中间点温度控制系统实践

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1、课程实验总结报告实验名称： 中间点温度控制系统实践课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实 现（3）1概述 2.2控制原理 2.2.1给水控制方案 2.2.2控制原理32.3中间点温度控制逻辑 32.3.1相关图纸 3.2.3.2控制系统原理 .4.2.3.3控制逻辑分析 .5.3实验过程 .6.3.1实验内容63.2开环特性试验 63.2.1给水流量扰动 7.3.2.2给煤量扰动 7.3.3闭环特性试验 73.3.1内环定值扰动 7.3.3.2内环内扰 8.3.3.3内环外扰 8.3.3.4外环定值扰动 .9.3.4参数优化93.4.1模型修改 9.3.4.2参数一 103.4.

2、3参数二 103总结 .1.11概述直流锅炉没有汽包，给水一次性经过各个受热面，其蒸发点不是固定的，不像汽包炉。给水流量和燃料量任一变化或煤质变化都将导致出口汽温的大幅变化（燃冰比变化），为此要选取一个固定点的温度来监视，在不同的负荷下将其维持在一个与负荷对应的温度，然后通过喷水减温来微调，从而保证过热器出口 温度的稳定，如果 这个点选的靠后的话将不能迅速反映燃水比和煤质的变化， 靠 前的话汽温反映太延时，因为分离器出口温度既可以迅速反映燃水比和煤质的变 化，又能 及时反映出汽温的变化，所以一般去分离器出口作为温度监视点， 又称 为中间点温度，有 时又用焓值表示的中间点温度。2控制原理2.1

3、给水控制方案双鸭山 600MW 超临界机组给水控制方案采用中间点焓值信号进行修正j*Itrrnz器 ill UIP【D3图2-1采用中间点焓值信号的给水控制方案I炉指令HD给以基朕指9级减温器时繪定值的校止PID12.2 控制原理1. 一级减温器前后温差修正 用一级减温器前后温差对中间点温度焓值进行修正。修正的原理是：一级减 温器前后 温差过大，说明喷水量大。由于过热汽温主要靠燃水比粗调， 如果燃水 比调整适当，则喷 水量量应该不会很大。喷水量大，说明燃水比失调已经比较严 重。引入一级减温前后温差 信号，可将调整燃水比与喷水减温两种控制手段结合起来，使一级减温喷水调节阀工作在 适中位置，保证减

4、温水适量。2. 焓值计算采用中间点焓值信号的给水控制在给水控制中， 除了采用分离器出口过热蒸 汽温度（中间点温度）作为反馈量以外，还可以采用分离器出口过热蒸汽的焓值信号。焓 值计算框图中，通过分离器出口温度和分离器出口压力计算对应压力下的分离器出口焓 值。采用焓值计算的原因是：（1）能快速反应燃水比；（2）出口过热蒸汽为微过热蒸 汽，微过热蒸汽焓值比温度在反应燃水比的灵敏度和线性度方面具有明显优势。3. 中间点焓值信号 保证中间点焓值在合适的值，从而间接保证主蒸汽温度在合理范围内。中间点焓值最终给定值SP2的形成：中间点焓值最终给定值SP2 =分离器出焓值+ 减温差对给定焓值修正4.给水指令S

5、P的形成给水指令SP =给水基本指令+中间点焓值指令校正（PID2的输出）给水基本指令：锅 炉指令BD经动态延时环节f（ t）和函数发生器fl（ x）后给出给水流量基本指令。fl （X）作用是确定煤水比，当锅炉指令变化时，给水量和燃料量可以粗略地按一定比例变 化，以控制过热汽温在定范围内。2.3 中间点温度控制逻辑2.3.1 相关图纸SPCS-3000控制策略管理-8号站-158、159页232 控制系统原理158页的给水控制主要实现给水流量设定值的控制，控制策略采用串级PID。主回路控制器通过一级减温器前后温差对分离器出中间点温度进行修正。主回路控 制输出信号加上对应分离器出压力下适当的过热

