300MW單元機組機爐協(xié)調控制系統(tǒng)的仿真研究

1、word300MW單元機組機爐協(xié)調控制系統(tǒng)的仿真研究江建鋒1 潘維加2 1、耒陽電廠，湖南 衡陽 421800 2、長沙理工大學，湖南 長沙 410077摘要: 針對目前300MW單元火力發(fā)電機組已有的三種協(xié)調運行方式，運用MATLAB工具對其數(shù)學模型進行了協(xié)調主控系統(tǒng)的仿真研究，并對每種運行方式進行了擾動試驗及系統(tǒng)魯棒性的分析。關鍵詞: 300MW單元火力發(fā)電機組 數(shù)學模型 協(xié)調控制 仿真 魯棒性 Simulation studying about the coordinated control system of 300MW unit powerJiang Jian-feng1 Pan W

2、ei-jia2(1Hunan province,LeiYang Power Plant Hengyang 421800,China 2、Changsha University of Science Technology,Changsha 410077,China)Abstract: Aiming at the three kinds of coordinated run manners exiting in todays 300MW unit thermal power. To some mathematical model, we make simulation studying about

3、 the main coordinated control system by using the tool of MATLAB. And we study the disturb influence of each run manners and make robustness test of the coordinated control system. Keywords: 300MW unit thermal power; Mathematical model;Coordinated control Simulation; Robustness.word 1、 概述當前，隨著大型發(fā)電機組

4、的日益增多，大容量機組的汽機和鍋爐都是采用單元制運行方式,即一臺汽機配一臺鍋爐。在這種運行方式下，鍋爐和汽機、發(fā)電機已結合成一個聯(lián)合的調節(jié)對象，以其內部的協(xié)調配合來最大限度地滿足電網(wǎng)的負荷要求。協(xié)調機組的內部關系，就也成為單元機組主控系統(tǒng)所要解決的問題。單元機組主控系統(tǒng)是討論整個協(xié)調控制系統(tǒng)的核心，是整個單元機組自動調節(jié)系統(tǒng)的前置裝置，它把外部對單元機組的負荷要求信號進行處理，使它轉化為適合于機、爐運行狀態(tài)和變動負荷能力并發(fā)出使機、爐配合動作的指令。2、國廠300MW燃煤機組的動態(tài)特性數(shù)學模型2.1數(shù)學模型14建模過程首先采用機理分析法,得到機組的一組非線性模型,在不同的負荷點上進行線性化處理

5、,通過仿真試驗得到各主控制輸入下的階躍響應數(shù)據(jù)曲線,最后用加權最小二乘法擬合出有關輸入輸出之間的傳遞函數(shù).使用的量綱系數(shù)為:PT ,MPa;N,MW; B,t/h; ,%(汽輪機同步器開度).在100%負荷上的動態(tài)數(shù)學模型W1111W12W21W22T NE B PT圖2.1機組對象特性方框圖傳遞函數(shù)為其中：W11= W12=W21= W22=2.2對象特性仿真及其結果在MATLAB仿真界面中，按照圖2.1所示連接好后，仿真結果如圖2.2、2.3。 圖2 .2調節(jié)門開度擾動 圖2.3鍋爐燃燒率擾動下機爐兩側響應曲線 下機爐兩側響應曲線3、爐跟機控制方案的仿真研究3.1原理方框圖(如圖3.1所示

6、)PI1PI2K+N0 +P0 NE圖3.1爐跟機控制方案原理方框圖3.2仿真結果及其分析3.2.1 在Matlab的工作界面下，根據(jù)圖3.1所示將仿真方框圖連接好。僅當功率來擾動時，機爐兩側的響應輸出如圖3.2a所示；僅當功率來擾動時，機爐兩側的響應輸出如圖3.2b所示；3.2.2 仿真過程中現(xiàn)象分析 當汽機主控器中比例增益增大時，機爐兩側趨于穩(wěn)定的時間將變短，超調量減?。环e分增益改變時，兩側輸出響應的超調量和趨于穩(wěn)定時間都將改變。 當鍋爐主控器中比例增益增大時，主汽壓力控制的品質將有所改善，相應的功率側輸出響應的超調量將會變大；積分增益增大時，主汽壓力輸出響應的超調量將減小，而功率側輸出響

