳參數可按下表計算。

衰減曲線法

(1)使調節器只具有比例作用,將積分時間調至無窮大,微分時間調至零。然后，將調節器的比例帶放至比較大的位置，將閉環調節系統投入運行。(2)逐漸改變調節器的比例帶值,由大逐漸變小,觀察不同值下的調節過程(可以人為加入擾動),直到調節過程處于（4:1）衰減振蕩過程時，記下此時的調節器比例帶數值和衰減振蕩周期。(3)調節器的最佳參數可按下表計算。

單回路調節系統的工程整定方法

給水自動調節系統主要內容

蒸汽溫度自動調節系統

燃燒過程自動調節系統單回路反饋調節系統

單元機組負荷自動控制系統自動調節系統的類型及應用場合自動調節理論及熱工控制系統2、自動調節系統的類型及應用場合串級調節系統

串級調節系統適用于對象調節通道動態特性具有較大的遲延和慣性，同時該調節對象可以劃分為導前區動態特性和惰性區動態特性時使用。電廠中的給水調節系統、汽溫調節系統、主蒸汽壓力調節系統、煙氣含氧量調節系統（送風調節系統）等，經常采用串級控制方案。2、自動調節系統的類型及應用場合前饋-反饋調節系統

前饋調節適用于系統外部干擾頻繁出現，且擾動幅度較大的場合。電廠中的負荷調節系統、給水調節系統、汽溫調節系統、引風調節系統等，經常采用前饋-反饋控制方案。前饋調節——補償控制原理。前饋調節與反饋調節的差別：(1)調節的依據不同；(2)調節的效果不同；(3)系統的結構不同；(4)實現的經濟性和可能性不同。2、自動調節系統的類型及應用場合比值調節系統

比值調節適用于生產過程中要求兩種物料保持比值關系的場合。電廠中的燃料量和送風量就采用了比值調節系統。選擇性調節系統

可以實現不同被控變量的選擇可以實現“軟保護”可以實現非線性規律2、自動調節系統的類型及應用場合

Smith預估補償方案

Smith預估補償控制方案適用于具有大遲延特點的固定參數被控對象。設Smith預估補償器為：得：2、自動調節系統的類型及應用場合

模糊控制系統模糊-PID控制系統模糊-Smith控制系統自動調節理論及熱工控制系統給水自動調節系統主要內容

蒸汽溫度自動調節系統

燃燒過程自動調節系統單回路反饋調節系統

單元機組負荷自動控制系統自動調節系統的類型及應用場合3、單元機組負荷自動控制系統

鍋爐汽輪發電機鍋爐控制子系統汽輪機控制子系統協調控制級基本控制級單元機組單元機組負荷控制系統AGC鍋爐側負荷指令調汽門給水風量燃料DCS系統汽輪機側負荷指令MANf

…..單元機組自動控制系統總體結構3、單元機組負荷自動控制系統鍋爐燃燒率發電機去電網汽輪機

單元機組負荷自動控制的任務1、保證機組輸出功率迅速滿足電網的要求；2、迅速協調鍋爐、汽輪機之間的能量供求平衡關系，使輸入機組的熱量盡快與機組輸出功率相適應；3、在各種運行工況下，均能保證機組安全運行單元機組負荷自動控制系統的功能1、參加電網調峰、調頻

；2、穩定機組運行

；3、機組出力與主機和輔機實際能力的協調；

4、具有多種可選擇的運行方式；

5、完善的與其他控制系統間的通訊接口負荷控制的特點1、單元機組是一個相互關聯的復雜的多輸入多輸出的控制對象，必須將鍋爐和汽輪發電機視為一個整體來考慮。2、鍋爐和汽輪機在適應電網負荷變化上存在差異。從動態特性上看，鍋爐具有較大的慣性，從燃燒率的改變到機前壓力的變化有較大的時間常數和遲延時間。3、電網供電質量對單元機組參加調頻的能力要求日益提高。4、電網自動化水平的提高對單元機組負荷控制提出了更高的要求。3、單元機組負荷自動控制系統機組負荷控制系統的運行方式鍋爐跟隨控制方式汽機跟隨控制方式特點：適應負荷的能力強機組運行的穩定性差特點：適應負荷的能力差機組運行特別穩定機組負荷控制系統的運行方式機爐協調控制方式特點：適應負荷的能力較強機組運行較穩定單元機組負荷控制的四種方式：

1.基本控制方式——鍋爐主控和汽機主控都處于手動或跟蹤方式

2.鍋爐跟隨控制方式—鍋爐主控自動，汽機主控手動或跟蹤方式

3.汽機跟隨控制方式—汽機主控自動，鍋爐主控手動或跟蹤方式

4.協調控制方式——鍋爐主控和汽機主控都處于自動方式

機組負荷控制系統的結構四種運行方式：

1.基本方式：鍋爐主控手動或跟蹤汽機主控手動或跟蹤2.鍋爐跟隨方式：鍋爐主控自動汽機主控手動或跟蹤

3.汽機跟隨方式：汽機主控自動鍋爐主控手動或跟蹤

4.協調控制方式：鍋爐主控自動汽機主控自動外部負荷指令：AGC，MAN，內部負荷指令：RB，BI/BD，RU/RD，TRACK1）、以鍋爐跟隨為基礎的協調控制系統負荷協調控制系統的典型方案2）、以汽輪機跟隨為基礎

