黄卫剑——时间尺度校正在超超临界机组中的应用

1、时间尺度校正在超超临界 机组控制中的应用黄卫剑2012年12月06日 浙江宁波二时间尺度校正原理三时间尺度校正的应用四结语目 录一引言p 国家能源政策的推行，风能、太阳能、核能装机容量越来越大p 超临界、超超临界机组装机容量占总装机容量比重已超过50%p 水电、燃机等调峰机组容量明显不足1、引言超（超）临界机组必须具备大范围和深度调峰功能1.1 宏观要求1.2 超（超）临界机组控制难点-1p 多输入、多输出、强耦合p 机组从启动到满负荷历经湿态、干态，压力历经低压、高压、亚临界、超临界、超超临界p 运行设备启停组合变化大。1、引言1.2 超（超）临界机组控制难点-2p 机组负荷、主汽压力、蒸汽

2、温度等对风/煤/水的响应在低负荷段与高负荷段相比，对象阶数更高，纯迟延、上升时间、调节时间更长。p 控制对象增益变化较大， 有的对象高低负荷增益相差数倍。 某超临界 600MW 直流锅炉高温过热器的动态特性 试验工况 导前区传递函数/(/s) 惰性区传递函数/(/s) 37%负荷 (D=179.2 /s) 201)281 (072. 5)(ssW 801)6 .561 (048. 1)(ssW 50%负荷 (D=242.2 /s) 201)251 (067. 3)(ssW 701)1 .421 (119. 1)(ssW 75%负荷 (D=347.9 /s) 201)201 (657. 1)(s

3、sW 701)1 .271 (202. 1)(ssW 100%负荷 (D=527.8 /s) 201)181 (815. 0)(ssW 601)281 (072. 5)(ssW 1、引言1.3 实现超（超）临界机组大幅升降负荷的控制策略p 分段控制p 变参数控制1、引言1.4 目前变参数控制的参数整定方法p 模糊推理整定法p 神经网络参数整定法p 遗传算法参数整定法1、引言p 算法复杂，在目前主流的DCS上难以实施p 整定参数过程耗时长、整定工作量大、在新机组调试时间有限的情况下难以精确整定1.4 目前变参数控制的参数整定方法1、引言时间尺度校正法p 结构简单，可在所有DCS平台上实现，参数整

4、定容易、调试时间短2.1 控制系统时间尺度p 以“单位加速度”移动“单位距离”的时间2、时间尺度校正方法对于简单二阶系统： 满足 的时间 定义为“1个时间单位” 1.x ( )1x t 对于一般二阶系统： 如果a为常数，则满足 的时间为 ，是基本时间单位的 倍。21( ),02x tata2t ,0.xa a( )1x t 2 /ta1/a2.1 控制系统时间尺度p 以“单位加速度”移动“单位距离”的时间2、时间尺度校正方法对于一般二阶系统：( , )xf x x1pM12,max( , )x r x rMf x xr1;r2r1;r2其时间尺度为：其时间尺度为： 其中， 为确定系统工作范围的

5、适当常数；推广到推广到n阶系统，时间尺度定义为：阶系统，时间尺度定义为：1/npM。2.3 基于时间尺度校正的控制系统原理2、时间尺度校正方法2.3 控制器参数的整定若已知系统的时间尺度p，则PID参数可初步设置如下2、时间尺度校正方法。Pd1/ 4 K =0.62, K =0fiKTp，2.3.1 控制器参数的初步设定2.3 控制器参数的整定2.3.2 修正控制器参数的修正2、时间尺度校正方法/ 4.56.0iTp（）(1.1 1.7)fK 如果对象的输出比较慢，可以减少积分时间，设置如果对象的输出比较慢，可以减少积分时间，设置或者增大或者增大如果此时系统的输出太快且波动大，可以增加积分时间

6、，设置如果此时系统的输出太快且波动大，可以增加积分时间，设置/ 2.53.5iTp（） 如果对象输出仍然太快但波动有所减少，可以加进微分如果对象输出仍然太快但波动有所减少，可以加进微分/ 4 (5 20)pdidKTT， (0.10.7)fK如果加入微分后，对象输出仍然有波动，则减小如果加入微分后，对象输出仍然有波动，则减小 2.3 控制器参数的整定2.3.3含纯滞后对象的控制器参数修正2、时间尺度校正方法如果被控对象含有纯滞后环节，可以先整定不包括纯滞后的对象的参数，然后改变前置的时间尺度校正系数 ，即可获得与不含滞后对象控制结果平移纯滞后时间的控制效果。2.3 控制器参数的整定2.3.3含

