1、1 / 103南 京 工 程 學 院畢業(yè)設計說明書(論文)專 業(yè)： 熱熱能能與與動動力力工工程程（火火電電廠廠集集控控運運行行） 題 目： 超超臨臨界界機機組組協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的分分析析與與設設計計 2 / 103畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人

2、或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權說明使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或

3、集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研3 / 103究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授權書學位論文使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文）中

4、中文文摘摘要要4 / 103火電廠超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個多變量被控對象，具有非線性強、參數(shù)時變大、遲延等特性，針對這些特性，需要對機組進行解耦控制，然后對控制算法進行改進，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運行。本文首先介紹了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案；其次，對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的影響因素進行了總結，分析了超臨界機組的動態(tài)特性以與超臨界機組在100%負荷下的動態(tài)數(shù)學模型；再次，通過對該超臨界機組數(shù)學模型相對增益的計算，結果表明，該系統(tǒng)是以汽機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；然后，分別采用前饋解耦和對角陣解耦兩種方法對超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行了仿真研究，比較解耦后與解耦前以與等效單回路的階躍響應曲線；最后，對機組的控制效

5、果進行改進，利用積分分離PID 控制算法對超臨界機組 100%負荷模型進行了仿真研究，并與常規(guī) PID 控制算法進行了比較，結果表明：積分分離PID 控制算法比常規(guī) PID 控制算法能夠顯著降低系統(tǒng)的超調(diào)量，使系統(tǒng)更趨與穩(wěn)定運行。關鍵詞 ： 協(xié)調(diào)控制解耦控制 PID 控制 積分分離 PID 控制1 / 103畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文）外外文文摘摘要要T Ti it tl le e The Analysis And Design of the Coordinated Control System of the Supercritical UnitA Ab bs st tr ra a

6、c ct tThe coordinated control system of boiler-turbine is a complicated multi-variable control object, and it has some characters such as nonlinear, time-varying parameters and large delay。According to these characteristics, need to decouple control unit, then to control algorithm was improved, make

7、 the system more stable operation 。Firstly ，this article introduces the control schemes of coordinated control system are presented; Secondly, summarizes the influence of factors of coordination control system ，analyzes the dynamic characteristic of supercritical unit in 100% load and supercritical

8、unit under the dynamic mathematical model ;Again, through the calculation of relative gain mathematical model, the result shows that ,this system is based on turbine follow coordinated control system ;Then, we adopt feedforward decoupling and diagonal matrix decoupling two methods coordinated contro

9、l system of supercritical unit simulated research, compare decoupling control and not decoupling control effect and completely decoupling single loop control effect after the difference ;Finally, on the unit control effect, using improved integral separation PID control algorithm for supercritical u

10、nit 100% load model and simulation with the conventional PID control algorithm is compared, results show that: integral PID control algorithm is better than conventional PID control algorithm can significantly reduce the system overshoots, make the system more hasten and stable operationK Ke ey yw w

11、o or rd d: : The coordinated control system(CCS); Decoupling; PID 2 / 103controller; PID controller using integral separation1 / 103目錄前言 1第一章緒論 21.1 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究目的與意義21.2 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21.2.1 國外協(xié)調(diào)控制的應用現(xiàn)狀 31.3 研究容與研究計劃 4第二章機爐協(xié)調(diào) 控制系統(tǒng)概述 62.1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述 1262.1.1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本策略 82.2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型分析102.2.1 超臨界

12、機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點102.2.2 超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型15第三章多變量耦合系統(tǒng)概述213.1 概述 213.2 前饋補償解耦法 273.3 對角矩陣法 283.4 解耦控制效果比較 343.4.1 模型降階 5343.4.2 前饋補償法開環(huán)解耦控制效果比較413.4.3 對角矩陣法開環(huán)解耦控制效果的比較463.5 小結 51第四章協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略534.1 機跟爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 544.1.1 補償鍋爐側擾動的機跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)544.1.2 補償汽機側擾動的機跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)554.1.3 實現(xiàn)雙向補償?shù)臋C跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)564.2 爐跟機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 572 / 1034.2.1