6、度和分离器出口饱和温度作为中间点温 度设定值送到副回路控制器SP端。副PID输出中间点焓值修正信号与由锅炉主控指令计算得到的给水主指令求和得到给水流量设定值。分离器出口 一减温器前后设定值 温度 温差158 和 159 页两个给水控制系统则一起采用了三个 PID 控制器实现串级控制，PID1 实现通过一级减温器前后温差对分离器出口中间点温度进行修正； PID2 输 出中间点焓值修正信号与由锅炉主控指令计算得到的给水主指令求和得到给水 流量设定 值；PID3控制给水泵实现给水流量的调节。在本次实验中，我们主要探究给水流量和给煤量对中间点温度和主汽温的影 响，所以 我们只讨论后两个 PID 控制器

7、的串级控制，即 PID2 和 PID3 构成的串 级控制回路。中间点温度给水流量分离器出口给水流量控制指令=给水主指令（煤水比计算得到）+中间点温度校正 中间点温度给定值 =汽水分离器压力对应的饱和温度 +适当的过热度+ 一级减温器前后温差2*3*3控制逻辑分析泅 RO tttaiiT 9:Wu ； 1BI5 _Maaazijn! PBKEi SB-itl4lE3*-1T踽a WHIfIU-3A图2-4给水流量定值逻辑逻辑分析：1. SP、PV设定值SP乜+ 主控制器得到的一级减温器温差校正信号 分离器出饱和温度 分离器出压力拟合过热度信号。由于机组运行初期，主蒸汽温度低，所以校正值高，为28

8、;机组运行一旦时间以后， 主蒸汽温度压力升高，此时校正值低，为14。分离器出温度与煤水比失调信号作和送入副PID控制器PV端进行运算。PV =分离器出温度+煤水比失调信号2跟踪与无扰切换自动情况下，M/A站输出等于PID控制器的输出，PID跟踪M/A站输出指令；手动情况 下，PID输出跟踪M/A站的输出，同时M/A站切换为跟踪状态，跟踪给水流量控制指与给 水主指令(锅炉主控指令计算得到)的差值。3信号校正锅炉主控指令经过两个超前滞后环节和一个分段线性功能块拟合得到给水主指令。分 段线性功能块即对应图1-1中的f1(x)、两个超前滞后环节即对应f1(t)4. 下限限幅在启动给水模式下或给水控制在

9、手动的情况下，给水流量定值信号=实际给 水流量。给水流量定值信号与800取大，MAX块的作用是低限限幅，使给水流量定值最小 为800。MAX模块输出信号即为给水流量定值信号，送到给水控制逻辑二中。5. 过热度计算 过热度=分离器出口温度-分离器出口饱和温度。同时需要设置限幅功能 模块，保证信 号在合理正确的范围内，限幅为 0-500。6. 启动给水模式该逻辑中包含一个 RS 触发器，优先级设计为 S 端优先，即置位优先。所以 当省煤器 入口流量小于 0 或者投启动给水模式指令发出， 触发器复位，输出端 Q 为 0,则不发出启动 给水模式指令。3 实验过程3.1 实验内容在本次实验中，以双鸭山

10、600MW 机组给水系统为对象，主要探究给水流量 和给煤量对 中间点温度和主汽温的影响。 在开环状态即手动状态下的进行扰动试验， 包括定制扰动、内扰和外扰， 获取 对象的开环特性； 在闭环状态下即自动状态下，同样进行扰动试验，观察控制器的控制效 果，然后 优化其内外环 PID 参数； 对比优化参数前后给水系统的控制性能，并测试其抗外扰、内扰的能力。3.2 开环特性试验调入初始条件，待给水流量主汽温度等各项参数稳定（所调取的条件基本都 是很稳定 的），进行给水流量和给煤量扰动试验，观察响应曲线根据曲线，使用 斜率法或者将相关 数据导入 MATLAB 即可辨识出汽机转速与给水量的模型。3.2.1

