李晉

摘 要：本文分析了超臨界機(jī)組汽溫系統(tǒng)的特點(diǎn)以及過(guò)熱汽溫的影響因素，提出了采用燃水比調(diào)節(jié)作為粗調(diào)，噴水減溫作為細(xì)調(diào)的控制策略，然后針對(duì)不同負(fù)荷下的噴水減溫控制采用常規(guī)PID控制系統(tǒng)并進(jìn)行仿真研究。最后，針對(duì)噴水減溫控制的大遲延、大慣性的特點(diǎn)，引入預(yù)測(cè)控制改善常規(guī)PID控制的不足。仿真結(jié)果表明，預(yù)測(cè)控制與常規(guī)PID控制相比，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度更快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；預(yù)測(cè)控制；燃水比；中間點(diǎn)溫度

1 超臨界機(jī)組汽溫控制簡(jiǎn)介

（1）影響汽溫的主要因素：給水量與燃料量配比不當(dāng)；給水溫度的變化；燃料發(fā)熱量的變化；火焰中心的移動(dòng)；過(guò)剩空氣量的變化；輻射受熱面的結(jié)焦、積灰或?qū)α魇軣崦娴姆e灰引起備受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有不同程度的降低，等等。

（2）汽溫控制方案為了獲得較好的蒸汽品質(zhì)，對(duì)于直流鍋爐而言，必須先采用燃水比調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為過(guò)熱器出口主蒸汽溫度的粗調(diào)，然后采用噴水減溫作為細(xì)調(diào)，其中燃水比控制在超臨界機(jī)組汽溫調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用：只有維持燃水比的穩(wěn)定，才能將中間點(diǎn)溫度控制在一定范圍內(nèi)，鍋爐汽水系統(tǒng)中的變相點(diǎn)也就基本固定，從而保證過(guò)熱汽溫在一定可控制范圍內(nèi)；而噴水減溫則利用其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性細(xì)調(diào)過(guò)熱汽溫。

2 常規(guī)噴水減溫

（1）系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。在串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于兩個(gè)回路的任務(wù)及動(dòng)態(tài)特性不同，可以選用不同的調(diào)節(jié)器。內(nèi)回路及副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是快速消除內(nèi)擾，要求調(diào)節(jié)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間較短，但不要求無(wú)差，故一般可選用純比例調(diào)節(jié)器。當(dāng)導(dǎo)前區(qū)慣性較大時(shí)，也可選用比例微分調(diào)節(jié)器。外回路及主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持恒定，一般選用比例積分調(diào)節(jié)器。當(dāng)過(guò)熱器惰性區(qū)慣性較大時(shí)，也可選用比例積分微分調(diào)節(jié)器。

（2）整定方法。一般講，汽溫對(duì)象導(dǎo)前區(qū)的遲延和慣性比惰性區(qū)要小，而且副調(diào)節(jié)器又選用P或PD規(guī)律，在這種規(guī)律下內(nèi)回路的調(diào)節(jié)過(guò)程要比外回路的調(diào)節(jié)過(guò)程快得多。當(dāng)發(fā)生減溫水?dāng)_動(dòng)時(shí)，內(nèi)回路可以很快地予以消除而使過(guò)熱器出口溫度基本上不受影響。因此，當(dāng)內(nèi)回路動(dòng)作時(shí)，外回路可以視為開(kāi)路狀態(tài)；當(dāng)外回路動(dòng)作時(shí)，內(nèi)回路可以視為快速隨動(dòng)系統(tǒng)。

（3）具體整定及仿真結(jié)果。

①當(dāng)負(fù)荷為37%時(shí)。

A內(nèi)回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值-0.1831，最大動(dòng)態(tài)偏差0.0997，調(diào)節(jié)時(shí)間99.6938，衰減率0.7064，積分準(zhǔn)則3.6137。

B外回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值10.000，最大動(dòng)態(tài)偏差2.5536，調(diào)節(jié)時(shí)間2724.9，衰減率0.7493，積分準(zhǔn)則6151.5。

