直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)特性分析

1、直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)特性分析第23卷第4期2007年9月電力科學(xué)與工程electricpowerscienceandengineeringv101.23.no.4scp.,2007直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)特性分析 支保峰，楊建蒙,魯許鰲，李洋(華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，河北保定071003)摘要:直接能量平衡(directenergybalance,deb)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在工程領(lǐng)域得到了 廣泛的應(yīng)用.本文對直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行了簡單分析，并在simulink平臺上針對某 600mw機組建立了deb協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真模型，對仿真結(jié)果進行了分析.關(guān)鍵詞:協(xié)調(diào)控制系統(tǒng);直接能量平衡;能

2、量信號中圖分類號:t91.2文獻標識碼:a0引言單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(cccoordinatedcontrolsistem)按能量平衡方式可以分為肓接能 量平衡(deb)和間接能量平衡系統(tǒng)(ieb)兩 大類.通過控制一些間接參數(shù)維持整個機組的能 量平衡關(guān)系的，稱為間接能量平衡系統(tǒng)(ieb); 而通過構(gòu)造岀能量平衡信號，并依此控制的能量 輸入系統(tǒng)的，稱為直接能量平衡系統(tǒng)(deb). 汽包鍋爐單元機組和直流爐都可以簡化為一 個具有雙輸入雙輸出的控制對象，如圖1所示.圖中，機組的輸出功率n和機前壓力p,為被控量，汽門調(diào)節(jié)閥開度和燃料量b為控制量.w/!/!.1模型圖1單元機組簡化模型1.1燃料動態(tài)模

3、型燃料動態(tài)模型對應(yīng)圖2.它由三部分組成，燃料系統(tǒng)慣性時間常數(shù)，燃料系統(tǒng)純延遲時間，水冷壁慣性時間常數(shù).缺省參數(shù)分別為30s,40s,50s.圖2燃料動態(tài)模型1.2鍋爐核心模型鍋爐核心模型如圖3各組態(tài)的參數(shù)主要包括:k1 ,k2,k3,k4,k5,k6,汽包壓力積分器初值，主蒸汽壓力積分器初值.圖3鍋爐核心模型為了建立上述仿真動態(tài)模型，需要確定以下 幾個參數(shù):k】代表了鍋爐汽包的蓄熱系數(shù),k2 反映了主蒸汽管道的沿程阻力,k3代表了主蒸 汽管道的蓄熱系數(shù),k為鍋爐總有效吸熱量的 標定系數(shù),k為主蒸汽流量與對應(yīng)發(fā)熱量z間 的標定系數(shù),k為主蒸汽流量標定系數(shù).在確定這些模型之前，需要獲得機組的額定收

4、稿日期:20070621.作者簡介:支保峰,（1980 一）男,華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院碩士研究生.第4期支保峰，等直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)特性分析與仿真研究參數(shù)，假設(shè)機組汽包壓力的額定參數(shù)為pde，主蒸汽壓力的額定參數(shù)為p,主蒸汽流量的額定 參數(shù)為d.汽包壓力的額定參數(shù)設(shè)置為汽包壓 力積分器的初值，主蒸汽壓力的額定參數(shù)設(shè)置為 主蒸汽壓力積分器的初始值假設(shè)燃料指令b 和汽輪機閥門開度均已標么化，則b和可 以表述為b和.則有：k=dte/2/pbep=dke(l)對上式進行標么化處理，k,:二:二二二一/(pae一p)/p 一為了使得加法器1的入口平衡，則必須滿足k413=jpbeptk2

5、(3)為了使得加法器3的入口平衡，必須滿足ptk5=-/pbeptk2(4)為得到ki,k3,需要在保持燃燒率不變的 前提下，作閥門開度擾動試驗此時雖然主蒸汽 流量和汽包壓力都在變,但是熱量信號不應(yīng)改 變汽包蓄熱系數(shù)可通過下列方程式得到： fd( £ )一 d(o)dtp 麗 bopbt 廠(5)()-(1)量綱為g/(h?pa).上式求岀的蓄熱系數(shù)是具有工程量綱意義上 的數(shù).要將上式求出的蓄熱系數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型 中的k1,k2 -般地，cb=c5/k6(6)為蓄熱時間常數(shù)，工程單位為s.上述方法求出的是整個鍋爐的蓄熱系數(shù)，而 本節(jié)所描述的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是需要將汽包的蓄熱 同主蒸汽管道

6、的蓄熱分開的.理論分析和工程 實踐己證明，汽包的蓄熱系數(shù)通常占90%,而 主汽管道的蓄熱系數(shù)通常只占10%.那么就有： cb=kl 十 k2 而 k1 約為 90%cb,k2 約為 10%1.3仿真參數(shù)木設(shè)計以某電廠1#機組為仿真對象該機 組為引進技術(shù)國內(nèi)制造的600mw直吹式制粉系 統(tǒng)的強制循環(huán)汽包爐，計算得出:k二101.877,k2=3.5,k4=4.167,k5=0.23812,k1 =90.0,k3=5.0.kl 和 k3 為汽 包和主蒸汽管道的蓄熱系數(shù)k2,k4,k5,k6 為模型內(nèi)部系數(shù).汽機閥門慣性時間常數(shù)為10s, 磨煤機時間常數(shù)為30s,純延遲時間為40s,水冷 壁慣性時間

