超臨界大型機(jī)組控制特點(diǎn)及對(duì)策劉維

1、超臨界大型機(jī)組的控制特點(diǎn)及對(duì)策2005年11月劉維1一超臨界參數(shù)大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法三閉環(huán)控制中的重要概念四AGC及協(xié)調(diào)控制在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法五. 和利時(shí)DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對(duì)策目 錄2一超臨界、直流爐大型機(jī)組控制工程的基本特點(diǎn)： 1. 對(duì)象特點(diǎn)：- 輸入/輸出工藝變量多。 動(dòng)態(tài)過程快：由于沒有汽包環(huán)節(jié)，作功工質(zhì)占汽水循環(huán)總工質(zhì)的比 例增大，動(dòng)態(tài)過程加快。需要更快速的控制作用，更短的控制周期。- 主汽壓參數(shù)上升（25MP/cm2），工作介質(zhì)剛性提高，動(dòng)態(tài)過程加快， 同樣需要更快的控制作用及更快的控制周期。- 數(shù)學(xué)模型不精確。 2. 機(jī)組控制系統(tǒng)(DCS)面臨的

2、主要需求 - DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性更好： 快速的I/O處理； 快速的CPU處理； 更短的控制周期； - 快速控制、快速保護(hù) - 汽機(jī)鍋爐發(fā)電機(jī)總體優(yōu)化的快速控制策略 - 快速響應(yīng)負(fù)荷需求 - 總體協(xié)調(diào) - 高可靠性3二快速協(xié)調(diào)控制的基本方法 1. 對(duì)控制策略的基本要求 - 具有成功地投運(yùn)經(jīng)驗(yàn) - 對(duì)數(shù)學(xué)模型的精度要求不高 - 對(duì)負(fù)荷需求指令，有快速的響應(yīng) - 能夠?qū)崿F(xiàn)爐機(jī)電之間的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)功率平衡 2. 四種機(jī)組運(yùn)行方式 - 協(xié)調(diào)方式 - 鍋爐跟蹤汽機(jī)的工作方式 - 汽機(jī)跟蹤鍋爐的工作方式 - 鍋爐、汽機(jī)手動(dòng)狀態(tài)方式 3. 二類基本控制策略 - 采用P1信號(hào)的控制策略 - 平行前饋、動(dòng)態(tài)加速的協(xié)

3、調(diào)控制策略45P1/PT:代表了調(diào)節(jié)門開度 P1/PT.PTS:代表了蒸汽流量 =P1/P Y=P11+K(PTS-PT) (F算法)當(dāng)K=1/PT時(shí)Y=P11+1/PT(PTS-PT)T*PTS (L-N算法) 以P基本思想：1作為Boiler 功率需求信號(hào)， 協(xié)調(diào)B-T側(cè)的能量平衡。采用汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力P1信號(hào)的協(xié)調(diào)控制策略6超臨界、直流爐平行前饋的協(xié)調(diào)控制思想7 閉環(huán)控制工程中的幾個(gè)重要概念 可控性（controllability）、快速性和控制周期?，F(xiàn)代控制理論中，可控性是個(gè)最基本的概念。在實(shí)際工程中，非常有意義的有下述幾點(diǎn)： - 不可觀測的變量及工藝過程是不可控制的； - 在一定意義下

4、可控性等價(jià)于控制的快速性： - 控制的快速性越好，可控性越好。 - 可控性越好，控制的精度越高。 - 控制周期本質(zhì)上是不可控環(huán)節(jié)，控制周期越 短越好，當(dāng)然為此要付出經(jīng)濟(jì)代價(jià)。8快速性和控制周期從輸入測量到控制輸出的全部處理過程，包含故障診斷，故障對(duì)策的全部處理時(shí)間，定義為系統(tǒng)的控制周期，以T0 記之。T0是客觀存在的，不可超越的，即使在模擬調(diào)節(jié)儀表時(shí)代，依然是存在的。一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)，如八十年代之前那樣，T0的估算如下： 令信號(hào)經(jīng)過的系統(tǒng)，工作在線性工作區(qū)。系統(tǒng)的傳輸時(shí)延，即成為上述的T0，為： 0.35/f 9快速性和控制周期單級(jí)、低速、低價(jià)位運(yùn)放的帶寬增益之積，在數(shù)百KH