②當(dāng)負(fù)荷為50%時(shí)。

A內(nèi)回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值-0.143，最大動(dòng)態(tài)偏差0.0708，調(diào)節(jié)時(shí)間84.0946，衰減率0.778，積分準(zhǔn)則2.591。

B外回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值10.000，最大動(dòng)態(tài)偏差2.3246，調(diào)節(jié)時(shí)間1750.4，衰減率0.7589，積分準(zhǔn)則3832。

③當(dāng)負(fù)荷為75%時(shí)。

A內(nèi)回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值-0.0745，最大動(dòng)態(tài)偏差0.0368，調(diào)節(jié)時(shí)間67.2964，衰減率0.7635，積分準(zhǔn)則1.0733。

B外回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值10.000，最大動(dòng)態(tài)偏差2.3312，調(diào)節(jié)時(shí)間1122.2，衰減率0.7571，積分準(zhǔn)則2482.7。

④當(dāng)負(fù)荷為100%時(shí)。

A內(nèi)回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值-0.0336，最大動(dòng)態(tài)偏差0.0175，調(diào)節(jié)時(shí)間60.6183，衰減率0.7326，積分準(zhǔn)則0.4423。

B外回路整定：調(diào)節(jié)穩(wěn)定值10.000，最大動(dòng)態(tài)偏差2.4894，調(diào)節(jié)時(shí)間643.3311，衰減率0.7371，積分準(zhǔn)則1437.2。

3 汽溫預(yù)測(cè)控制

（1）預(yù)測(cè)控制算法動(dòng)態(tài)矩陣控制（DMC）。

對(duì)于弱非線(xiàn)性對(duì)象，可在工作點(diǎn)處首先線(xiàn)性化；對(duì)于不穩(wěn)定對(duì)象，可先用常規(guī)PID控制使其穩(wěn)定，然后再使用DMC算法。DMC控制包括3個(gè)部分：預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正。

（2）DMC-PID 串級(jí)主汽溫仿真研究根據(jù)DMC算法原理構(gòu)建的Simulink模型，得出：

串級(jí)控制性能指標(biāo)：調(diào)節(jié)時(shí)間520，動(dòng)態(tài)偏差3.6；DMC-PID性能指標(biāo)：調(diào)節(jié)時(shí)間260，動(dòng)態(tài)偏差0；DMC-PID與串級(jí)PID的比較結(jié)果：采用DMC-PID的系統(tǒng)基本沒(méi)有超調(diào)量，而且相比過(guò)渡時(shí)間比較短，響應(yīng)速度快得多，明顯優(yōu)于常規(guī)PID串級(jí)系統(tǒng)。通過(guò)仿真比較，本文設(shè)計(jì)的主汽溫預(yù)測(cè)DMC-PID串級(jí)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)和魯棒性明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制系統(tǒng)，而且設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單易行，微機(jī)編程方便，適于實(shí)時(shí)控制的特點(diǎn)，便于在工程中應(yīng)用，為大遲延、大慣性系統(tǒng)的控制提供了一種新方法。

4 結(jié)論

（1）分析了超臨界機(jī)組的汽溫系統(tǒng)特點(diǎn)和影響直流爐主汽溫度變化的各種因素，提出了各種因素的變化對(duì)主汽溫度的具體影響。

（2）本文介紹了幾種常見(jiàn)的控制方案，對(duì)采用水溫、微過(guò)熱汽溫、焓值等不同校正信號(hào)的燃水比控制方案進(jìn)行分析并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。

（3）針對(duì)不同負(fù)荷下的直流爐主汽溫模型分別采用常規(guī)串級(jí)PID控制和導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路控制方案，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真研究。結(jié)果表明，采用過(guò)去的控制方法不能取得令人滿(mǎn)意的效果，整定參數(shù)不易確定，只有采用新的控制方法和措施才能實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)意的控制性能指標(biāo)和效果。

（4）針對(duì)主汽溫對(duì)象具有大時(shí)滯、大慣性等特點(diǎn)引入了預(yù)測(cè)控制并運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果表明：采用預(yù)測(cè)控制可以加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制品質(zhì)和魯棒性明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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