单元机组协调控制系统-毕业设计论文

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引 言

单元机组协调控制系统是大型火力发电机组的主要控制系统之一，是实现整个电网调度自动化的基础条件。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。因此采用解耦理论对单元机组协调控制系统进行分析和设计

【3】

是一个很重要的方向。

由于高参数，大容量机组的迅速发展，装机容量也日益增多，因此对机组的自动化需求也日益提高。与其他工业生产过程相比，电力生产过程更加要求保持生产的连续性，高度的安全性和经济性。单元机组协调控制系统已成为大型单元机组普遍采用的一种控制系统，该系统把自动调节、逻辑控制、安全保护、监督管理融为一体，具有功能完善、技术先进、可靠性高等特点。在工程应用中，单元机组协调控制系统是在常规机炉局部控制系统基础上发展起来的新型控制系统。单元机组在处理负荷要求并同时维持机组主要运行参数的稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待的，必须要考虑协调控制，共同响应外界负荷的需求。它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。目前新投产项目中国产机组所占比例越来越高，研究国产燃煤单元机组的生产特性，对于实现机组的协调控制，以及机组的安全、稳定、经济运行意义重大。

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第一章 火电厂燃煤机组简介

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1.1 火电厂锅炉

锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。

锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

1.1.1 锅炉概述

18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。19世纪中叶，出现了水管锅炉，这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。

二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。

以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉，40年代开始应用辅助循环锅炉。辅助循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有锅筒，给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。

第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求

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高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。

在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)。

早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。早期炉膛低矮，燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用，将炉膛造高，并采用炉拱和二次风，从而提高了燃烧效率。

发电机组功率超过6兆瓦时，以上这些层燃炉的炉排尺寸太大，结构复杂，不易布置，所以20年代开始使用室燃炉，室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧，发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起，电站锅炉几乎全部采用室燃炉。

早年制造的煤粉炉采用了U形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降，再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器，火焰在炉膛中形成L形火炬。随着锅炉容量增大，旋流式燃烧器的数目也开始增加，可以布置在两侧墙，也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。

第二次世界大战后，石油价廉，许多国家开始广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后，许多国家又重新转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大，要求燃烧设备不仅能燃烧完全，着火稳定，运行可靠，低负荷性能好，还必须减少排烟中的污染物质。在燃煤(特别是燃褐煤)的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术，即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧，或把燃烧器分散开来抑制炉温，不但可抑制氮氧化物生成，还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧，除可燃用灰分十分高的固体燃料外，还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。

1.1.2 锅炉的工作原理

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锅炉把从外部送进来的给水在加热器中加热到一定温度后，经给水管道进入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器，继续吸热成为450℃的过热蒸汽，然后送往汽轮机。

在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。煤粉在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。

1.1.3 锅炉的结构

锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。

炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。

炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。

锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。

锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。

锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件；中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等

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进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。

锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率，降低锅炉和电站的单位功率的设备造价，提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平，发展更多锅炉品种以适应不同的燃料，提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性，减少对环境的污染。

1.2 国内锅炉的发展

据了解，国产300MW发电机组所配置锅炉主要有三种基本形式：UP型直流炉、自然循环汽包炉和控制循环锅炉。主要制造厂有上海锅炉厂、东方锅炉厂、哈尔滨锅炉厂和北京锅炉厂等。

20世纪70年代初，上海锅炉厂自行设计和制造了国内第一台1000T/H双炉膛亚临界压力UP型直流炉。第一代1000T/H直流炉共生产10台，相继在河南平顶山姚孟电厂、华东望亭电厂、江苏谏壁电厂、安徽洛河电厂等安装投运。到80年代中期，上海锅炉厂针对1000T/H锅炉双炉膛容积热负荷高、膨胀不均匀、炉墙振动、受热面磨损、水平烟道结灰以及排烟温度过高等问题，在原设计、制造、运行等积累的经验基础上，借鉴了美国CE燃烧工程公司引进的锅炉专利技术，设计制造了第二代国产改进型1025T/H单炉膛亚临界压力UP型直流炉。