5、Z以上，好一點(diǎn)的為數(shù)十MHZ或百M(fèi)HZ量級(jí)。運(yùn)算放大器總是在深度負(fù)反饋狀態(tài)下使用，閉環(huán)增益往往為1。實(shí)際使用中的帶寬往往即為帶寬增益之積或可與之比擬，相差不多。保守估計(jì)以f=100KHZ x 1/2=50 KHZ為例，系統(tǒng)的總遲延為： 0.35 / 50 10-3(s)=0.0710-4(s) 7微妙10快速性和控制周期模擬系統(tǒng)本質(zhì)上是并行處理、窄帶系統(tǒng)；數(shù)字系統(tǒng)是串行、寬帶系統(tǒng)；因其串行處理的本質(zhì)，加以軟件處理的非線性特點(diǎn)，總的對(duì)外部而言的傳輸時(shí)延上升1000倍以上的現(xiàn)象，毫不奇怪 。 11汽機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程其中： I： 汽機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ： 轉(zhuǎn)子角速度； Mt：蒸汽主動(dòng)力矩； Me：電負(fù)

6、荷力矩；令：MtMeMfM當(dāng) M f：摩擦力矩； DEH時(shí)間常數(shù)和控制周期要求12-蒸汽主動(dòng)力矩（Mt）)()(1)(20秒量綱：SMKSMSKMIggH=w)4()3(00000HaaHThHMITTMIdtMdIMdtdIawwwww=）（米公斤2)(13.100=imnHGMh其中： n：轉(zhuǎn)速；同樣的蒸汽流量，低轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的蒸汽力矩M高，高轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)生的蒸汽力矩 低。M因此，這是一類自平衡系統(tǒng)。- 全飛升時(shí)間（Ta）的物理意義：定義：若M =M =0 時(shí)，在額定蒸汽力矩（M）的條件下，汽機(jī)轉(zhuǎn)速從零上升到額定值0時(shí)所需要的時(shí)間。此時(shí)（1）轉(zhuǎn)化為：G：蒸汽流量；0：焓降；im H0Hfehh

7、13經(jīng)驗(yàn)數(shù)值：200MW： Ta7.58秒300MW： Ta77.5秒600MW： Ta67.秒 1000MW： Ta56秒DEH控制周期的確定： Ta是一個(gè)理論上的極限數(shù)值，實(shí)際上是不可能達(dá)到的。因此，DEH系統(tǒng)的設(shè)定值為50ms，為1000MW機(jī)組全飛升時(shí)間Ta的1/100。這一數(shù)據(jù)比較合理。14 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的工作周期概念串級(jí)反饋系統(tǒng)中，工作周期是個(gè)重要的物理概念?？刂葡到y(tǒng)測點(diǎn)及執(zhí)行器的位置設(shè)計(jì)時(shí)，直接影響工作周期，因此，應(yīng)遵守如下準(zhǔn)則： - 副環(huán)路工作周期1 盡可能地短； - 主環(huán)路工作周期2 1 ，此時(shí)，對(duì)主環(huán)路而言副環(huán)路可以簡化為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。主、副環(huán)路本質(zhì)上解耦，可以分別鎮(zhèn)定、

8、分別調(diào)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，調(diào)試方便。反之系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，調(diào)試?yán)щy。 小偏差調(diào)節(jié)狀態(tài)從數(shù)學(xué)模型分析，電站工藝過程與其它工藝過程相同，必然是個(gè)非線性過程。線性僅是在某穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)X 鄰域內(nèi)的性質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷大范圍變化時(shí)，要使調(diào)節(jié)過程符合線性化性質(zhì)，控制系統(tǒng)必需處在小偏差工作狀態(tài)，這樣才能得到正確的模型預(yù)測及好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。1112015MWDMSPMSP調(diào)節(jié)器汽機(jī)調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)燃料調(diào)節(jié)通風(fēng)調(diào)節(jié)FG1FG2FG3其它系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)前饋及小偏差調(diào)節(jié)方式給水指令=鍋爐輸入主指令16 AGC及協(xié)調(diào)控制在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法 協(xié)調(diào)控制的功能：- 接受中調(diào)或操作員指令；- 產(chǎn)生控制系統(tǒng)可以接受的負(fù)荷指令；- 平衡汽機(jī)和鍋