7、應的超調量將會增加。 當解耦系數(shù)K增大時，功率側的控制品質將進一步得以改善，不過對應的汽機側的控制效果將變差。圖3.2a功率定值 圖3.2b主汽壓力定值擾動下響應曲線 擾動下響應曲線3.2.3 較好控制效果的參數(shù)范圍 汽機主控制器：: 420 ki: 0.150.5 鍋爐主控制器：: 0.62 ki: 0.0070.04 解耦系數(shù)K: 4303.2.4 最正確參數(shù)配置 汽機主控制器：=10 ki=0.2 鍋爐主控制器：=1 ki=0.01 解耦系數(shù)K=83.3對擾動的仿真與分析3.3.1 在最正確參數(shù)配置下：僅在對象前汽機側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖3.3a所示；僅在對象后汽機側進行

8、內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖3.3b所示；僅在對象前鍋爐側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖3.4a所示；僅在對象后鍋爐側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖3.4b所示仿真結果圖3.3a對象前汽機 圖3.4a對象前鍋爐側內擾下響應曲線 側內擾下響應曲線 圖3.3b對象后汽機 圖3.4b對象后鍋爐側內擾下響應曲線 側內擾下響應曲線3.4魯棒性試驗3.4.1在只有壓力處來擾動時，改變汽機側對象的參數(shù)進行魯棒性試驗，仿真后可得汽機側對象參數(shù)的變化范圍為K：0.01390.556；T：74903.4.2 在只有功率處來擾動時，改變鍋爐側對象的參數(shù)進行魯棒性試驗，仿真后可得鍋爐側對象參數(shù)的變化范

9、圍為K：0.41384.138；T：3005004、機跟爐控制方案的仿真研究4.1原理方框圖如圖4.1PI1K+P0 PT+PI2N0 NE圖4.1機跟爐控制方案原理方框圖4.2仿真結果及其分析4.2.1 在Matlab的工作界面下，根據(jù)圖4.1所示將仿真方框圖連接好。僅當功率來擾動時，機爐兩側的響應輸出如圖4.2a所示；僅當功率來擾動時，機爐兩側的響應輸出如圖4.2b所示；4.2.2 仿真過程中現(xiàn)象分析。 當機爐主控器中的比例增益增大時,汽機側響應輸出的超調量將減小,趨于穩(wěn)態(tài)的時間變大,鍋爐側響應輸出并沒有明顯的變化;當積分增益增大時,汽機側響應輸出的超調量沒有很明顯的變化,而趨于穩(wěn)態(tài)的時間

10、會變小,鍋爐側響應輸出的仍舊沒有明顯的變化,而系統(tǒng)的響應速度將變大。 當鍋爐主控器中的比例增益增大時,汽機側響應輸出的超調量不會發(fā)生太大的變化,而趨于穩(wěn)態(tài)的時間將有所變大,鍋爐側響應輸出的超調量將變大,同時響應趨于穩(wěn)態(tài)的時間也將增大,并且其輸出會出現(xiàn)越來越強的振蕩;當積分增益增大時,汽機側響應輸出沒有明顯的變化,鍋爐側響應輸出的超調量將變大,趨于穩(wěn)態(tài)的時間也將變大,并且出現(xiàn)強烈的振蕩。 在功率擾動下，當解耦系數(shù)K增大時,汽機側響應輸出的超調量都將變大,趨于穩(wěn)態(tài)的時間變小，鍋爐側響應輸出并沒有很明顯的變化。圖4.2a功率定值 圖4.2(b)主汽壓力定值擾動下響應曲線圖 擾動下響應曲線圖較好控制效

11、果的參數(shù)范圍 汽機主控制器：:100200 ki: 010 鍋爐主控制器：: 210 ki: 0.1 解耦系數(shù)K: 0.34.2.4 最正確參數(shù)配置 汽機主控制器：=150 ki=0.3 鍋爐主控制器：=4 ki=0.04 解耦系數(shù)K=0.0014.3對擾動的仿真與分析4.3.1 在最正確參數(shù)配置下：僅在對象前汽機側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖4.3a所示；僅在對象后汽機側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖4.3b所示；僅在對象前鍋爐側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖4.4a所示；僅在對象后鍋爐側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖4.4b所示仿真結果圖4.3(a)對象前汽機 圖

