增量式函数观测器在W形火焰直流锅炉汽温控制中的应用

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1、第34卷第2期华电技术Vo1．34No．22012年2月HuadianTechnologyFeb．2012增量式函数观测器在W形火焰直流锅炉汽温控制中的应用兰立刚，郭同书，马睿‘，刘明礼，朱能飞(1．[~Jll省电力工业调整试验所，四川成都610072；2．国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210031)摘要：针对w形火焰超临界直流锅炉过热蒸汽温度与煤水比控制耦合性强、炉膛温度过高易结焦、过热汽温控制对象迟延时间和惯性时间长等特点，在华电四川珙县电厂2×600MW机组过热汽温串级PID控制系统中加入增量式函数观测器状态反馈控

2、制。实际调试及应用表明，过热汽温动态特性明显改善，变工况时过热汽温偏差控制在允许范围之内。方案具有较强的实用性，为超临界机组的控制提供了参考和借鉴。关键词：w形火焰；超I临界直流锅炉；过热汽温；增量式函数观测器；状态反馈中图分类号：TK229．54文献标志码：B文章编号：1674—1951(2012)02—0065—03器超温或汽温偏差大等问题¨。O引言1．2过热汽温对象动态特性目前，国内大型火电机组的过热汽温和再热汽在一般情况下，锅炉主蒸汽温度长期偏差不允温控制仍采用常规的串级控制系统，而单元机组的许超过±5oC，这便对汽温

3、控制系统提出了较高的各级汽温对象的惯性时间和迟延一般都比较大，喷要求。被控对象在调节作用下的滞后时间和时问常水阀存在严重的非线性。当机组工况发生变化或机数太大，采用常规调节器无法取得较好效果。从电组运行受到干扰时，汽温会偏离设定值较多，甚至频厂生产过程来看，影响汽温的主要因素是蒸汽流量繁超温导致锅炉爆管事故的发生，严重影响了火电g阳、受热面吸热量Q和减温喷水流量qvw。喷水减温机组的安全、经济运行。华电四川珙县电厂(以下是目前普遍使用的主蒸汽温度控制手段。简称珙县电厂)2×600MW机组是四JlI首台w形火汽温控制对象的数学模

4、型可表示为焰超临界直流锅炉，分散控制系统(DCS)采用国电G()：G。()G()：f、rl_nz_(1)1S十l，、T2S十l，南京自动化股份有限公司生产的TCS3000仪电式分散控制系统。在DCS组态中，1机组过热汽温式中：G1㈤==()为减温器传递控制策略采用传统串级PID调节，在机组变负荷及煤质变化时，主蒸汽温度常常大幅度偏离设定值，造函数，称为导前区对象传递函数；G(s)==成管壁超温。因此，在2机组调试过程中，一级、二级减温水控制在原有策略的基础上加入了增量式函f＼—2_l为过热器传递函数，称为惯性区对象传T28+1

5、，数观测器状态反馈控制。递函数；K，K2分别为G(s)和G(s)的静态放大系1汽温对象控制难点数；n，n：分别为G(s)和G(s)的指数常数；r。和r：分别为G(S)和G：(S)的时间常数，其数值均由1．1W形火焰直流锅炉的特点现场试验确定。本生直流锅炉控制技术的一个重要研究课题上述传递函数中的6个参数可通过减温器和过是：当负荷大于本生点之后，汽水分离器中便不再有热器的结构参数进行近似计算，也可通过减温水扰固定的汽水分离界线，此时过热蒸汽温度与煤、水比动试验求出。一般导前区的传递函数可以处理成一的控制具有很强的耦合性，给蒸汽温

6、度调节带来很阶环节。大干扰，采用常规控制方案难以保证调节品质。目过热器出口汽温0(主汽温，被控变量)和导前前，我国运行的w形火焰电站锅炉普遍存在着炉膛汽温0。(减温器后汽温)对减温水(控制量)的动态温度过高、炉膛结渣较严重、NO排放量过高、过热特性都是有滞后的，0。滞后较小，而0。滞后较大。对于大部分锅炉而言，汽温的响应时间t约为100S，收稿日期：2011—09—14滞后时间t为30—60S，为典型的大迟延、大惯性系·66·华电技术第34卷统，如果只根据汽温偏差进行调节很难满足要求J。计出来的温度值，采用状态反馈控制技术进行

7、调节，构成状态变量控制系统。2增量式函数观测器及状态反馈控制技术基于增量式函数观测器及状态反馈控制技术的2．1增量式函数观测器设计方案，把减温器出口温度偏差以及过热器出口文献[3]首次明确地提出了增量式函数观测器温度偏差作为增量式状态观测器的输入量，经过增IFO—KAx的概念，从基本定义出发，通过数学分析量式状态观测器得到状态反馈值。过热器出口汽温证明在不同的前提条件下，Luenberger函数观测器、偏差与惯性环节的输出相减后进人多阶惯性环节，全维状态观测器和增量式状态观测器均为增量式函对其输出值进行修正，使最终过热汽温偏差

8、与惯性数观测器的特例。同时，由于增量式函数观测器的环节的输出相等。最后由各个惯性环节的输出和减数学定义是建立在非线性受控系统基础上的，因此，温器出口温度偏差及过热器出口温度偏差相加后得其应用领域自然扩展到了非线性控制系统。文献到增量式状态观测器的状态反馈值，并将该值叠加[4]