协调控制系统读书报告

协调控制系统读书报告课名：协调控制系统班级：2011034姓名：学号：一、 单元机组控制的特点和任务1、 单元机组负荷控制系统的任务接受电网调度的负荷指令和运行人员负荷指令，接受电网频率偏差信号电网频率偏差信号，使机组具有一定的调峰使机组具有一定的调峰、调频能力调频能力,尽快满足电网负荷的需求。协调锅炉协调锅炉、汽轮机之间的能量供求关系汽轮机之间的能量供求关系，使输入机组使输入机组的能量尽快与机组的功率相适应，维持主蒸汽压力稳定。协调机组各控制子系统协调机组各控制子系统，维持机组主要参数在允许范维持机组主要参数在允许范围内，保证机组安全、经济运行。2、 单元机组负荷控制的特点锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求的响应慢，所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾。二、 单元机组负荷控制系统基本组成单元机组负荷控制系统通常由负荷指令管理部分和机炉负荷控制部分组成。1、 负荷指令管理部分主要作用是对外部负荷请求指令进行选择，并根据机组主、辅机运行情况加以处理，使之转变为单元机组安全运行所能接受的实际负荷指令。2、 机炉负荷控制部分机炉负荷控制部分有两个主要作用，一是根据机组的运行条件及要求，选择合适的负荷控制方式；二是接受实际负荷指令、输出电功率、主蒸汽压力给定值和主蒸汽压力信号，并根据选择的负荷控制方式，对输出电功率和主蒸汽压力进行相应的控制运算，分别产生汽机主控指令和锅炉主控指令，这些指令作为协调机炉动作的控制信号分别送汽轮机和锅炉控制系统。三、 单元机组负荷控制对象动态特性从机组负荷控制系统角度来看，被控对象包括：汽轮机控制系统、锅炉控制系统、单元机组。1、 单元机组控制对象的特点单元机组是一个典型的多输入、多输出、相互耦合的复杂被控对象复杂被控对象；负荷变化过程中，锅炉具有延迟和较大的惯性，而汽轮发电机的惯性较小。2、 单元机组动态特性锅炉燃烧率|JB(及相应的给水流量)扰动下主蒸汽压力pT和输出电功率PE的动态特性加扰动卜的PE和pT的动态特性可用高阶惯性环节的传递函数来描述。根据阶跃响应曲线的特征参数，可以求得相应的传递函数：Gp"s)=P"s)/伽(s)、Gp"s)=Pt(s)"b(s)汽轮机调门开|JT扰动下主蒸汽压力pT和输出电功率PE的动态特性机组增加负荷时，初始阶段所需的蒸汽量主要是由锅炉释放蓄热量而产生的。然而，随着汽轮机容量的日益增大，锅炉蓄热量越来越小，单元机组负荷适应能力与保持汽压不变之间的矛盾越来越突出。根据阶跃响应曲线的特征参数，可以求得相应的传递函数：GpB(s)=Pe(s)"b(s)、GpB(s)=Py(s)/fJ，B(S)o3、 负荷控制系统被控对象的特点当汽轮机调门开度动作时，被调量PE和pT的响应都很快即热惯性小：当锅炉燃烧率改变时，PE和pT的响应都很慢，即热惯性大，一快一慢就是机炉对象动态特性方面存在的较大差异。4、负荷控制系统被控对象动态特性把汽轮机、锅炉控制系统包括在负荷控制对象之内，就构成了负荷控制系统的被控对象。其控制输入量为锅炉主控指令MB和汽轮机主控指令ML对于锅炉侧，由于各控制系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，可假设它们配合协调，能及时跟随锅炉指令MB,接近理想随动系统特性接近理想随动系统特性，有有”b=MB。