13、補償鍋爐側擾動的爐跟機協(xié)調(diào)系統(tǒng)574.2.2 補償汽機側擾動的爐跟機協(xié)調(diào)系統(tǒng)584.2.3 實現(xiàn)雙向補償?shù)臓t跟機協(xié)調(diào)系統(tǒng)58第五章協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的仿真研究與分析605.1 解耦后單回路控制系統(tǒng)的整定605.2 前饋法閉環(huán)解耦與等效單回路控制效果的比較675.2.1 前饋法閉環(huán)解耦后的整定 675.2.2 前饋補償法閉環(huán)解耦控制系統(tǒng)與等效單回路控制系統(tǒng)的仿真比較725.3 對角矩陣法閉環(huán)解耦與等效單回路控制效果的比較745.3.1 對角矩陣法解耦后的整定 745.3.2 對角矩陣法解耦控制系統(tǒng)與等效單回路控制系統(tǒng)的仿真比較795.4 小結 81第六章改進積分算法的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真研究826.1 采

14、用積分分離 PID 控制器的仿真研究 826.2 小結 87第七章結論 89參考文獻 90致 921 / 103前前言言眾所周知，我國現(xiàn)階段正處在電力建設的高峰期。根據(jù)國家的“十一五”電力規(guī)劃， 2010 年發(fā)電裝機將要達到 5.86 億千瓦左右，其中火電在 4 億千瓦以上， “十一五”電力安排投產(chǎn)在 1.65 億千瓦左右，而其中火電為8500萬千瓦，到 2020 年全國規(guī)劃裝機容量預計達到99.5 億千瓦左右，其中63為火電裝機容量。而現(xiàn)階段300MW、600MW 等大容量、高參數(shù)、單元制機組已經(jīng)成為火力發(fā)電的主力機組， 1000MW 也已陸續(xù)投入生產(chǎn)。目前，超臨界機組是我國新建或擴建火力發(fā)

15、電廠的主流機組，隨著越來越來多的大容量、高參數(shù)機組的投運，現(xiàn)代化電力生產(chǎn)對機組運行安全性、經(jīng)濟性要求的提高，使其自動化水平也得到了很大的提高，自動化已經(jīng)在生產(chǎn)過程中起到了至關重要的作用。超臨界機組是以汽水一次循環(huán)為特征的直流鍋爐，是強耦合、非線性、多參數(shù)的被控對象，必須同時考慮鍋爐慣性較大，汽機反應較快的特點，將機爐看作聯(lián)系緊密的一體化對象，采用協(xié)調(diào)控制（CCS）策略；單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)的機爐局部控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的復雜控制系統(tǒng)，具有多種控制功能，能夠滿足不同運行方式和不同工況下的控制要求。隨著技術的發(fā)展，對單元機組控制提出更高的要求，研究單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將有助于提高火電

16、廠的自動化程度和安全經(jīng)濟運行水平，因此具有很重要的現(xiàn)實意義；又由于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對象是一個多變量被控對象，具有非線性、參數(shù)時變、大遲延等特性。而且機、爐耦合嚴重，機、爐響應特性差異巨大，精確的數(shù)學模型難于得到，常規(guī)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略遠遠不能滿足電網(wǎng)對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的要求。因此，需要對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對象特性與控制策略進行深入研究。2 / 103第第一一章章 緒緒論論1 1. .1 1 單單元元機機組組協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的研研究究目目的的與與意意義義近年來，隨著我國電力工業(yè)體制改革與電力建設步伐的加快，長期制約國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的電力緊缺問題基本得

17、到緩解。但是，由于用電結構發(fā)生明顯變化，電網(wǎng)負荷峰谷差呈不斷增大趨勢，電力系統(tǒng)面臨著電網(wǎng)峰谷差偏大、調(diào)峰能力不足的矛盾。電網(wǎng)AGC 控制對單元機組提出了深度調(diào)峰的要求。對單元機組來說，也就是對其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質提出了更高的要求。主要包括 :大圍的負荷變動，良好的負荷動靜態(tài)跟蹤性能、穩(wěn)定性能等。目前，我國中小機組還占相當大的比例，且自動化水平較低，造成 CCS 的投入率很低。即使是大容量的新機組，其 CCS 的投入水平也往往不能適應電網(wǎng) AGC 的要求。因此，設計合理適用的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)方案、改造不同容量的新老機組是迫切需要解決的實際問題。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)把鍋爐和汽輪機發(fā)電機組作為一個整

