汽包锅炉给水串级三冲量控制系统

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1、万方数据第1期(总第158期)2010年2月机械工程与自动化MECHANICALENGINEERlNG&AUTOMATIONNo．1Feb．文章编号：1672—6413(2010)01—0155-03汽包锅炉给水串级三冲量控制系统李晓燕1，孙建平1，李伟2，王立军1，韩猛3(1．华北电力大学自动化系，河北保定071003，2．华能玉环电厂，浙江台州317600，3．国华三河电厂．河北廊坊065200)摘要：主要介绍了锅炉串级三冲量控制系统的结构、工作原理及其控制器的整定方法，并针对此控制系统的特点对其

2、进行了仿真试验。仿真模拟结果说明，串级三冲量给水控制系统可以及时消除负荷(蒸汽量)变化和给水流量的干扰，具有较高的调节质量和调节精度，能够保障机组的安全稳定运行。关键词：锅炉给水I三冲量控制系统；MATLAB仿真中圈分类号：TK22：TP273文献标识码：A0引言锅炉是火电厂的主要设备之一，汽包锅炉的控制任务是：使供给汽轮机及其他设备的蒸汽的参数值(压力、温度等)符合一定的要求；维持汽包水位在允许的范围内；保证燃料的经济性和维持一定的炉膛负压，使设备安全、经济地运行。现今火电厂大型单元机组中，锅炉的类

3、型有自然循环汽包炉、多次循环强制汽包炉、低循环倍率炉和强制循环纯直流炉。300Mw以下的单元机组多采用汽包炉；300MW---600Mw亚临界压力机组，国内采用较多的是低循环倍率炉和强制循环汽包炉；超临界压力机组均采用直流锅炉。不论采用哪种类型的锅炉，在给水、汽温、燃烧控制的基本方案设计中，它们很多是相同或相近的。1串级三冲量给水控制系统对于给水控制通道迟延和惯性较大的锅炉，采用串级控制系统。其控制质量较好，调试整定也比较方便，因此，在大型汽包锅炉上可采用串级三冲量给水控制系统。1．1系统的结构和工作

4、原理串级三冲量给水控制系统示意见图1。这是一个有前馈补偿的串级控制系统。系统接收3个信号：即水位H、蒸汽流量D和给水流量Ⅳ。水位H是系统的被控量信号，作用于主控制器入口，用以见证水位的最终偏差，使其等于定值。相对于给水流量Ⅳ而言，收稿日期：2009—03—23；修回日期：2009—10-12作者简介：李晓燕(1985一)，女，河北石家庄人，在读硬士研究生．当水位H上升时要减小给水流量Ⅳ；当日下降时，应增大给水流量Ⅳ，两信号作用方向相反，所以在主控制器PI。入口处用负极性来表示。过热器给水雷道图1串级三

5、冲量给水控制系统示意图蒸汽负荷信号D是系统的前馈信号，作用于副控制器PI。入口，形成前馈控制通道，其主要作用是为了克服虚假水位现象，尽量减小控制过程中的水位动态偏差。相对于控制变量Ⅳ而言，当D增加时，为了使水位日不变，应使给水流量彬也增大；反之亦然。故在副控制器入口处，D信号是正极性的。给水流量信号形位于内回路闭环之内，是反馈信号，该信号的主要作用在于快速平衡来自给水侧的内万方数据·156·机械工程与自动化2010年第1期部扰动，在副控制器入口的极性应为负极性。给水控制的任务由两个控制器来完成，主控制

6、器采取PI控制规律，以保证水位无静态偏差，主控制器的输出信号和给水流量、蒸汽流量信号都作用到副控制器；一般由副控制器采用比例规律，以保证内回路的快速性。副控制器的任务是消除因给水压力波动等因素引起的给水流量的自发扰动及当蒸汽负荷改变时迅速控制给水流量，以保持给水流量和蒸汽流量的平衡；主控制器的任务是校正水位偏差。1．2系统主、副控制器参数的分析和整定串级三冲量给水控制系统原理图见图2。图中WoⅣ(s)为对象控制通道传递函数；WoD(s)为对象负荷通道传递函数；眠。0)为副控制器传递函数；肌。(s)为主

7、控制器传递函数；彬胛(s)、W。D(5)分别为给水流量反馈装置和蒸汽流量前馈装置的传递函数；Kr为执行机构的传递函数，通常是常数；‰为水位H的设定值；yH、‰、yD分别为H、Ⅳ、D信号的测量单元传递函数，通常是常数；W。、W：分别为给水流量信号的输出信号和扰动信号；可D、口Ⅳ、口Ⅳ分别为D、w、H信号的反馈和前馈信号。图2串级三冲量给水控制系统原理图系统中存在两个闭环和一个开环。外回路的作用是最终校正水位偏差；内回路的作用在于快速平衡来自给水方面的内扰；前馈回路的作用在于克服虚假水位现象，减小控制过程

8、中水位的动态偏差。其中控制对象的传递函数为：‰∽一器=面高。⋯⋯⋯⋯(1)Ⅳ舶)=器一志一÷。⋯⋯(2)式中：f——时间常数；e——不考虑水面下汽泡体积变化，只考虑物质不平衡时的水位反应曲线的响应速度；丁z——不考虑物质不平衡关系，只考虑给水流量变化使水面下汽泡的体积变化所引起的水位变化的时间常数，约为10s～20s；忌z——不考虑物质不平衡关系，只考虑给水流量变化使水面下汽泡的体积变化，从而引起的水位变化的放大系数。串级三冲量给水控制系统的整定首先整定