7、為50s,如圖4為仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖. 圖4deb協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 假設(shè)控制系統(tǒng)初始參數(shù)為:鍋爐側(cè)pid調(diào)節(jié) 器比例增益為0.075,積分增益為 0.00000000026,微分增益為0;汽機側(cè)主pid 調(diào)節(jié)器的比例增益為1.00,積分增益為0,微分 增益為0汽機側(cè)副pid調(diào)節(jié)器的比例增益為 0.01,積分增益為0.0002,微分增益為0假設(shè) 負荷速率限制在15mw/min.汽機閥位非線性 特性有三個特性:模擬幅值限制特性，速率限制 特性以及滯環(huán)特性.如果蓄熱系數(shù)設(shè)置的較人，即遠超岀鍋爐實 際的蓄熱能力，則主蒸汽壓力將收斂得較慢.2仿真分析2.1鍋爐核心模型仿真分析圖5中(a)和(b)分別

8、為鍋爐核心模型在滿負荷下主汽壓和流量的輸出曲線由圖不難看 出在:汽門開度為1能量輸入為1(即在滿負荷) 的情況下，汽壓和鍋爐蒸汽的輸出流量符合實際 情況,600mw機組對應(yīng)的蒸汽流量為2000t/h,對應(yīng)的主汽壓17.5mpa.ig行曲線 比較穩(wěn)定.2.2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真曲線分析圖6(a),(b)分別為600mw協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主蒸汽和功率在內(nèi)擾和外擾下的響應(yīng)曲線. 系統(tǒng)首先在500mw的負荷下運行，在1000s已 經(jīng)達到穩(wěn)定運行，在2000s時加上100mw的擾 動,500s后系統(tǒng)又回到穩(wěn)定狀態(tài)，然后又在 6000s時加上一個負2mpa的擾動.由該電廠的 資料可知在滿負荷下主蒸汽壓力為17.5

9、mpa,18電力科學(xué)與工程2007焦1812宙6艸i 2st,0(a)主蒸汽壓力曲線(bj蒸汽流量曲線圖5主蒸汽壓力和流量輸出曲線03000600090o0 t,st,s(a)(b) 圖6ccs在擾動下的響應(yīng)曲線壓力在開始時上升比較平穩(wěn)，在穩(wěn)定運行屮壓力 比較穩(wěn)定，幾乎沒什么波動在2000s u寸加上 100mw功率擾動后,使得系統(tǒng)達到滿負荷，壓 力經(jīng)過一微小振蕩后達到滿負荷下的壓力 17.5a,在較時間內(nèi)系統(tǒng)又恢復(fù)穩(wěn)定.當在 6000s時上一個壓力負擾后，壓力平穩(wěn)下降，且 恢復(fù)穩(wěn)定的時間短，新的壓力下系統(tǒng)運行非常穩(wěn) 定，壓力響應(yīng)對內(nèi)擾和外擾的適應(yīng)性都比較好. 功率在開始的上升階段比較平穩(wěn),由

10、于積分的作 用有一定超調(diào)量，但經(jīng)過很小振蕩后恢復(fù)到給定 值500mw,處于穩(wěn)定運行階段，在2000she加100mw的功率擾動在積分和比率的作用下系 統(tǒng)在很小的擾動后恢復(fù)穩(wěn)定運行,在積分作用下 消除了靜態(tài)偏差，穩(wěn)定運行于600mw.在 6000s時加上壓力負擾后功率平穩(wěn)降低到新壓力 對應(yīng)的功率,口能穩(wěn)定運行于新的工況下功率 響應(yīng)對內(nèi)擾和外擾的適應(yīng)性都比較好.3結(jié)論本文主要分析了直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 特性，深入剖析了構(gòu)成debccs的主要特點， 并在simulink平臺上建立了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真模 型仿真過程中作了多種試驗，包括鍋爐核心額 定工況試驗,協(xié)調(diào)系統(tǒng)在指定功率下運行試驗， 內(nèi)擾和外擾

11、試驗等國內(nèi)許多大型機組如上海外 高橋電廠4x30mw,河北三河電廠的兩臺 350mw,都采用了 debccs,并取得了良好的 運行效果.參考文獻：1 闞玉英.陡河電廠機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析j.華北電力技術(shù),2005,(2):1417.2 張芳牛，沈炯直接能量平衡法的極力及國內(nèi)研究現(xiàn)狀j.潔凈煤燃燒與發(fā)電技術(shù),2002,(5):11 13.3 梁毅雄，潘英俊,何祖威.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在緊湊型仿真機上的實現(xiàn)j系統(tǒng)仿真,2004,16(5):947950.(責(zé)任編輯:馬坤英)performanceanalysisandsimulationstudyaboutdebcoordinatedcontrolsystemzhjbao-feng,yangjian一meng,luxu一ao,liyang (schoolofenergyandpowerengineering,northchinaelectricpoweruniversity?baoding 071003,china)abstract:directenergybalance(deb).coordinatedcontrolsystemhaswidelyusedinthef ieldofproje