的協調控制系統負荷協調控制系統的典型方案3）、機爐綜合協調控制系統負荷協調控制系統的典型方案4）、直接能量平衡協調控制系統負荷協調控制系統的典型方案熱量信號與能量平衡信號的概念能量平衡信號的概念熱量信號的概念是汽輪機對鍋爐的能量需求是鍋爐所具有的能量能量

汽輪機調門開度靜態：熱量=蒸汽流量動態：熱量汽包壓力的變化能量只反映汽輪機對蒸汽量的需求，不應受燃料量變化的影響熱量只反映燃料的實際發熱量，不應該受負荷側的擾動影響負荷控制系統實例3、單元機組負荷自動控制系統某600MW機組，鍋爐為東方鍋爐廠生產DG2060/17.6-II1型亞臨界自然循環汽包爐，前后墻對沖燃燒，一次中間再熱、單爐膛平衡通風結構。過熱器二級噴水減溫，煙氣擋板調節再熱汽溫加事故噴水。鍋爐最大連續出力時，過熱器蒸汽流量2060t/h，過熱器蒸汽壓力17.6Mpa，過熱器蒸汽溫度541℃。汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產NZK600-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱、四缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，額定主蒸汽壓力16.67Mpa、額定蒸汽流量1842.92t/h、額定主蒸汽溫度538℃。發電機為哈爾濱電機廠提供的QFSN-600-2YHG發電機。配置有正壓冷一次風直吹式制粉系統，配備了6臺ZGM型中速磨，5臺正常運行，一臺備用。DCS系統采用ABB公司的SYMPHONY分散控制系統。負荷控制系統實例3、單元機組負荷自動控制系統機組目標負荷形成回路頻差校正信號的形成原理

負荷控制系統實例機組內部負荷指令的產生

鍋爐BI指令機組內部負荷指令的產生

鍋爐BD指令機組內部負荷指令的產生

汽輪機BI/BD指令機組內部負荷指令的產生

BI/BD指令機組內部負荷指令的產生

RD指令RB指令激活機組內部負荷指令的產生

RB目標值機組內部負荷指令的產生

主汽壓力設定值負荷控制系統實例主汽壓力設定值形成回路

負荷控制系統實例鍋爐主控制系統負荷控制系統實例汽輪機主控制系統負荷控制系統實例自動調節理論及熱工控制系統給水自動調節系統主要內容

蒸汽溫度自動調節系統

燃燒過程自動調節系統單回路反饋調節系統

單元機組負荷自動控制系統自動調節系統的類型及應用場合4、燃燒過程自動調節系統控制任務系統結構

維持汽壓的穩定保證燃燒過程的經濟性維持爐膛內壓力的穩定機跟爐運行方式

爐跟機運行方式

KZKPIPI-PTP0BPIPI-O20%O2%

ZVPI-PfPf0--ZG

P0--主汽壓設定值；

PT—主汽壓測量值；O2%--煙氣含氧量；O20%--含氧量設定值；Pf—爐膛壓力測量值；

Pf0—爐膛壓力設定值B—燃料量；

V—送風量；G—引風量鍋爐燃燒控制系統原則性方案爐跟機運行方式

鍋爐燃料量子系統的基本方案采用熱量信號作反饋采用給粉機轉速作反饋信號鍋爐燃料量子系統的基本方案以一次風量作反饋信號以給煤機轉速作反饋信號鍋爐送風量子系統的基本方案帶氧量校正的串級送風系統

最佳含氧量與負荷的關系

鍋爐送風量子系統的基本方案氧量校正送風量反饋信號的送風系統

鍋爐送風量子系統的基本方案氧量信號校正送風指令的方案

燃料與風量交叉限制實現了增加負荷時先加風、后加燃料；減負荷時先減燃料、后減風的調節過程。保證變負荷過程中有一定的送風裕量，不致發生冒黑煙現象。

燃燒控制系統實例某300MW機組燃燒系統工藝流程簡圖

300MW機組燃燒系統總體結構

燃料主控制系統

燃油壓力與燃油流量調節系統

磨煤機負荷調節系統

磨煤機一次風量調節系統

一次風壓調節系統

二次風量調節系統爐膛壓力調節系統

超馳信號

當發生MFT時，由于爐膛內煙氣質量和溫度突然降低，則導致爐膛壓力急劇下降。為了避免這種危險發生，在引風機控制指令中反方向加入了一個超馳信號，該信號在MFT發生時產生，其幅值與MFT發生前一刻的總風量信號成正比，隨著時間的延續，逐漸減少到0。自動調節理論及熱工控制系統給水自動調節系統主要內容

蒸汽溫度自動調節系統

燃燒過程自動調節系統單回路反饋調節系統

單元機組負荷自動控制系統自動調節系統的類型及應用場合5、蒸汽溫度自動調節系統過熱器與再熱器工藝流程簡介汽溫控制任務與對象動態特性控制任務

維持主蒸汽溫度在額度溫度±5℃范圍內，同時對過熱器受熱面起保護作用。

汽溫過高會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快,影響使用壽命。汽溫降低,將會使機組循環熱效率降低,煤耗增大。過熱汽溫變化過大，除使管材及有關部件產生疲勞外,還將引起汽輪機中轉子與汽缸的脹差變化,甚至產生劇烈振動，危及機組安全運行。對機組的安全經濟運行有極大的作用靜態與動態特性

汽溫控制任務與對象動態特性動態特性

汽溫控制任務與對象動態特性過熱汽溫控制策略串級汽溫控制系統

過熱汽溫控制策略導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統

過熱汽溫控制策略汽溫自適應預測控制系統過熱汽溫控制