7、纯滞后对象的控制器参数修正2、时间尺度校正方法针对二阶系统：如果设计出的PID控制器得到的闭环响应曲线如图2(a)所示1( )/(21)G skasbs那么总能找到一个Kf值，使得在同样的PID参数下，被控对象 的闭环系统输出阶跃响应向右平移个时间，如图2(b)所示。21( ). /(1)( )ssG SekatbteG s2.3 控制器参数的整定2.3.3含纯滞后对象的控制器参数修正2、时间尺度校正方法(a)无滞后 (b)有滞后图2 不带纯滞后和带纯滞后闭环阶跃响应2.4 控制器参数的整定图3 不同整定方法的一阶加纯滞后系统控制系统响应比较2、时间尺度校正方法3.1 项目介绍3、时间尺度校正

8、应用实例某1000MW机组调试期间，成功地将时间尺度参数控制方法应用于协调控制系统、汽温控制系统和送风控制系统等多个主要控制系统。通过基础PID参数整定和时间尺度参数的整定，实现了机组从低负荷到高负荷的稳定调节，并大大减轻了不同负荷段各系统的整定工作量。3.2 系统结构3、时间尺度校正应用实例A-BMULPIDA/MF(X)F(X)LEAD/LAGADDADDd/dtMUL主汽压力 设定主汽压力主汽压力 设定负荷设定锅炉主控输出 01 02 03 04 05 07 08 09 1011 063.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例3.3.1 PID参数整定1） 机组满负荷时，通过强制或参数

9、设定方式，确保时间尺度校正函数模块06输出值为1.0，系统前馈回路中的模块11的输出值为0；2） 通过工程整定方法或内模参数整定法，整定PID控制器03的PID控制参数。对于锅炉主汽压力控制，希望主汽压力超调量小或者无超调。3.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例A-BMULPIDA/MF(X)F(X)LEAD/LAGADDADDd/dtMUL主汽压力 设定主汽压力主汽压力 设定负荷设定锅炉主控输出 01 02 03 04 05 07 08 09 1011 063.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例3.3.2 前馈回路整定1）根据锅炉性能计算书，确定在设计煤种下机组负荷燃料量的对应关

10、系并折算为机组负荷锅炉主控输出的对应关系；2） 在定压方式下，进行幅值为5%-10%的机组升降负荷试验，调整模块超前/滞后模块10的超前时间和滞后时间，使机组升降负荷时，机组负荷与主汽压力跟踪设定值性能良好。3） 固定机组负荷，改变主汽压力设定值，调整模块07的微分增益和微分时间，使主汽压力跟踪主汽压力设定值的能力良好。4） 进行滑压升降负荷试验，观察机组负荷、主汽压力跟踪设定值的能力，必要时，微调微分模块07和超前/滞后模块10的参数，进一步提高机组负荷和主汽压力的调节性能。3.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例A-BMULPIDA/MF(X)F(X)LEAD/LAGADDADDd/d

11、tMUL主汽压力 设定主汽压力主汽压力 设定负荷设定锅炉主控输出 01 02 03 04 05 07 08 09 1011 063.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例3.3.3 时间尺度校正函数的整定1）进行机组升降负荷试验整定不同负荷点的时间尺度校正系数。应特别注意干湿态转换点、锅炉最低稳燃负荷、AGC负荷下限、50%负荷、100%负荷等关键点对应的时间尺度校正系数。3.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例A-BMULPIDA/MF(X)F(X)LEAD/LAGADDADDd/dtMUL主汽压力 设定主汽压力主汽压力 设定负荷设定锅炉主控输出 01 02 03 04 05 07 0

12、8 09 1011 063.3 关键参数整定3、时间尺度校正应用实例3.3.3 时间尺度校正函数的整定表表1 最终整定时间尺度修正函数关系最终整定时间尺度修正函数关系负荷设定（负荷设定（MW)时间尺度修正系数时间尺度修正系数00.354000.475000.566580.718300.8510001.0011001.103.4 系统投运效果3、时间尺度校正应用实例2011年11月10日，在机组进入168小时考核运行前，进行了负荷目标为550MW400MW的深度调峰测试及目标为550MW1000MW范围的正常负荷段升降负荷测试，试验时负荷速率设定为20MW/min。在试验中，机组负荷响应延时小于30秒，机组实际负荷变化率大于17MW/min，主汽压力偏差小于0.6MPa，主汽温、再热汽温、炉膛压力、烟气氧量等机组主要参数过渡平稳。400MW550MW深度调峰过程记录曲线3.4 系统投运效果3、时间尺度校正应用实例550MW400MW深度调峰过程记录曲线3.4 系统投运效果3、时间尺