东方锅炉厂从80年代初率先开始设计亚临界压力自然循环汽包炉，1985年首台在山东邹县电厂投入运行，目前已成为国产300MW机组配套的主要炉型之一。

按美国GE公司引进技术制造的国产控制循环锅炉，第一台由上海锅炉厂制造，于1987年在山东石横电厂投入生产。由于这种机组相当于国际80年代初的先进水平，因此在逐步提高其国产化率的基础上，已成为我国发展300MW发电机组的另一种主要炉型。目前，上海、东方、哈尔滨等制造厂均已具备了制造该型机组的能力，并进一步进行了优化设计，锅炉的热效率可达到90%以上，在国际上也有一定的竞争力。

1.3 火电厂汽轮机

1.3.1 汽轮机概述

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萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利。萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的。

纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤

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第三章 单元机组动态数学模型分析【3】

单元机组协调控制系统是一个多变量控制系统。是在单独的锅炉控制系统和汽轮机控制系统的基础上发展起来的。系统的设计是从机炉整体能量平衡的目标出发，通过选取合理的控制信号，采用前馈，反馈，动态补偿等控制策略，实现机组协调控制目标。

直接按照多变量控制系统分析和设计理论进行单元机组协调控制系统的设计，目前还处于研究之中，虽然在多变量时域和频域的控制理论已建立了一系列分析与设计，并可以借助于计算机进行辅助分析与设计，但是，在工程实际应用中，这些理论和方法还有着许多困难，因而使得这些理论方法还难以达到普遍应用研究的水平。

多变量控制解耦理论与方法是一种有效的解决多变量控制问题的技术。针对多变量系统受控对象各输入与输出之间存在着关联与耦合这一基本特征，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。这种理论和方法物理概念清晰，使用的数学工具较少，与单变量控制理论紧密衔接，便于工程技术人员掌握，因而，在工业过程中应用比较广泛。

3.1 单元机组动态数学模型

大型单元机组控制系统是一种多变量复杂控制系统，滞后大，受控过程是一个多输入多输出过程。在输入和输出之间存在着交叉的关联和耦合。只有通过合理的简化与近似处理，采用理论建模或实验的方法，才能建立起满足一定精度要求的动态特性数学模型。汽包锅炉单元机组可简化为一个具有双输入双输出的被控对象,如图3-1所示。

图3-1 单元机组受控对象数学模型

图3-1中，机组的输出功率N和机前压力PT为被控量；主汽门调节阀开度μ和燃料量B为控制量。GN?和GNB分别为发电机实发功率对开度和燃料量的传递函数；

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GP?和GPB分别为机前压力对开度和燃料量的传递函数。这种合理简化的前提是：

1）送风量与燃料量相适应，保持燃烧稳定； 2）引风量与送风量相适应，保持炉膛压力；

3）给水量通过保持汽包水位进行控制，使给水流量与蒸汽流量相平衡； 4）主蒸汽温度控制相对独立。 根据上述分析，进一步假定：

1）考虑单元机组在额定工况下的小扰动特性，即作为线性系统处理； 2）把分布的传热过程，分布的管道阻力视为集中传热，集中管道阻力，即作为集中参数系统处理。

在此基本假设条件下，单元机组受控过程动态特性可由式（3-1）表示的线性常系数多变量传递函数描述。

Y(S)=G(S)·U(S) （3-1） 式中，Y、U分别为被控量和控制量矢量，G(s)是系统的传递函数矩阵。

对于图3-1所示的单元机组受控对象，有

??PT(s)?Y(s)?????N(s)???B(s)?U(s)??????(s)??GPB(s)GP?(s)?G(s)???G(s)G(s) (3-2) N??NB?建立单元机组动态特性数学模型在于求取G（s）各元素的传递函数表达式。在以上分析假设条件下，采用一种简化的机理分析方法，建立单元机组动态数学模型。

