德國西門子公司主蒸汽溫度控制策略的分析與應(yīng)用

　　摘要：主蒸汽溫度控制多采用帶導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)，也有采用引入代表負(fù)荷變化的微分前饋信號(hào)的汽溫控制系統(tǒng)，并考慮蒸汽焓值校正系數(shù)、蒸汽過熱度的保護(hù)功能等。但是，由于過熱蒸汽溫度控制對(duì)象具有時(shí)變性和非線性的特點(diǎn)，為了提高控制精度，德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略通過計(jì)算過熱器蒸汽的燴值確定噴水減溫閥出口溫度的設(shè)定值，使系統(tǒng)具有良好的控制品質(zhì)，同時(shí)主蒸汽溫度隨負(fù)荷而改變，以適應(yīng)不同運(yùn)行工況下過熱蒸汽溫度動(dòng)態(tài)特性的變化。
　　
　　一、德國西門子公司主蒸汽溫度控制系統(tǒng)
　　
　　1.1控制原理
　　
　　德國西門子公司主蒸汽溫度控制系統(tǒng)原理如圖1所示。　　
　　由減溫水階躍擾動(dòng)試驗(yàn)得到主蒸汽溫度和二級(jí)減溫器出口汽溫（導(dǎo)前汽溫）的階躍響應(yīng)曲線，再由主蒸汽溫度和導(dǎo)前汽溫響應(yīng)曲線估算出惰性區(qū)的傳遞函數(shù)。可用特性參數(shù)：　　
　　估算惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階值數(shù)，并按表1設(shè)定各T，將各環(huán)節(jié)串聯(lián)可得到PTn模塊的傳遞函數(shù)。各T值隨Tg變化，如某電廠300MW機(jī)組通過試驗(yàn)得出二級(jí)減溫控制系統(tǒng)Tg=150－0.5D，一級(jí)減溫控制系統(tǒng)Tg=300－D，其中D為主蒸汽流量，0～100％。
　　
　　圖1中，Υθ1為主蒸汽溫度變送器傳遞函數(shù)；Υθ2為導(dǎo)前汽溫變送器傳遞函數(shù)；G01（s）為惰性區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)；G02（s）為導(dǎo)前區(qū)對(duì)象傳遞函數(shù)；GPI（s）為主調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Kz、Kμ，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)；W為減溫水流量擾動(dòng)；θ1為主蒸汽溫度；θ2為導(dǎo)前汽溫；K為一階慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)；T為一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；n為一階慣性環(huán)節(jié)的對(duì)象階數(shù)。只要Υθ1=Υθ2滿足：　　
　　則系統(tǒng)由原雙回路控制系統(tǒng)（圖1）簡化為單回路控制系統(tǒng)（圖2）。　　
　　1.2PTn模塊的整定
　　
　　為了便于對(duì)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行整定，德國西門子公司給出了PTn模塊的擬合參數(shù)（表1），本文選擇對(duì)象階數(shù)n=5。
　　
　　表1中，Tu為鍋爐減溫水流量的線性函數(shù)；Tg為鍋爐負(fù)荷（主蒸汽流量）的線性函數(shù)。
　　
　　1.3變?cè)鲆婊芈返恼?br />　　
　　在不同運(yùn)行工況減溫水流量擾動(dòng)下蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性存在較大差異，為了獲得較好的調(diào)節(jié)效果，應(yīng)在不同工況下進(jìn)行試驗(yàn)，采用變參數(shù)調(diào)節(jié)。圖1中內(nèi)回路的作用是根據(jù)過熱器的運(yùn)行工況對(duì)控制器參數(shù)K進(jìn)行增益調(diào)整，文獻(xiàn)給出了德國西門子公司變?cè)鲆婊芈返慕?jīng)驗(yàn)整定方法。
　　
　　1.4根據(jù)焙差變化進(jìn)行變?cè)鲆婵刂?br />　　
　　根據(jù)水蒸氣熱力性質(zhì)表，在不同蒸汽壓力和溫度下過熱蒸汽焓差變化不同，因此蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性隨運(yùn)行工況而發(fā)生改變。根據(jù)主蒸汽焓差變化進(jìn)行變?cè)鲆婵刂疲▽?duì)控制器的參數(shù)K進(jìn)行增益調(diào)整），是近年來德國西門子公司在蒸汽溫度控制中多采用的方法。
　　
　　蒸汽溫度每變化1℃所需的減溫水量取決于在不同蒸汽壓力和溫度下過熱蒸汽恰差變化。在一定的蒸汽壓力和溫度范圍內(nèi)，增益調(diào)整值是焓差的線性函數(shù)。
　　
　　根據(jù)減溫水作用的區(qū)域，取導(dǎo)前汽溫作為焓差計(jì)算的蒸汽溫度參數(shù)，蒸汽壓力參數(shù)則取主蒸汽壓力信號(hào)，輸入焓值計(jì)算表可得到蒸汽溫度每變化1℃的焙差值。
　　
　　二、控制策略及其控制效果
　　
　　德國西門子公司主蒸汽溫度控制系統(tǒng)如圖3所示。
　　
　　該控制系統(tǒng)是具有導(dǎo)前溫度信號(hào)的雙回路蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。與典型的具有導(dǎo)前微分信號(hào)的雙回路蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，其內(nèi)回路采用了［（1一PTn值）火導(dǎo)前溫度］作為反饋信號(hào)。
