[串级三冲量给水控制系统]串级控制系统实例

时间：2019-01-08 03:14:48　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：电力工业逐渐发展为大电网、大机组、高参数、高度自动化。本文设计的串级三冲量给水控制系统，可以克服在生产过程中产生的内、外扰动，通过进行 MATLAB 仿真，验证了系统可以保持稳定运行。
　　关键词：汽包水位串级三冲量给水控制系统调节器
　　
　　电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进程度和企业现代化的重要标志。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作人员干预的情况下，就可以很好地完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。正因为汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实现汽包水位的控制。
　　汽包锅炉的给水调节系统不外乎采用以下三种基本结构：单冲量调节系统结构、单级三冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构。串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。两调节器任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时给水流量信号与蒸汽流量信号完全相等，易得到较好的调节品质，因此现场多采用此控制方式。
　　串级三冲量给水控制系统和单级三冲量给水控制系统相比，有如下特点。
　　1.两个调节器任务不同，参数整定相对独立。
　　2.在负荷变化时，串级三冲量给水控制系统对于虚假水位较严重的被控对象显得更有意义。
　　3.串级系统还可以接入其他冲量信号（如燃料信号等）形成多参数的串级系统。
　　但是，串级三冲量给水控制系统在汽机甩负荷时的过渡过程和响应速度不如单级系统快。
　　国产300MW火力发电机组大型汽包锅炉的控制对象具有给水内扰动态特性延迟和惯性大的特点，且无自平衡能力，给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统，控制过程中水位将出现较大的动态偏差，给水流量波动较大，因此，应考虑采用三冲量给水控制系统方案。
　　串级三冲量给水控制系统的原理图如下：
　　这个系统有三个回路，Ⅰ为副回路，包括给水量W、副调节器W（s）、执行器放大系数K、阀门系数K、给水流量变送器斜率γ和给水流量分压系数n；Ⅱ为主回路，包括水位被控对象W（s）、水位变送器斜率γ、主调节器W（s）和副回路；Ⅲ位前馈通路，包括蒸汽流量变送器斜率γ和蒸汽流量分压系数n、副回路和被控对象W（s）。
　　这个系统中使用了两个调节器，构成串级控制系统。为保证被调量无静差，主调节器采用PI控制规律，副调节器采用PI或P控制规律，副调节器接受三个输入信号，信号之间有静态配合问题，但系统的静态特性由主调节器决定，因此蒸汽流量信号并不要求与给水流量信号相等。
　　在串级三冲量给水控制系统中，副回路是一个PI调节器，一般用试探法整定副回路。
　　副回路可看作一个随动系统，把调节阀和普通管道系统作为被调对象，则作为以外的环节都作为等效调节器。
　　W（s）==γnKW（s）
　　副回路的作用主要为快速消除内扰，主回路用于校正水位偏差，而前馈通路则用于补偿外扰，主要用于克服虚假水位现象。
　　给水流量扰动下主回路的SIMULINK结构图如下：
　　给水量扰动下主回路的水位变化仿真图如下：
　　从仿真结果可以看出，在加入扰动的情况下，系统可以很快恢复到期望水位，说明参数整定较为合理，系统可以很好地克服外扰，满足设计要求。在参数整定过程中，副回路是用试探法整定的，主回路的参数整定是把副回路等效成比例环节，然后用经验公式进行整定，从仿真结果可以看出，参数整定过程较为合理。
　　
　　参考文献：
　　［1］李遵基.热工自动控制系统.北京.中国电力出版社，1997：113-134.
　　［2］胡寿松.自动控制原理.北京.科技出版社，2001：214-266.
　　［3］Thomas E.Fortmann.Konrad L.Hitz.New York.An Introduction to Linear Control Systems，1977：110-121.
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