调节第七章过热气温控制

1、 单元机组的自动调节系统第二篇负荷指令管理部分外部负荷要求指令（目标负荷指令）（实际负荷指令）机炉负荷控制部分主汽压给定值主汽压输出电功率（锅炉主控制指令）（汽机主控制指令）汽机调节系统燃烧调节系统给水调节系统调门 锅炉 汽轮机单元机组协调控制级基础控制级单元机组自动调节系统的基本组成汽温调节系统第七章汽包锅炉蒸汽温度自动调节系统7-1 过热汽温调节的任务和调节对象特性 一、过热汽温调节的任务二、过热汽温调节对象的动态特性（1）定义：引起过热汽温变化的扰动与汽温之 间的动态关系。（2）扰动量及形成因素蒸汽流量烟气热量减温水流量蒸汽流量扰动下过热汽温调节对象的动态特性过热汽温的静态特性蒸汽流量扰

2、动下过热汽温的阶跃响应曲线烟气热量扰动下过热汽温调节对象的动态特性烟气热量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线减温水流量扰动下过热汽温调节对象的动态特性减温水流量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线减温水流量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线7-2 过热汽温自动调节系统的方案一、串级汽温调节系统 1、过热汽温串级调节系统的组成 过热汽温串级调节系统PPID副回路：主回路：2、串级汽温调节系统的分析过热汽温串级调节系统方框图（1）工作原理（2）串级调节系统相对于单回路调节系统的优点i) 扰动发生在副回路内过热汽温串级调节系统方框图过热汽温单回路调节系统方框图过热汽温串级调节系统主回路方框图过热汽温串级调节系统主回路近

3、似方框图ii) 扰动发生在副回路外过热汽温单回路调节系统方框图串级控制系统的整定在串级控制系统中，因为两个调节器串在一起，在一个系统中工作，互相之间有影响，因此串级系统的整定要比简单系统复杂些。逐次逼近法 (1)先整定副调节器WT2(s),在第一次整定副调节器时，断开主环，即按副回路单独工作时的单回路系统来整定副调节器WT2(s)的参数，记作WT2(s)1。(2)根据WT2(s)1 ，整定主调节器WT1(s)。由图5-7可写出串级控制系统的特征方程式为可得此时等效控制对象的传递函数为按单回路系统整定法求出主调节器的参数，记作WT1(s)1 (3)据(2)得到的WT1(s)1,再整定副调节器WT

4、2(s),由图5-7写出串级控制系统的特征方程式为可得此时等效控制对象为然后根据单回路系统的整定方法求出副调节器的参数，记为WT2(s)2 (4)如果WT2(s)2的参数值与第(1)步得到的WT2(s)1的参数值基本相同，那么整定就告完成. 两个调节器的整定参数分别为步骤(1)和(2)中求得的参数，否则应根据WT2(s)2 重复步骤(2)、(3)，直到出现两次整定结果基本相同时为止。二、两步整定法 当串级系统中副回路的控制过程比主回路快得多时，可分别独立整定主、副调节器参数。要达到此要求整定时应考虑以下几点问题：(1)对象的动态特性。控制对象导前区动态特性W02(S)与整个控制对象的动态特性W

5、0(S)W01(S)W02(S)相比，应有较小的迟延和惯性。 (2)调节器类型的选择。副调节器WT2(S)选用P(或PD)调节器，主调节器选用PI调节器，以使副回路有较高的衰减振荡频率。 (3)整定指标的选择。副回路取较低的稳定性裕量,主回路则取较高的稳定性裕量.1.先整定副调节器 当副回路受到阶跃扰动时，在较短时间内副回路控制过程就告结束。在此期间，主回路基本上不参加动作。如图所示。可按单回路系统的整定方法整定副调节器WT2(s)的参数。 2.整定主调节器 当主回路进行控制时，副回路几乎起理想随动作用，从而求得副回路的闭合传递函数为即在主回路中副回路可看作一个比例环节，如图5-8(b)所示。

6、可按单回路系统的整定方法整定主调节器WT1(s)的参数。三、补偿法 当控制对象导前区的动态特性与整个控制对象的动态特性相比，迟延和惯性不够小时，控制系统经整定后主、副回路的振荡频率差别不够大，这时就不能用“两步整定法”整定，可采用“补偿法”整定调节器参数。因此，串级系统可按下述步骤进行整定： (1)适当选择主调节器WT1(s)的参数,以造成一个动态特性较好的等效控制对象,这就是“补偿法”整定的概念(2)选择好WT1(s)的参数和得到了等效控制对象后，就可以按单回路系统整定等效调节器，从而得出副调节器WT2(s)的参数。 用“补偿法”的概念整定串级控制系统时，不必考虑主、副回路间互相影响的程度。