对于汽轮对于汽轮机机侧侧，如果汽轮机控制系统采用纯液压调速系统如果汽轮机控制系统采用纯液压调速系统，则汽则汽轮机指令MT就是调门开度，有弘r=MT四、 负荷控制的基本原则及方案1、 负荷控制的基本原则为了提高负荷响应性能，可在保证机组安全运行（即汽压在允许范围内变化）前提下，充分利用机组的蓄热能力，也就是在负荷变动时，通过汽轮机调门的适当动作，允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄能，可加快机组初期负荷的响应速度。与此同时，加强对锅炉侧燃烧率（及相应的给水流量）的调节，使锅炉功率尽快跟上电网负荷要求。2、 负荷控制的基本方案一个以前馈一一反馈控制为主的多变量协调控制方案。其中，反馈控制是负荷控制的基础，通过它来确定机组内、外两个能量供求平衡关系，以及实现各种负荷控制方式的选择切换。前馈控制主要是为了补偿机组的动态延迟，加快负荷的响应，同时也为了保证有关运行参数的稳定值与指令一致。以及动态变化值始终在其稳态值附近。一般，负荷控制系统还包括非线性的控制元件，其作用大多为保证充分利用储能能力，并使汽压不超出允许范围五、 负荷控制方式负荷控制方式可分为两类：机炉分别控制方式和机炉协调控制方式。1、机炉分别控制方式锅炉跟随负荷控制方式，简称锅炉跟随方式；汽轮机跟随负荷控制方式，简称为汽机跟随方式。（1） 锅炉跟随方式基本工作原理：由汽轮机调节机组的输出电功率、锅炉调节汽压。锅炉跟随方式特点：当负荷指令（功率给定值）改变时，由于利用了锅炉的蓄热能力，具有较好的负荷适应性，对机组调峰调频有利，但汽压波动较大；当有内扰（燃烧率扰动）时，汽压波动较大。一般可用于储热能力相对较大的中、小型汽包锅炉机组、母管制运行机组，大型单元机组尤其是直流锅炉机组不能采用这种控制方式在单元机组中，当锅炉设备运行正确,机组的输出电功率因汽轮机设备上的原因而受到限制时，可采用锅炉跟随方式。（2） 汽机跟随方式基本工作原理：由锅炉调节机组的输出电功率、汽轮机调节汽压。汽机跟随方式的特点：汽压波动小。但由于没有利用锅炉的蓄热能力，而只有当锅炉的燃烧率改变之后，主蒸汽压力变化时，才改变机组的输出电功率，有较大的迟延，因此适应负荷变化能力差，不利于带变动负荷和参加电网调频。这种控制方式适用于带基本负荷的单元机组或当机组刚投入运行时，采用这种控制方式保持机组有较稳定的汽压，为机组稳定运行创造条件。当单元机组中汽轮机设备运行正常，机组的输出电功率因锅炉部分设备工作异常而受到限制时，可采用汽轮机跟随方式。（3）其它方式后备手动方式：在某些特殊的运行条件下，机炉主控制系统需部分或全部地切除自动控制，转为手动操作，因此需要一些特殊地分别控制方式，即后备手动方式。不带功率控制的锅炉跟随方式和汽轮机跟随方式：在单元机组的启动和停止阶段，以及在锅炉和汽轮机设备存在问题而不能承担输出电功率自动控制的任务时，要将输出电功率自动控制作用切除，转为操作员手动操作。对于锅炉跟随方式，汽轮机主控制器切为手动状态，由操作员手动改变汽轮机主控制指令，调节机组的输出电功率，而汽压仍由锅炉侧进行自动控制。对于汽轮机跟随方式，锅炉主控制器切为手动状态，由操作员手动改变锅炉主控制指令，调节机组的输出电功率，而汽压仍由汽轮机侧进行自动控制。基础控制方式：在单元机组的启动和停止阶段，有时对输出电功率和汽压的控制都需切除自动控制,转为手动操作控制。这时，机、炉的主控制指令都由操作员手动改变，负荷自动控制系统相当于被切除。机、炉的子控制系统各自分别维持本身运行参数的稳定而不再参与机组输出电功率和汽压的自动控制，这种控制方式称为基础控制方式。