200MW单元机组协调控制设计.doc

引 言 近年来，随着大型发电机组的的日益增多，大容量机组的汽机和锅炉都是采用单元制热力系统。机、电、炉控制设备都放在单元控制室中，可以说，单元制运行方式简化了热力系统，使蒸汽经过中间再热处理成为可能，提高了机组的热效率。随着电网容量的增大和对供电质量要求的提高，现代大型单元机组的负荷控制系统无一例外地采用了协调控制系统。单机元组是由发电机、汽轮机和锅炉组成，共同配合工作来适应电网的负荷要求，并且共同保持机组的稳定运行，不能将汽轮机和锅炉的负荷控制任务分割开来讨论。 大型的机组都是以锅炉、汽轮机组成单元机组方式运行，机、炉之间相互联系紧密，成为一个不可分割的整体，因此，必须将二者作为一个联合的条件对象进行控制，又由于外部负荷变化时，机、炉的动态响应特性差别比较大，控制系统应该考虑两者的特点做适当地分工协调，以提高机组适应负荷变化和保持内部能量平衡的能力，所以协调控制就成为必然的趋势，协调控制系统的控制策略设计直接决定了协调控制系统的调试及控制品质。 单元机组是一个复杂的多变量强耦合控制对象，存在着大滞后、多扰动、时变等特性。强烈的耦合给系统的控制带来较大的难度，一般通过设计补偿网络来消除和削弱这种相互的关联和耦合，把多变量控制问题转化为多个单变量控制问题来处理。但是在具体实现时，也会遇到许多的困难，很难做到理想的解耦。因此，有必要对解耦的理论方法加以必要的改进与简化。多变量频域理论中的串联补偿法就是一种合理的解耦方法，该方法通过补偿网络的串联，使等效对象成为对角阵实现了各被调量的单变量控制。在实际生产过程中，主要扰动常来自某一方面，对于这类生产过程被控对象，若采用单向解耦，不仅可以大量减少补偿装置，简化系统结构，同时也能取得更好的调节效果。因此，针对单元机组通过解耦设计来实现协调控制具有重要现实意义。 控制系统概述在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着重要的作用，目前已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其他民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术先进与否和企业现代化的重要标志。 1.1 热工过程自动控制的内容和分类 1.1.1 热工过程自动控制的内容 (1) 自动检测：自动地检测和测量反映生产过程进行情况的各项物理参数、化学量（如温度、压力、液位、化学成分等）及各项生产设备的工作状态参数，以监视生产过程的进行情况和趋势，称为自动检测。它所适用的检测设备有常规的模拟量仪表、巡回检测数字式仪表，还有计算机图象显示、自动记录、打印和警报装置。 (2) 顺序控制：按照预先拟订的顺序，有计划、有步骤、自动地对生产过程进行一系列的操作，称为顺序控制。顺序控制也称自动操作，又称程序控制，在发电厂中主要用于主机或辅机的自动启动和停止，以及辅助系统的程序控制。如汽轮机的自动启停程序控制和磨煤机自动启停程序控制，定期排污和定期吹灰的程序控制等。 (3) 自动保护：在发生事故时，自动采取保护措施，以防止事故进一步扩大或保护生产设备使之不受严重破坏，称为自动保护。如汽轮机的超速保护，发电设备的过电压、过电流保护以及锅炉的超压保护等。 (4) 自动调节：自动地维持生产过程在规定的工况下运行，或者说自动地维持各被调量为设定参数值或按一定规律变化。 生产过程中必须保证产品满足一定的数量和质量要求，同时也要保证生产的安全和经济，这就要求生产过程在预期的工况下进行。但是，生产过程往往受到各种扰动而偏离正常工况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行。更为严重的是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计自动控制系统时，考虑各种可能发生的故障，并加以自动保护。因此，现代的自动控制系统往往包含自动保护、自动检测、自动报警、顺序控制等内容。有时，它们有机地组合成一个不可分割的整体，以确保控制系统的安全可靠。 1.1.2 自动控制系统的组成 把工业生产过程中的温度、压力、液位、浓度等状态参数作为被控参数的控制系统叫过程控制系统。 为了了解自动控制系统组成的一般概念，首先以人工控制锅炉汽包水位为例，来分析完成一个控制任务，需要哪些功能以及这些功能在自动控制系统中又是如何实现的。 为了保证锅炉的安全运行，操作人员应该设法使汽包中的水位稳定在一定的范围内。某些因素的干扰使汽包水位发生变化时，运行人员的手动干预过程如下（如图1-1所示）。