11、给水流量扰动改变小汽机的转速来实现给水流量设定值的定值扰动，将汽机转速由 4835r/min 提高 到5000r/min,观察过热度（中间点温度）和主汽温的变化情况。 增加汽机转速，给水流量迅速上升，主蒸汽过热度下降，响应时间较快， 而主汽 温度一段 时间之后才开始下降，这是因为其有一定的惯性，即给水需要先加热变 成蒸汽才能影响主 汽温度。3.2.2给煤量扰动继续运行一段时间待系统稳定后，将磨煤机F磨的给煤量由21t提高至31t,即燃料量PV增加10,观察过热度（中间点温度）和主汽温的变化情况。随着给煤量的增 加，过热度增加，响应很快；主汽温度有一点点迟延但是也响应很快； 给水流量基本没有 发

12、生变化。湘床辭人口主矗汽述业汽 UUftWP堆声isms弓：汽机ibS.連曲4第丫冶血41 220. 00 天連 I丄前巾0030:0 24:0 1S:O 12:0 6:0图 3-1 开环给水流量和给煤量扰动曲线3.3 闭环特性试验使用原始PID参数进行闭环特性试验，PID参数如下：内回路比例带01,积分时间 12，微分时间0外回路比例带01,积分时间150,微分时间0 试验中我们首先对内环进行扰动试验，然后在进行外环的扰动试验3.3.1 内环定值扰动将控制器投自动,运行一段时间待系统稳定后,给水流量设定值从1800t/h提高至1850t/h,观察其他曲线变化情况。从给水流量实际曲线可以看到，

13、其值在上升一段时间后有回落之后才继续上升，稳态时间长达360s。同样主蒸汽温度由于惯性，一段时间之后才逐渐下降。332 内环内扰我们通过改变给水泵 A 循环门开度改变给水流量实现对系统的内部扰动实 验。加入内 扰后，实际值同样出现回落现象，而且达到稳定时出现了稳态误差, 控制效果不好，内环回 路没有有效的消除内扰。图3-2内环定值扰动和内扰3.3.3 内环外扰我们同样适用燃料量作为外扰，在给煤量增加后，可以看到给水流量设定值 首先增 加，这是因为信号校正的产生，即燃料量变化，伴随着锅炉主控指令的改 变，根据其得到 给水基本指令经过外环 PID 得到的给水指令校正得到新的给水 指令设定值信号。显

14、然加入 外扰，系统重新达到稳态的时间较长约为390s,且稳定后存在稳态误差，约为 8t/h0 00旦16利萸出用牛3-3-4外环定值扰动内环扰动完成后进行外环扰动试验，运行一段时间待系统稳定后，我们将中间点温度设定值从403C提高至408C，观察响应曲线。运行20多分钟之后，中间点温度都没有达到设定值，给水也没有稳定，控制效果非常差。因此我们便没有继续进行之后的扰动试验，直接进入下一步的参数优化。图3-4外环定值扰动综上，原始的PID参数的控制效果不理想，系统的控制品质差，外环控制相应太慢，内环不能有效的消除扰动对系统的影响，因此需要对系统的参数进行优3-4参数优化3.4.1模型修改由于外环响

15、应时间太长，修改了一次系统控制结构模型，将分离器出压力和锅炉主控指令后的超前滞后环节改成惯性延迟，延迟传递函数为依然采用现场试凑的方法进行参数优化。图3-5修改后的系统模型342参数内回路比例带 0.05,积分时间 50,微分时间 0外回路比例带 0.05,积分时间 20,微分时间 0 稳定后，将中间点温度 403 加到 415,观察响应曲线，显然相较于之前的 PID 参数系统的控制效果变好，但是依然不是很理想，继续进行参数优化主敝粒昭度中间点逞厲实障音BHFVLB60. 00 390. 001S总0 Ji:n.s30106A012.0 440. 00 * 440 - J图 3-5 参数一定值扰动3.4.3 参数二内回路比例带 0.05,积分时间 5,微分时间 0外回路