2、机炉协调控制方式常见的机炉协调控制方式有三种：以锅炉跟随为基础的协调控制方式、以汽轮机跟随为基础的协调控制方式和综合型协调控制方式（1） 以锅炉跟随为基础的协调控制方式工作原理：给汽轮机调节汽门开度信号（汽轮机主调节器PIT的输出）设置一个限制环节，在动态过程中，当汽压偏差在死区非线性环节的不灵敏区范困内时，对MT（汽机的主控制指令）无影响，当汽压偏差在灵敏区范闱内时，将经非线性环节限制MT,从而限制汽轮机调门开度进一步变化，达到限制汽压偏差的目的。这种控制方式是在锅炉跟随方式的基础上改进形成的。由于机、炉在共同保持汽压过程中采取了协调的控制动作，因此，称这种控制方式为以锅炉跟随为基础的协调控制方式。特点：从汽压偏差对汽轮机调门的限制作用可见，尽管这样可使汽压波动不超过允许范I韦I，但同时也减慢了输出电功率的响应速度，实质上是以降低输出电功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高。在此意义上，协调控制的结果是兼顾电功率和汽压两方面的控制质量。（2） 以汽轮机跟随为基础的协调控制方式工作原理：在汽轮机跟随方式的基础上，允许主蒸汽压力在一定范围内变化，构成以汽轮机跟随为基础的协调控制方式。由于机组功率对汽机侧调节作用的响应迅速，当负荷要求变化时，本系统通过改变汽轮机调节阀开度机调节阀开度，充分利用机组充分利用机组蓄能，就可以得到机组功率的快速响应。特点：实质上是以降低输出电功率响应性能作为代价来换取汽压控制质量的提高控制质量的提高。（3） 综合型协调控制方式工作原理：当负荷指令NO改变时，机、炉调节器PIT和PIB同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，并行地改变锅炉的燃烧率（及相应的给水流量）和汽轮机调门开度。同时为了使主汽压的变化幅度不致太大，还根据汽压PT偏离给定值P0的情况适当地限制汽轮机调门开度的变化，并适当地加强锅炉燃烧率的控制作用。当调节结束后，机炉主控制器共同保证输出电功率NE与负荷指令NO一致，汽压PT恢复为给定值POo特点：综合型协调控制方式通过“双向”的机炉协调操作，具有较好的负荷适应性能和汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式。3、 负荷控制效果分析协调控制方式的控制效果介于锅炉跟随和汽轮机跟随两种控制方式之间，它使输出电功率和气压两个被控量的控制质量得到兼顾。4、 负荷控制方式实现通常，在设计主控制系统时，主控制器应具有多种控制策略，能够实现多种负荷控制方式，以适应不同的运行条件及要求。负荷控制方式的选择或切换可通过手动或自动来实现。尤其是当锅炉或汽机发生故障时，主控制器会自动无扰动地切换控制方式。六、负荷前馈控制1、 负荷前馈控制的作用补偿被控对象（主要是锅炉侧）动态特性的迟延和惯性，加快负荷响应。将前馈信号作为机、炉主控制指令的基本组成部分，以保证机组的输入能量与能量需求基本一致,在变负荷控制过程中起“粗调”作用。2、 负荷前馈控制的特点负荷前馈控制的重点是锅炉侧。为了补偿锅炉侧的动态退延和惯性，前馈控制作用中除了比例（P）作用（静态前馈）以外，还包括微分（D）作用（动态前馈），它起超前控制作用，加速锅炉的负荷响应。对于汽轮机侧，采用前馈控制，主要是要求汽轮机的调门开度或汽轮机负荷与负荷指令保持一致。因此，通常只采用静态前馈控制，这样，如果一旦单元机组与电网突然解列，可迅速切除负荷指令，使调门立即关小，防止过分超速。3、 锅炉侧的前馈控制信号来源一种是负荷指令信号；另一种是蒸汽流量信号。