12、4.4(a)對象前鍋爐側內擾下響應曲線 側內擾下響應曲線圖4.3(b)對象后汽機 圖4.4(b)對象后鍋爐側內擾下響應曲線 側內擾下響應曲線4.4魯棒性試驗4.4.1在只有壓力處來擾動時，改變汽機側對象的參數(shù)進行魯棒性試驗，仿真后可得汽機側對象參數(shù)的變化范圍為K：0.0278；T：2004.4.2在只有功率處來擾動時，改變鍋爐側對象的參數(shù)進行魯棒性試驗，仿真后可得鍋爐側對象參數(shù)的變化范圍為K：1.03454.138；T：1206005、基于爐跟機的協(xié)調控制方案的仿真研究5.1原理方框圖如圖5.1PI2PI1K2K1+N0- PT+ + +P0 - + NE圖5.1協(xié)調控制方案原理方框圖5.2仿

13、真結果及其分析在Matlab工作界面下，根據(jù)圖5.1所示將仿真方框圖連接好。僅當功率來擾動時，機爐兩側的響應輸出如圖5.2a所示；僅當功率來擾動時，機爐兩側的響應輸出如圖5.2b所示；圖5.2(a)功率定值 圖5.2(b)主汽壓力定值擾動下響應曲線 擾動下響應曲線5.2.2 仿真過程中現(xiàn)象分析 當汽機主控器中比例增益增大時，機爐兩側的響應輸出不會有很大的變化，但是系統(tǒng)響應的速度更會變快；當積分增益變大時，系統(tǒng)響應的速度會變的更慢。 當鍋爐主控器中比例增益增大時，機爐兩側的控制品質都將變差，表現(xiàn)在輸出響應會有越來越強的振蕩，超調量會越來越大。當積分增益變大時，汽機側響應輸出的控制品質會有所改善，

14、但鍋爐側響應輸出的控制品質將會變差。 在功率處來擾動，假設解耦系數(shù)K1變大時，機爐兩側響應輸出的超調量都將減小，且兩側的控制品質都有明顯的改良，但趨于穩(wěn)態(tài)時間將有所變大。 在壓力處來擾動，假設解耦系數(shù)K2變大時,機爐兩側的控制效果都將下降,主要表現(xiàn)為鍋爐側出現(xiàn)越來越強的振蕩,且超調量越來越大。5.2.3 較好控制效果的參數(shù)范圍 汽機主控制器：: 10200 ki: 100 鍋爐主控制器：: 30100 ki: 1 解耦系數(shù):K1: 10 K2: 0.15.2.4 最正確參數(shù)配置 汽機主控制器：=80 ki=10 鍋爐主控制器：=40 ki=0.5 解耦系數(shù)K1=35 K2=0.015.3對擾動

15、的仿真與分析5.3.1 在最正確參數(shù)配置下：僅在對象前汽機側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖5.3a所示；僅在對象后汽機側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖5.3b所示；僅在對象前鍋爐側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖5.4a所示；僅在對象后鍋爐側進行內擾實驗，機爐兩側的響應輸出如圖5.4b所示仿真結果圖5.3(a)對象前汽機 圖5.4(a)對象前鍋爐側內擾下響應曲線 側內擾下響應曲線圖5.3(b)對象前汽機 圖5.4(b)對象前鍋爐側內擾下響應曲線 側內擾下響應曲線5.4魯棒性試驗 5.4.1在只有壓力處來擾動時，改變汽機側對象的參數(shù)進行魯棒性試驗，仿真后可得汽機側對象參數(shù)的變化范

16、圍為K：0.087；T：7005.4.2在只有功率處來擾動時，改變鍋爐側對象的參數(shù)進行魯棒性試驗，仿真后可得鍋爐側對象參數(shù)的變化范圍為K：1.034512.414；T：1006506、結論通過以上仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)： 爐跟機運行方式，如果使功率適應性強，那么壓力波動大。適合于以汽機為主的運行方式。機跟爐運行方式，如果使壓力波動小，那么功率適應性就差。適合于以鍋爐為主的運行方式。 協(xié)調運行方式能較好地折中機爐兩側的控制品質，具有較強的對象適應能力和抗干擾性能，但該方案結構復雜，系統(tǒng)的參數(shù)整定困難。三種運行方式均具有一定的魯棒性。參考文獻1劉吉臻.協(xié)調控制與給水全程控制,華北電力學院,水利電力出版社,1995,11:25,181