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1、直接能量平衡协调控制系统特性分析第23卷第4期2007年9月电力科学与工程ElectricPowerScienceandEngineeringV101.23.NO.4SCp.,2007直接能量平衡协调控制系统特性分析支保峰，杨建蒙,鲁许鳌，李洋(华北电力大学能源与动力工程学院，河北保定071003)摘要:直接能量平衡(DirectEnergyBalance,DEB)协调控制系统在工程领域得到了广泛的应用.本文对直接能量平衡协调控制系统进行了简单分析，并在Simulink平台上针对某600MW机组
2、建立了DEB协调控制系统仿真模型，对仿真结果进行了分析.关键词:协调控制系统;直接能量平衡;能量信号中图分类号:T91.2文献标识码:A0引言单元机组协调控制系统(CCCoordinatedControlSistem)按能量平衡方式可以分为肓接能量平衡(DEB)和间接能量平衡系统(IEB)两大类.通过控制一些间接参数维持整个机组的能量平衡关系的，称为间接能量平衡系统(IEB);而通过构造岀能量平衡信号，并依此控制的能量输入系统的，称为直接能量平衡系统(DEB).汽包锅炉单元机组和直流炉都可以简化
3、为一个具有双输入双输出的控制对象，如图1所示.图中，机组的输出功率N和机前压力P,为被控量，汽门调节阀开度和燃料量B为控制量.W//!/!.1模型图1单元机组简化模型1.1燃料动态模型燃料动态模型对应图2.它由三部分组成，燃料系统惯性时间常数，燃料系统纯延迟时间，水冷壁惯性时间常数.缺省参数分别为30s,40s,50s.图2燃料动态模型1.2锅炉核心模型锅炉核心模型如图3•各组态的参数主要包括:K1,K2,K3,K4,K5,K6,汽包压力积分器初值，主蒸汽压力积分器初值.图3锅炉核心模型为了建立
4、上述仿真动态模型，需要确定以下几个参数:K】代表了锅炉汽包的蓄热系数,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热系数,K为锅炉总有效吸热量的标定系数,K为主蒸汽流量与对应发热量Z间的标定系数,K为主蒸汽流量标定系数.在确定这些模型之前，需要获得机组的额定收稿日期:2007—06—21.作者简介:支保峰,（1980一）男,华北电力大学能源与动力工程学院硕士研究生.第4期支保峰，等直接能量平衡协调控制系统特性分析与仿真研究参数，假设机组汽包压力的额定参数为Pde，主蒸汽压力的额定参数
5、为P,主蒸汽流量的额定参数为D.汽包压力的额定参数设置为汽包压力积分器的初值，主蒸汽压力的额定参数设置为主蒸汽压力积分器的初始值•假设燃料指令B和汽轮机阀门开度均已标么化，则B和可以表述为B和.则有：K=Dte/{2~/Pbe—P=Dke(l)对上式进行标么化处理，K,—:二:二二二一⑵‘/(Pae一P)/P一为了使得加法器1的入口平衡，则必须满足K413=JPbe—PtK2(3)为了使得加法器3的入口平衡，必须满足PtK5=-/Pbe—PtK2(4)为得到KI,K3,需要在保持燃烧率不变的前提
6、下，作阀门开度扰动试验•此时虽然主蒸汽流量和汽包压力都在变,但是热量信号不应改变•汽包蓄热系数可通过下列方程式得到：f[D(£)一D(O)]dtP丽bOPbt厂(5)()-(1)量纲为g/(h?Pa).上式求岀的蓄热系数是具有工程量纲意义上的数.要将上式求出的蓄热系数转换为数学模型中的K1,K2-般地，Cb=C5/K6(6)为蓄热时间常数，工程单位为S.上述方法求出的是整个锅炉的蓄热系数，而本节所描述的协调控制系统是需要将汽包的蓄热同主蒸汽管道的蓄热分开的.理论分析和工程实践己证明，汽包的蓄热系
7、数通常占90%,而主汽管道的蓄热系数通常只占10%.那么就有：cb=Kl十K2而K1约为90%Cb,K2约为10%■1.3仿真参数木设计以某电厂1#机组为仿真对象•该机组为引进技术国内制造的600MW直吹式制粉系统的强制循环汽包炉，计算得出:K二101.877,K2=3.5,K4=4.167,K5=0.23812,K1=90.0,K3=5.0.Kl和K3为汽包和主蒸汽管道的蓄热系数・K2,K4,K5,K6为模型内部系数.汽机阀门惯性时间常数为10s,磨煤机时间常数为30s,纯延迟时间为40s,水
8、冷壁惯性时间为50s,如图4为仿真系统的结构图.图4DEB协调控制系统仿真结构图假设控制系统初始参数为:锅炉侧PID调节器比例增益为0.075,积分增益为0.00000000026,微分增益为0;汽机侧主PID调节器的比例增益为1.00,积分增益为0,微分增益为0•汽机侧副PID调节器的比例增益为0.01,积分增益为0.0002,微分增益为0•假设负荷速率限制在15Mw/min.汽机阀位非线性特性有三个特性:模拟幅值限制特性，速率限制特性以及滞环特性.如果蓄热系数设置的较人，即远超岀锅炉实际的蓄