首先，将汽包锅炉单元机组划分为炉、锅、机三大部分。把整个机组的能量转换与传热过程划分为炉内燃烧与传热、管道传递、汽轮机做功三段过程处理。在此基础上列写各段过程的物质平衡、能量平衡和动量平衡方程式。最后联立求解，就可得到得到整个机组的动态特性数学模型。

3.2 单元机组动态特性

【3】

3.2.1 单元机组动态特性分析

单元机组简化的动态响应方框图，如图3-2所示。

由图3-2可方便地得出单元机组输入阶跃扰动下的输出响应曲线，如图3-3所示。图中，扰动量分别为燃料量△B和调节汽门开度△μ,机前压力△PT和实发功率△N为输出量。

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图3-2 单元机组简化动态响应框图

图3-3 单元机组（汽包锅炉）动态特性曲线

1．调门开度μ扰动下主蒸汽压力PT和输出功率N的动态特性如下：当锅炉燃烧率B保持不变 ，而μ发生阶跃扰动时，主蒸汽压力PT和功率N的响应曲线如图3-3所左示。汽轮机调门开度阶跃增加后，一开始进入汽轮机的蒸汽流量立刻成比例增加，同时汽压PT也随之立刻阶跃下降△PT（△PT阶跃下降的大小与蒸汽流量的阶跃增量成正比，且与锅炉的蓄热量大小有关）。由于燃烧率保持不变，所以蒸发量也不变。蒸汽流量的增加是因为锅炉汽压下降而释放出一部分蓄热，这只是暂时的。最终，蒸汽流量仍恢复到与燃烧率相适应的扰动前的数值，主蒸汽压力PT也逐渐趋于一个较低的新稳态值。因蒸汽流量在过渡过程中有暂时的增加，故输出功率N相应也有暂时的增加。最终，输出功率N也随蒸汽流量恢复到扰动前的数值。可以看出，机组增加负荷时，初始阶段所需的蒸汽量主要是由于锅炉释放蓄热量而产生的。通过以上分析，可以看出负荷控制对象的动态特性的特点是：当汽轮机调门开度动作时，被控量N和PT的响应都很快，即热惯性小；当锅炉燃烧率改变时，N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。

2．燃烧率B扰动下，主蒸汽压力PT和输出功率N的动态特性如下：当汽轮机

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调门开度不变，而B发生阶跃扰动时，主蒸汽压力PT和输出电功率N的响应曲线如图3-3右所示。增加锅炉的燃烧率，必定使锅炉蒸发受热面的吸热量增加，汽压经过迟延后逐渐升高。由于汽轮机调门开度保持不变，进入汽轮机的蒸汽流量增加，从而自发的限制了汽压的升高。当蒸汽流量与燃烧率达到新的平衡时，汽压PT就趋于一个较高的新稳态值，具有自平衡能力。由于蒸汽流量的增加使汽轮机输出功率增加，输出电功率N也增加。当蒸汽流量不变时，输出电功率也趋于一个较高的新稳态值，具有自平衡能力。

3.2.2 机炉动态特性的基本特征

构成单元机组受控对象的设备是锅炉和汽轮发电机组两大部分。协调控制系统设计时，主要针对一个双输入、双输出的受控对象。通过对机炉内在机理的分析，可以看出其动态特性方面的以下基本特征：

1．在锅炉控制量?B作用下，输出被控量?PT和?N的响应是一个慢速的惯性过程。而在汽轮机控制量??的作用下，输出被控量?PT和?N的响应则是一个快速的过程。

2．由于锅炉的热惯性比汽轮发电机组的惯性大得多，使得输出被控量?PT和?N对于?B的响应速度十分接近，表现为传递函数矩阵中GPB(s)与GNB(s)之间十分相似的特性。单元机组动态特性响应曲线还可以表示为图3-4所示的形式。

3．根据以上机炉特性的基本特征，利用汽轮机调门开度△u作为控制量，可以快速的改变机组的被控量?PT和?N。其实质是利用了机组内部的蓄热，主要是锅炉内部的蓄热。机组容量越大，相对的这种蓄热能力越小。因而，利用汽轮机调节门控制机组输出功率的方法只是一种有限的、暂态的策略。