9、爐側(cè)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)；- 各種運(yùn)行方式的合理切換；- 參與電網(wǎng)調(diào)頻的功能；- 加快機(jī)組對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)；- 輔機(jī)故障狀態(tài)下的減負(fù)荷控制；17B.超臨界.直流爐系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制： 圖1：單元主控框圖18AGC裝置DCS系統(tǒng) AGC-DCS之間的信號(hào)連接19 C. 鍋爐動(dòng)態(tài)加速信號(hào)（BIR）生成回路目 的：加速鍋爐對(duì)負(fù)荷指令的響應(yīng)速度；功 能：變負(fù)荷時(shí)具有強(qiáng)化微分環(huán)節(jié)的作 用，穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下，不發(fā)生作用； 指令種類： - 燃料BIR； - 通風(fēng)BIR； - 給水BIR； - 減溫噴水BIR等；20出力目標(biāo)值提前量提前量切除時(shí)刻切除時(shí)刻切除速率投入速率投入定時(shí)（TP1調(diào)整）投入定時(shí)（TP1調(diào)整）負(fù)荷指令出力

10、目標(biāo)BIRttBIR信號(hào)的設(shè)計(jì)思想21BIR生成程序框圖22 提高DCS系統(tǒng)控制器快速性的策略 采用新型強(qiáng)大功能的芯片 多CPU并行處理結(jié)構(gòu)，主頻500MHz， 提高軟件管理效率： 采用專用、高效、實(shí)時(shí)管理軟件 處理效率高，實(shí)時(shí)性好 內(nèi)存效率高，不產(chǎn)生內(nèi)存垃圾23提高DCS系統(tǒng)控制器可靠性的策略采用新型、大規(guī)模集成電路度芯片，減少或不用分立元件；控制器、IO模件板，全部低功耗設(shè)計(jì)，無需風(fēng)扇冷卻；采用專用、高效控制器軟件，提高可性；現(xiàn) 場 總 線：Profibus24新一代控制器特性型 號(hào)SM210處理器32 bit,新型低功耗、多CPU結(jié)構(gòu)芯片DRAM128 MBFLASH-ROM16 MB網(wǎng)

11、絡(luò)連接2100 Mbps主 頻500 MHZ控制周期20、50、100、200、250、500ms冗余方式熱運(yùn)行備份方式最小設(shè)定間隔10ms25現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP現(xiàn)場總餞；可連接站點(diǎn)數(shù)：126；支持的傳輸速率距離 ： 速率(kbps) : 9.6； 19.2； 31.25； 45.45； 93.75； 500； 距離 (km) : 1.2 ; 1.2 ; 1.2 ; 1.2 ; 0.6; 0.2 ; 26 高效、快速傳輸?shù)臋C(jī)組控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用國際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡(luò) 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.3協(xié)議-星形物理結(jié)構(gòu)，適合地理分散的要求；-采用高性能的交換機(jī)，實(shí)時(shí)性好；

12、-光纖，雙絞線介質(zhì)連接；集成化智能網(wǎng)絡(luò)芯片 集成化智能網(wǎng)絡(luò)芯片獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)處理器，與CPU處理器并行總線連 接，實(shí)現(xiàn)了快速數(shù)據(jù)交換； 全集成化網(wǎng)絡(luò)芯片，內(nèi)置控制器內(nèi)，可靠性好；全雙重化處理電路；27采用高性能交換機(jī)的Ethernet協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，傳輸處理的效率高，實(shí)時(shí)性好，使得不同控制子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)信息加快，協(xié)調(diào)周期縮短，有利于超臨界、直流爐的快速控制?？刂萍?jí)通訊網(wǎng)絡(luò)可靠性措施-CRC校驗(yàn)；-應(yīng)答校驗(yàn)；-網(wǎng)間冗余、備份；-分域分散，提高了可靠性；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性附后。28和利時(shí)DCS控制級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)特性速 率：2100 Mbps ，1000 Mbps規(guī) 約：IEEE 802.3（工業(yè)以太網(wǎng)）介 質(zhì)：光纖，雙絞線；掛 站 數(shù)：128/域；結(jié) 構(gòu) 形 式：交換機(jī)，星形連接；通 訊 方 式：1：N； 1：1 均可網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu)：雙重化冗余網(wǎng)29交換機(jī)總線頻寬 交換機(jī)內(nèi)部的不同端口之間，采用高速并行總線技術(shù)完成數(shù)據(jù)交換。并行總線頻寬，依照全部端口帶寬總和的二倍原則設(shè)置。即： 24個(gè)100M端口：241002.4 Gbps： 2個(gè)1G端口：21.0G2.0 Gbps； 2倍 總 和： 24.48.8 Gbps；30負(fù)荷量估算單站每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不會(huì)超過 20KB（相當(dāng)于10000個(gè)模擬量）