CN115903452A

CN115903452A - 一种新型的过热蒸汽温度控制系统

Info

Publication number: CN115903452A
Application number: CN202111173314.8A
Authority: CN
Inventors: 栗锐遥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本申请提出了一种新型的过热蒸汽温度控制算法，属于热工自动化领域，主要用于电厂的过热蒸汽温度控制，针对内模控制和串级控制的各自优点和缺陷，综合串级控制改善等效对象动态特性能力、抗二次扰动能力；内模控制的预测能力、抗干扰能力和较强的鲁棒性。研究并设计了将二者结合的内模‑PID串级控制系统，同时给出了该控制系统的整定方法。仿真结果表明，内模‑PID串级控制系统在负荷变动前后的稳定性、准确性、快速性、控制系统鲁棒性均优于传统串级控制系统。

Description

一种新型的过热蒸汽温度控制系统

技术领域

本申请属于热工自动化领域，更具体地说，涉及电厂的过热蒸汽温度控制方法。

背景技术

蒸汽温度是决定火电厂生产过程稳定性、经济性和安全性的重要指标之一，蒸汽温度控制主要包含两方面的控制：(1)过热蒸汽温度；(2)再热蒸汽温度。主汽温具有比较严重的非线性、时变性、时延较大、惯性较大的特点。因此主汽温的控制难度相对较高。

过热蒸汽温度高于额定温度太多或低于额定温度太多都会危害机组安全并损害经济效益。当主汽温过高，过热器的管和联箱壁面的材料强度会下降，可能产生超温爆管事故。当主汽温过低，会降低整个发电厂的发电效率，非常不利于电站经济效益。同时主汽温过低还会导致主蒸汽随着汽轮发电机的逐级做功，到了末级叶片蒸汽湿度升高，引发水冲击事故。当主汽温变化过大，管材由于温度变化剧烈而频繁产生金属蠕变造成材料疲劳，汽机转子和汽缸也会由于胀差变化产生振动。所以通常火电机组要求主汽温不能高于额定温度5摄氏度且不能低于额定温度10摄氏度。

PID(比例积分微分)控制器是几十年来应用在各个工业领域中设计相对简单，整定相对便利，应用效果相对良好的控制器。然而经典PID控制器在整定设置完PID控制器的各个参数之后，当电站变负荷，系统参数发生变化，之前的整定参数就不再是最优参数了。而且PID 控制器在控制大迟延对象时难以获得良好的控制效果，由于纯时延的存在，输出无法及时反映系统受到的扰动，即便执行器收到调节信号后立即动作，也容易产生较大的超调量。另外，烟气侧传热量、蒸汽流量、减温水流量这三个主汽温控制中的主要扰动也会对控制品质产生较大影响，还有众多扰动无法测量，无法得到扰动模型，即通过前馈等手段无法完全消除各种扰动，在主蒸汽温度这种可控性较差的控制中显然难以实现期望的控制效果。

为解决上述问题，实际生产过程中常常采用串级控制系统控制过热蒸汽温度，其具有抗内扰、改善等效对象动态性能、提高调节品质、提高自适应能力的优点。其控制结构中有两个回路。副回路引入导前信号来起到超前调节的作用，副回路还可以迅速克服内扰，实现过热蒸汽温度的粗调。主回路使过热器出口汽温等于给定值，实现过热蒸汽温度的细调。但对于大迟延对象的调节时间仍有提升空间，且当机组负荷变动，仍需重新整定串级控制系统。

内模控制通过引入内部模型，将常规输出反馈替换为扰动的估计值反馈，从结构上实现了对不可测扰动的消除并且允许对象模型存在一定的误差。在模型匹配下可以使输出量完全跟踪输入量且可以克服任何扰动，对大时滞对象具有良好的控制效果。当机组负荷变动时或存在其他干扰下，模型发生失配，仍然能起到较好的控制效果，有效克服由负荷变化引起的非线性，但内模控制对控制量扰动效果不好。

发明内容

本发明的目的在于针对内模控制和串级控制的各自优点和缺陷，综合串级控制改善等效对象动态特性能力、抗二次扰动能力；内模控制的预测能力、抗干扰能力和较强的鲁棒性。研究并设计了将二者结合的控制系统。

本发明采用的技术路线是：

本发明设计的一个新型内模-PID串级控制系统所示，该系统的外环采用内模控制，负责大幅扰动下的预测跟踪，其鲁棒性可以减小负荷变动对控制效果的不利影响，内回路仍采用p作用，主要负责克服内扰。整体上仍是串级结构。

附图说明

附图是本发明的内模-PID串级控制系统方框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图中内模一PID串级控制系统方框图，首先整定内回路，将内回路和外回路断开，内回路采用比例控制，对内回路做单位阶跃定值扰动，观察内回路的输出响应曲线，调整比例带，使衰减率达到0.9。将内回路与惰性区对象构成广义被控对象，再对内回路做单位阶跃定值扰动，得到广义被控对象的阶跃响应曲线，运用两点法对广义被控对象进行模型辨识，得到得到内模控制器传递函数为通过调整滤波器时间常数ε，得到控制效果良好的阶跃响应曲线。

内模-PID串级控制系统可调整的变量只有两个，一个是内环PID控制器的比例带，一个是内模控制器的唯一控制参数ε(滤波器时间常数)。比例带的作用很容易理解，比例带越小，比例作用越强，内环控制器对偏差的作用越强烈。当ε减小，控制系统的响应变快，系统参数变化难以维持原有的控制效果。当ε变大，控制系统的响应变缓，系统参数变化更容易维持原有的控制效果。因此选择合适的ε值才能将兼顾响应速度和鲁棒性。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种新型的过热蒸汽温度控制系统，其特征在于，包括：

新型的过热蒸汽温度控制系统结构；

新型的过热蒸汽温度控制系统整定方法；

针对内模控制和串级控制的各自优点和缺陷，综合串级控制改善等效对象动态特性能力、抗二次扰动能力、内模控制的预测能力、抗干扰能力和较强的鲁棒性，研究并设计了将二者结合的内模-PID串级控制系统，该系统只有两个参数可以修改，方便系统整定，同时实现良好的控制效果。

2.根据权利要求1所述的新型的过热蒸汽温度控制系统结构，其特征在于，该系统的外环采用内模控制，负责大幅扰动下的预测跟踪，其鲁棒性可以减小负荷变动对控制效果的不利影响，内回路仍采用p作用，主要负责克服内扰，整体上仍是串级结构。

3.根据权利要求1所述的整定方法，其特征在于，内回路采用比例控制，用阶跃响应曲线法进行整定，内模控制器的滤波器时间常数采用推导得到的内模控制器公式得到。