7、虽然整定的结果并不能保证串级控制系统在最佳的条件下工作，但是它可以使系统具有足够的稳定性裕量，因而使整定后的串级控制系统具有正常运行的基本条件。在主、副调节器不能分别独立整定时，这可以作为整定串级控制系统的一种实用方法。二、串级过热汽温控制系统的整定实例 一般讲，过热汽温控制对象导前区的迟延和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用 P或PD控制规律。在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。此 时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。下面举例说明。例串级过热汽温控制系统原理方框图如图10-5所示，已知：系统中各环节的传递函数如下试确定0.75时，主、副调节器

8、的整定参数。根据控制对象及其导前区的传递函数得：n2T22x1530，noTo2x153x25105，noTo3n2T2，故主、副调节器可分别整定。1.副调节器的整定断开主调节器，此时内回路方框图如图10-6所示，可得内回路的闭环特征方程式为整理得当整定要求=0.75时，相应的阻尼比= 0.216,则副调节器比例带2为2.主调节器的整定锅炉过热汽温控制对象及其导前区的动态特性常可表示为如果控制对象及其导前区的动态特性有n0T03n2T2，那么可得其特征参数为由此可得而等效主调节器的传递函数为应用响应曲线法查表可求得主调节器的整定参数从而得主调节器的整定参数为现场试验整定法 在能够测得对象的阶跃

9、响应曲线的条件下，可以用上述动态参数法整定串级控制系统的调节器参数，而在不具备此条件时，往往采用下述方法。 1、边界稳定法 主、副回路全部投入闭环，主调节器的参数设置： 置于较大位置，Ti= ， Td 0,副调节器的置于较大位置， Ti= ， Td 0，而后将副调节器的比例带由大往小调，使副回路产生不衰减振荡，并记下此时的临界比例带、振荡周期，则由表4-3设置副调节器的参数(1)确定副调节器的参数(2)确定主调节器的参数。 副调节器参数按上步骤整定好并投入后，主调节器此时仍在步骤(1)设置的位置上。闭合主、副回路逐渐减小主调节器的比例带值，使主回路产生不衰减振荡，记下此时的临界比例带、振荡周期

10、，则主调节器的参数设置为：（3）微调直到满意2.衰减曲线法(1)确定副调节器的参数主、副回路全部投入闭环，主调节器的参数设置:置于较大位置，Ti=，Td0,副调节器的置于较大位置， Ti=，Td0，而后将副调节器的比例带由大往小调，使副回路产生=0.75（0.9）衰减振荡，并记下此时的临界比例带、振荡周期，则由表4-4设置副调节器的参数(2)主调节器的参数。副调节器参数按上步骤整定好并投入后，主调节器此时仍在步骤(1)设置的位置上。闭合主、副回路逐渐减小主调节器的比例带值，使主回路产生=0.75（0.9）衰减振荡，记下此时的临界比例带、振荡周期，则主调节器的参数设置为：（3）微调直到满意过热汽

11、温的分段控制系统按温差控制的分段控制系统300MW机组过热汽温控制示例过热汽温控制连锁逻辑 一级减温喷水控制逻辑:1)自动切至手动(1) 一级过热器出口温度变送器(2)第一级喷水减温器后的温度变送器故障(3)喷水调节阀执行器故障(4)主燃料跳闸(MFT)(5)负荷小于X(%)(20%MCR)时,一级减温喷水阀M/A站从自动切至手动(MRE)。2)当一级喷水阀指令大于Y(5%),但一级喷水截止阀未开时,一级减温器喷水调节阀置位在1%开度上(对应M/A操作站后切换器MIN)。 3)当一级喷水阀指令等于0%时,关闭一级减温器前、后截止阀。4)当主燃料跳闸或负荷小于20%MCR时,PLW(超弛减)信号

12、使一级喷水阀迅速关 闭,同时关闭电动截止阀。二级减温器喷水控制逻辑 1)当综合前馈信号故障、锅炉出口汽温信号故障、二级减温器后温度信号故障、二级喷水调节阀故障、主燃料跳闸(MFT)或负荷小于X(%)(20%MCR)时,二级减温喷水阀M/A站切至手动(MRE)。2)当MFT动作或负荷小于X (20%)时,输出PLW逻辑,迅速关闭二级喷水调节阀 3)当二级喷水阀指令大于Y(5)与二级电动截止阀关闭同时成立，则将二级喷水调节阀设置在1的最小开度位置上。4)当MFT动作或负荷小于x()条件之一成立时，则关闭所有电动截止阀。5)当I级(或级)减温器喷水阀指令大于0时，则全开I级(或II级)喷水截止阀。二

