2 单元机组主控制系统调节对象的动态特性

1、调节对象的动态特性   大 中 小     主控系统的调节对象包括机、炉调节系统和元机组，是一广义调节对象，其控制输入量为锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT；输出量（被调量）为单元机组的输出电功率NE和汽轮机前主蒸汽压力PT，如图10-2所示。为了便于讨论问题，先分析单元机组的动态特性。 一、单元机组的动态特性    单元机组是一个相互关联的多输入多输出调节对象，对象的两个控制输入量（调节量）为：T汽轮机调门开度，B锅炉燃烧率（及相应的给水流量）。两个被控输出量（被调量）：NE单

2、元机组的输出电功率；PT汽轮机前主蒸汽压力，参见图10-2。下面对两个控制输入量（B、T）扰动下，被控输出量（NE、PT）变化的动态特性进行分析。1.锅炉燃烧率（及相应的给水流量）B扰动下主蒸汽压力PT和输出电功率NE的动态特性当汽轮机调门开度T保持不变，而B发生阶跃扰动时，主蒸汽压力PT和输出电功率NE的响应曲线如图10-3（a）所示。燃烧率（及相应的给水流量）增加，锅炉蒸发受热面的吸热量增加，汽压PT经一定迟延后逐渐升高。由于汽轮机调门开度保持不变，进入汽轮机的蒸汽流量随之增加，从而自发地限制了汽压的升高。最终，当蒸汽流量与燃烧率（及相应的给水流量）达到新的平衡时，汽压就趋于一个较高的新稳

3、态值，具有自平衡能力。蒸汽流量的增加使汽轮机功率增加，输出电功率也跟着增加。最终，当蒸汽流量不变时，输出电功率也趋于一个较高的新稳态值，具有自平衡能力。B扰动下的NE和PT的动态特性都可用高阶惯性环节的传递函数来描述。NE的惯性比PT的惯性稍大，这主要由中间再热器的惯性决定。根据阶跃响应曲线的特征参数（?、或K、Tc、），可以求得对应的传递函数： (a)                    (b

4、)图10-3单元机组调节对象阶跃响应特性(a) T不变，B阶跃扰动下PT和NE的响应；（b）B不变，T阶跃扰动下PT和NE的响应；2.汽轮机调门开度T扰动下主蒸汽压力PT和输出电功率NE的动态特性当锅炉燃烧率（及相应的给水流量）B保持不变，而T发生阶跃扰动时，主蒸汽压力PT和电功率NE的响应曲线如图10-3（b）所示。汽轮机调门开度阶跃增加后，一开始进入汽轮机的蒸汽流量立刻成比例增加，同时汽压PT也随之立刻阶跃下降PT（PT阶跃下降的大小与蒸汽量的阶跃增量成正比，且与锅炉的蓄热量大小有关）。由于锅炉燃烧率保持不变，所以蒸发量也不变。蒸汽流量的增加是因为锅炉汽压下降而释放出一部分蓄热，

5、所以只能是暂时的。最终，蒸汽流量仍恢复到与燃烧率相应的扰动前的数值，主汽压力PT也逐渐趋于一个较低的新稳态值。因蒸汽流量在过渡过程中有暂时的增加，故输出电功率NE相应也有暂时的增加。最终，输出电功率NE也随蒸汽流量恢复到扰动前的数值。T扰动下的PT 动态特性可用比例加一阶惯性环节的传递函数来描述,NE的动态特性可用具有一定惯性的实际微分环节的传递函数来描述。根据阶跃响应曲线可求得对应的传递函数：                 

6、;  由以上分析可见，单元机组的动态特性有如下特点：当汽轮机调门动作时，两个被控输出量NE和PT的响应均很快；当锅炉燃烧率（及相应的给水流量）改变时，NE和PT的响应都很慢。这就是机、炉对象动态特性方面存在的较大差异。二、主控制系统调节对象的动态特性主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其控制输入量为锅炉主控制指令MB和汽轮机主控制指令MT，如图10-2。对于锅炉侧，由于各调节系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可假设它们配合协调，能及时跟随主控制指令MB,接近理想随动系统特性，故有 。对于汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系

7、统,则主控制指令MT就是调门开度指令?T，即 。这样，广义调节对象的动态特性不会改变。如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令MT就是汽轮机功率指令。这样，广义调节对象的动态特性会有很大改变，其方框图如图10-4所示图10-4  汽轮机采用功频电液控制系统时的广义调节对象方框图GT(s)-功频调节器(PI或PID调节规律)；nT-汽轮机转速；n-转速不等率；n0-转速给定值由图10-4可见，广义调节对象动态特性的改变是由于汽轮机功率调节回路的存在，假设功率调节回路能保持汽轮机功率（NE）与功率指令（MT）一致，那么，主控制指令MB和MT就分别代表锅炉的输入与输出能量，若保持其中任一指令不变而另一指令阶跃扰动，则会因锅炉输入与输出能量的不平衡，主蒸汽压力PT随时间一直变化，没有自平衡能力。图10-5所示为汽轮机采用功频电液控制系统时，在机、炉主控制指令MT和MB分别阶跃扰动下，主蒸汽压力PT和电功率NE的响应特性。由图可见，MB扰动下，PT的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，NE近似不变；MT扰动下，PT的动态特性近似为比例加积分环节的特性，NE的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。（a）