图3-4 单元机组动态特性响应的另一种形式

3.2.3 汽包锅炉与直流锅炉机组动态特性差异

Wk??1的强制循环方式。锅炉既没有汽包，也没有炉直流锅炉采用循环倍率 D水循环回路。在同等容量下，使用的金属比汽包锅炉小得多。因而直流锅炉的续热能

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力比汽包锅炉小的多。反映在动态特性方面，直流锅炉机组的惯性比汽包锅炉机组要小。一组动态特性响应比较曲线如图3-5所示。

图3-5 汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较

1-汽包锅炉响应曲线；2-直流锅炉响应曲线

图3-5可以看出，直流锅炉机组在汽机的调节门开度扰动下，主蒸汽压力的变化很快，比汽包锅炉的幅度要大。这反映出其蓄热能力比汽包锅炉小得多。

燃料扰动时，送风量、引风量以及直流锅炉的给水量相应的变化。此时，直流锅炉机组汽压和功率的变化较快、幅度要高。一方面反映出直流锅炉的热惯性较小，同时，给水流量的增加直接使过路的能量输入有所增加。需要指出，对于直流锅炉机组来说，保证燃料量与给水量按适当比例变化，是机组正常运行与控制的前提。

3.2.4 控制系统对模型精度的要求

不同控制理论和算法对模型的要求是不同的。因而，建模的目的以及对模型精度的要求应依据模型应用的要求而定。分析受控过程的基本特性，掌握其内在最主要、最本质的特征，对于设计出合理的控制系统是十分重要的。

如前所述，单元机组协调控制系统，把机炉作为一个整体，针对机炉对象的特性，运用反馈、前馈、补偿以及多变量解耦等控制理论方法，构成功能完备、结构简单可靠的控制系统。这些系统对过程模型精度方面的要求并不是很高。在合理简化的基础上，利用比较简便的机理分析方法和实验方法。建立单元机组动态特性数学模型，可以满足协调控制以及全程控制系统分析设计的需要。随着工业过程控制技术的发展，一方面人们在探索新的、更为有效的建模方法和技术，以适应一系列现代控制理论和方法对模型方面的要求。另一方面寻求更适用于工业过程控制的理论和方法，而这些理论和方法应具有对于模型精度要求不高的特点。

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结合对图4-2所示系统的分析可知，该系统采用了串联后补偿单向解耦的方案。系统解耦的等效框图如图4-7所示。

图4-8 串联后补偿单向解耦结构框图

按照式（4-7）给出的解耦条件有

R12??GG12??NBG22GPB（4-13）

由于与GNB与GPB特性的相似性，可以近似的认为两者的极点可以对消，即

1(80S?1)21R12???????0.4152(83S?1)2.2192.219 （4-14）

因该机组运行特性要求输出功率基本稳定，而运行过程中的主要扰动来自锅炉侧，故只考虑了单向解耦。锅炉侧扰动不致对输出功率产生严重影响，由锅炉控制器消除。

4.3.3 等效对象的传递函数

参照图4-4所示的系统框图，实现单向解耦以后的系统框图（图4-7）可以等效为图4-8所示的形式。

图4-9 图4-8所示系统的等效框图

其中，等效对象传递函数矩阵为

'0??G110??1R12??GN?GNB??GN??R12?GP???????'?01??G'?GGGPB ? ? ? P ? ? ? G 21 G 22 ? （4-15） ? ? P ? PB

代入燃煤机组动态模型所示的传递函数，有

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'G11?55.2s?1.76(7.95s?1)?0.45(82s?1)(12s?1)124s?10.0507(s?1.33877)(s2?0.01653s?0.0001)?(s?0.00806)(s?0.0122)(s?0.08333)'G22?GPB?2.219(80s?1)21.76(7.95s?1)124s?1'G21?GP???