　　
　　圖3中，回路①相當(dāng)于一個(gè)實(shí)際微分環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)時(shí)使PTn模塊的輸出近似于主蒸汽溫度，從而改善了主蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；穩(wěn)態(tài)時(shí)回路①輸出為零，使過熱器出口蒸汽溫度等于設(shè)定值。回路②根據(jù)過熱器的運(yùn)行工況，對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整。為了改善煙氣側(cè)擾動(dòng)下控制系統(tǒng)的響應(yīng)能力，引入了總?cè)剂狭课⒎智梆佇盘?hào)和燃燒器傾角微分前饋信號(hào)。除法模塊A/B的增益調(diào)整值B由回路②輸出。B是蒸汽壓力和溫度的線性函數(shù)，對(duì)于一級(jí)、二級(jí)減溫控制系統(tǒng)，文獻(xiàn)給出了B的函數(shù)關(guān)系。設(shè)二級(jí)減溫器后蒸汽溫度為470℃，回路②中的各系數(shù)可以設(shè)定為：K1=7,K2=0.012,
　　
　　K3=1.02。以同樣方法可對(duì)二級(jí)減溫控制系統(tǒng)變?cè)鲆婊芈愤M(jìn)行整定。
　　
　　根據(jù)主蒸汽熔差變化進(jìn)行變?cè)鲆婵刂频闹髡羝麥囟瓤刂撇呗允歉鶕?jù)過熱器的運(yùn)行工況對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整。根據(jù)減溫水作用的區(qū)域，取導(dǎo)前汽溫作為焓差計(jì)算的蒸汽溫度參數(shù)，蒸汽壓力參數(shù)（取主蒸汽壓力信號(hào)）輸入熔值計(jì)算表所給的值，便可得到蒸汽溫度每變化1℃的焓差值。根據(jù)焓差值，由K2、K3構(gòu)成了B的線性函數(shù)，B值的下限由K1給出。
　　
　　以某300MW機(jī)組為例，對(duì)德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略進(jìn)行驗(yàn)證，并與串級(jí)蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，試驗(yàn)曲線如圖4所示。　　
　　圖4中，常規(guī)串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)主蒸汽溫度設(shè)定值擾動(dòng)量為5℃，過渡過程衰減率傘－0.8，穩(wěn)態(tài)時(shí)間為40min，調(diào)節(jié)過程中穩(wěn)態(tài)偏差太大（2℃），不能*主蒸汽溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的要求（DL/T77一2004）。德國西門子公司的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)主蒸汽溫度控制設(shè)定值擾動(dòng)量為5℃，過渡過程衰減率ψ=0.75～0.9，穩(wěn)態(tài)時(shí)間為30min，調(diào)節(jié)過程穩(wěn)態(tài)偏差為0.5℃，能夠滿足主蒸汽溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的要求（DL/T774一2004）。由此可見，德國西門子公司的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)較常規(guī)串級(jí)蒸汽溫度控制系統(tǒng)具有更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，由于僅對(duì)過熱蒸汽溫度惰性區(qū)的傳遞函數(shù)構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，所以受對(duì)象特性變化的影響較小，系統(tǒng)的魯棒性較好。如果在上述試驗(yàn)條件下對(duì)德國西門子公司的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)參數(shù)略微調(diào)整，其控制品質(zhì)將會(huì)進(jìn)一步改善。因此，采用德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略對(duì)模型的不確定因素和內(nèi)外擾動(dòng)均有很好的適應(yīng)能力，其控制品質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)串級(jí)控制。
　　
　　三、結(jié)論
　　
　　針對(duì)主蒸汽溫度存在大慣性、大延遲的特性，常規(guī)串級(jí)控制難以取得良好的控制效果。采用德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略，克服了單純串級(jí)控制對(duì)大慣性、大延遲對(duì)象調(diào)節(jié)品質(zhì)差、抗干擾性弱的缺點(diǎn)。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，該控制策略具有較好的魯棒性和抗干擾性，對(duì)主蒸汽溫度具有較好的控制效果。