13、、采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节系统 (a) 采用导前汽温微分信号的 汽温调节系统(b)采用导前汽温微分信号的汽温调节系统方框图PID1、系统的组成i) 等效为单回路调节系统2、系统的分析 (a)采用导前汽温微分信号的汽温调节系统方框图 (b)双回路系统的等效方框图(c)单回路系统方框图结论：由于导前微分信号的加入使等效调节对象的动态响应有了很大改 善。在调节对象惯性迟延较大的情况下导前汽温微分信号的双回路调节系统的调节品质比单回路汽温调节系统的好。 等效调节对象的阶跃响应曲线曲线1:曲线2:ii) 等效为串级调节系统(b)等效串级调节系统的方框图(a)采用导前汽温微分信号的汽温调节系统

14、方框图等效主调节器:等效副调节器:导前汽温微分信号的双回路系统中，微分器和调节器的传递函数一般分别为当等效为串级系统时，等效主、副调节器的传递函数应为1.等效主调节器2.等效副调节器 当把采用导前微分信号的双回路控制系统等效为串级控制系统来分析时，微分器参数KD, TD和调节器参数、Ti对控制系统性能的影响： (1)微分器参数KD, TD相当于串级系统中主调节器的比例带和积分时间。按串级控制系统的分析方法，当副回路为快速随动系统时，增大KD将使主回路（主汽温）的稳定性提高，但使主汽温的动态偏差增大。增大TD也会提高主回路的稳定性，但影响不太显著。几增大后，主汽温控制过程的时间拉长。 (2)等效

15、副调节器的比例带是/ KD,积分时间是Ti，Ti主要影响副回路的控制过程时间，而/ KD则影响副回路的稳定性和动态偏差。 但是， KD既是副回路的调节器参数，又是主回路的调节器参数。当KD增大时，虽然提高了主回路的稳定性，却使副回路的稳定性下降。所以，当需要增大KD时，为了保持副回路的稳定性，应相应增大占，使/ KD的比值保持不变。三、控制系统的整定（一）按补偿法进行整定设主汽温对象的传递函数为导前区汽温对象的传递函数为则等效对象的传递函数应为可见微分器的参数是根据控制对象的惰性区来整定的。关于控制对象惰性区传递函数的求法，可参阅式（5-18)汽温对象惰性区传递函数的阶次都是高于一阶的（通常n

16、12)，那么微分器参数的确定方法如下将上式等号的两边展开为幂级数的形式：等式左边为等式右边为令等式两边：的低阶项（二阶以下项）的系数相等由此可确定微分器的整定参数求得的Wd(S)参数仅能实现对象的近似补偿，使在确定了等效对象的传递函数之后，对于调节器WT(S)的参数和Ti应按等效对象Wo(S)来整定(按一般单回路系统的整定方法整定)（二）按等效为串级控制系统的整定方法进行整定等效副调节器等效主调节器 可根据对象导前区特性和主汽温特性，按串级控制系统的整定方法，分别求得等效副调节器和等效主调节器的各个参数，从而求得、Ti、KD、TD。例已知某锅炉过热汽温控制对象的动态特性为：采用导前汽温微分信号

17、的双回路汽温控制系统调节器的传递函数为两个测量变送器的斜率为1=2=0.1（V/）执行器和阀门的传递函数K1=K2=1，对象惰性区传递函数为试求使系统衰减率=0.75时，调节器和微分器的整定参数值。所给出的控制系统方框图为图1.按等效为串级控制系统进行整定等效串级控制系统方框图（1）确定微分器参数KD、TD为（2）确定调节器参数 、Ti等效副回路的特征方程式为令Ti 15s，则特征方程式降低为二阶，即对二阶系统而言，当0.75时，对应的阻尼系数0.216，故已知KD0.5，由此求得0.075，因此调节器的整定参数为0.075 ，Ti 15s。2.用补偿法整定系统（1)确定微分器参数KD和TD已

18、知控制对象惰性区的传递函数为：根据得出当Wa（S）取此组参数时，可使补偿对象的近似传递函数为（2）确定调节器参数 、Ti当求出补偿对象的传递函数Wo*（S）之后，汽温控制系统可简化为下图由此可写出系统的特征方程式为令Ti=15s，使系统降为二阶；当=0.75时，对应的阻尼比=0.216，由此可求得出=0.17，因此，调节器的整定参数为： =0.17 ； Ti=15s。3.比较两种不同整定法的整定结果 在这个具体例子中，对同一系统采用两种不同的方法整定时，所得到的结果是不同的，两种方法计算结果如表10-1所列。为了分析和比较不同参数值对系统稳定性裕量的影响，可以把采用导前微分信号的双回路系统等效为串级控制系统。在这个例子中，等效为串级系统主、副回路分别整定时，两个回路的衰减率都为0.75,现比较一下补偿法所得到的整定结果。 (1)副回路的稳定性裕量 等效副回路的方框图如图10-15所示，等效副调节器为可见，两种整定方法取相同的Ti值时，采用补