4.4 数学模型的解耦设计仿真

300MW单元机组数学模型为：

?N??GN?GNB????????P???GGP?PB?T????B?300MW燃煤机组的数学模型为： 55.2s?G??N?(82s?1)(12s?1)?1?GNB??(83s?1)2???1.76(7.95s?1)?GP??124s?1?

?2.219?GPB?2

(80s?1)化解后为

4.4.1 未解耦前的SIMULINK图及仿真曲线

1．功率给定值做阶跃扰动下的SIMULINK图，如图4-10所示。

其仿真曲线如图4-11和图4-12所示。

由图4-11可见功率输出曲线在阶跃后趋于平稳，且500s时稳定在0.35MW左右，存在着较大的稳态误差。

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55.2s?GN??984s2?94s?1??1G??NB26889s?1 ? ? 166 s ??G??13.992s?1.76?P?124s?1?2.219?GPB??6400s2?160s?1xxx工业大学本科毕业设计说明书

Step155.2s2984s +94s+1Transfer Fcn1-13.992s-1.76124s+1Transfer Fcn212+166s+16889s Transfer Fcn32.21926400s +160s+1Transfer Fcn4Scope2Scope1图4-10 解耦前系统仿真结构图

图4-11 功率给定值作阶跃扰动下的功率输出曲线

图4-12 功率给定值作阶跃扰动下主汽压的输出曲线

由图4-11可见主汽压输出曲线在功率给定值做阶跃扰动下先下降后稳定在-0.36MPa左右，且其超调为29℅比较大，存在着明显的耦合。

根据图4-11和图4-12的曲线走势可知当功率给定值做阶跃扰动时主汽门开度增加，首先机组会利用锅炉的蓄热使功率暂时的增加，随后达到新的稳态值，而主汽压

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力会随着主汽门开度的增加而下降，但最后会趋于稳定。

2．主蒸汽压力给定值做阶跃扰动时的SIMULINK图，如图4-13所示。

Step55.2s2+94s+1984s Transfer Fcn1-13.992s-1.76124s+1Transfer Fcn212+166s+16889s Transfer Fcn32.2192+160s+16400s Transfer Fcn4Scope2Scope1图4-13 解耦前系统仿真结构图 其仿真曲线如图4-14和图4-15所示。

图4-14 主蒸汽压力给定值做阶跃扰动时功率的输出曲线

图4-15 主蒸汽压力给定值做阶跃扰动时主汽压的输出曲线

根据对图4-14和图4-15的曲线分析可知在主蒸汽压力给定值做阶跃扰动时系统的功率输出阶跃增加，最后稳定在0.2MW左右，且其超调20℅比较大，存在着明显

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的耦合；系统的主蒸汽压力阶跃增加，但最后在300S时稳定在0.8MPa左右，且存在着稳态误差。图4-14和图4-15的曲线分析可知当主蒸汽压力给定值做阶跃扰动时锅炉侧给煤量增加，会使主汽压和功率因惯性而缓慢的增加，最终趋于稳定。

由以上的仿真结果可以看出系统在输入与输出之间存在着关联与耦合，功率和主蒸汽压力受燃料量和主汽门开度的相互影响，使控制的难度加大，以下将通过串联后补偿结构对系统进行解耦，从而消除和削弱这种相互间的关联和耦合。

4.4.2 解耦后的SIMULINK图及仿真曲线

1．功率给定值做阶跃扰动下的SIMULINK图，如图4-16所示。

Step155.2s2984s +94s+1Transfer Fcn1-13.992s-1.76124s+1Transfer Fcn2126889s +166s+1Transfer Fcn32.21926400s +160s+1Transfer Fcn4Scope2Gain-0.415Scope1 图4-16 解耦后系统仿真结构图

其仿真曲线如图4-17和图4-18所示。

由图4-17和图4-18可见当功率给定值做阶跃扰动时功率输出阶跃增加，最终稳定在0.04MW,稳态误差有所减小，而主汽压有所下降。

图4-17 功率给定值做阶跃扰动下的功率输出曲线

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ajng.html