两种信号性质不同，前者为电网对机组的负荷要求；后者为汽轮机对锅炉的负荷要求。无论哪种信号，都代表了对锅炉的能量要求。通过前馈控制，锅炉的输入能量与能量要求随时保持平衡。4、 按负荷指令进行的前馈控制特点当负荷指令改变时，通过前馈控制器（P）立即改变汽轮机主控指令MT,使汽轮机调门开度（或汽轮机功率）作相应改变。同时，通过前馈控制器（PD）立即改变锅炉主控指令MB,使燃烧率相应改变。微分（D）控制作用使燃烧率动态超前动作，加速锅炉的负荷响应。前馈控制还使MB和MT始终与负荷指令保持一致。通常，在前馈“粗调”的基础上，反馈控制只需对偏差稍加校正（“细调”），即可■使系统趋于稳定。一定程度上克服了反馈控制需待偏差产生后才发出控制作用的缺点，使负荷控制质量大为提高。5、 按蒸汽流量进行的前馈控制特点能量平衡信号：汽轮机对锅炉的能量要求信号。直接能量平衡协调控制方式：用能量平衡信号作为锅炉主控制器前馈信号的控制方式。为了克服正反馈作用，即应以蒸汽流量的需求（称为目标蒸汽流量）而不是实际蒸汽流量作为对锅炉的前馈控制信号。为此，必须进行修正，以形成目标蒸汽流量信号。对调节级压力P1信号修正方法：压力比修正和压力差修正。（1） 具有压力比修正的能量平衡信号能量平衡信号：P】*Po/Pt。能量平衡信号准确地代表了汽轮机的能量要求。调节级汽压Pi与主汽压之比精确地表示汽轮机调门的有效通流面积或开度，即p=f（Pl/4）。如果P。不是常数（滑压运行），采用PgPt作为汽轮机的能量需求信号。能量平衡信号也可克服动态过程的正反馈作用。在稳态时，因Pt=Po,故，目标蒸汽流量等于实际蒸汽能量。（2） 具有压力差修正的能量平衡信号能量平衡信号为：引1+K（R—耳）］,其中RK（R-耳）为压力差修正项。稳态时Pr=P。，能量平衡信号以1+K网—玲）］=耳，即能量需求等于汽轮机实际消耗的能量，或可称目标蒸汽流量等于实际蒸汽流量。无论是动态还是稳态，能量平衡信号PJ1+K（可-玲）］都能较准确地代表汽轮机的能量需求。具有压力差修正的能量平衡信号。七、 反馈控制的作用反馈控制是负荷控制的基础，通过它来确保机组内、外两个能量的供求平衡关系，以及实现各种负荷控制方式的选择切换。机炉负荷控制部分通常能够实现多种负荷控制方式，以适应不同运行条件及要求。负荷控制方式的选择或切换可通过手动或自动来实现。不同的负荷控制方式对应不同的反馈控制结构，可通过改变反馈控制结构来实现不同的负荷控制方式。在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，确保被控变量趋于给定值，即“细调”。八、 多变量系统的解耦控制由于协调控制系统是一个典型的多输入多输出系统，为了消除耦合作用对整个系统控制效果的影响，根据多变量过程控制系统解耦理论，首先要对控制系统进行解耦。解耦控制即通过解耦环节，使存在耦合的被控过程的每个控制变量的变化只影响与其配对的被控参数，而不影响其他控制回路的被控参数。可把多变量耦合控制系统分解为若干相互独立的单变量控制系统。1、 实现复杂过程的解耦三个层次的办法（1） 突出主要被控参数，忽略次要被控参数，将过程简化为单参数过程。（2） 寻求输出输入间的最佳匹配，选择因果关系最强的输入输出，逐对构成各个控制通道，弱化各控制通道之间即变量之间的耦合；（3） 设计一个解耦补偿器GP（s）实现解耦控制。2、 解耦环节经常采用的设计方法前馈补偿解耦法、对角矩阵解耦法、单位矩阵解耦法。（1） 前馈补偿解耦法前馈补偿解耦的基本思想是将ul对y2的影响