18、體進行控制，采用了遞階控制系統(tǒng)結構，把自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、聯(lián)鎖保護等功能有機的結合在一起，構成一種具有多種控制功能，滿足不同運行方式和不同工況下控制要求的綜合控制系統(tǒng)。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計充分利用了機爐對象特性方面的特點，采用了前饋、補償、多變量解耦等控制策略，使控制系統(tǒng)具有合理、可靠、易于維護調(diào)整等優(yōu)點。1 1. .2 2 單單元元機機組組協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的 研研究究現(xiàn)現(xiàn)狀狀傳統(tǒng)意義上的協(xié)調(diào)控制有兩種劃分方式 :一種是根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的基礎按照機跟爐或爐跟機的方式來劃分。另一種是從能量平衡的觀點出發(fā)，將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為直接能量平衡 (DEB)和間接能量平衡系統(tǒng) (IEB)兩大類。

19、協(xié)調(diào)控制的本質就是維持機組在運行過程中機爐之間供需能量的平衡。通常把機前壓力P:作為鍋爐輸出能量與汽機需求能量之間平衡的特征參數(shù)。通過控制間接參數(shù)來維持整個機組能量平衡的系統(tǒng)，稱為間接能量平衡系統(tǒng)。通過構造出能量平衡信號，并以此直接控制能量輸入的系統(tǒng)，稱為直接能量平衡系統(tǒng)。從目 01前工程領域的應用來看，無論是直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還是間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都屬于近似解禍設計方法疇。這類系統(tǒng)通常具有以下局限性:(l)間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計往往是在機爐獨立控制回路的基礎上3 / 103加入前饋控制。這種設計是基于靜態(tài)的近似解禍。因此無法考慮系統(tǒng)的不確定性擾動、非線性等因素。系統(tǒng)的魯棒

20、性能較差。(2)鍋爐系統(tǒng)的大時延、大慣性等問題沒有充分的考慮。因此很難在快速的汽輪機控制回路和相對較慢的鍋爐控制回路之間達到快速的能量平衡。(3)系統(tǒng)的設計與整定一般基于特定的工作點線性化處理，沒有考慮動態(tài)非線性與大圍適應性等。(4)基于簡化的建立在傳遞函數(shù)基礎上的單元機組動態(tài)數(shù)學模型來設計的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)無法考慮相關系統(tǒng)相對較弱的禍合關系的影響與機組的動態(tài)時變性等。 021 1. .2 2. .1 1 國國外外協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制的的應應用用現(xiàn)現(xiàn)狀狀目前,國的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本上都是在引進系統(tǒng)的基礎上設計和改進的，國廠家以和利時公司的 HS-2000 系列比較成功，但市場占有率還很低 ，國眾多電廠已

21、成功地應用了國外的控制系統(tǒng) 。沙角發(fā)電廠 A 廠 3 號機組采用德國Hartmann&Braun 公司的 Symphony 分散控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制方案采用以機跟爐為基礎的 IEB 控制方案。熱電廠引進美國 MCS 公司的 MAX1000 分散控制 03系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用以能量直接平衡 (DEB)為基礎的爐跟機控制策略。 04神頭一電廠 6 號機組系統(tǒng)改造成 INFI-90 分散控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制方式為機跟爐協(xié)調(diào)，采用 IEB 的控制策略。十里泉電廠 6 號和 7 號機組采用美國西屋 05公司的 WDPF 分散控制系統(tǒng)作為硬件平臺 ，協(xié)調(diào)控制方式采用直接能量平衡(DEB)的思想,以

22、爐跟機為基礎。二電廠 3 號機組采用了 SIEMENS 公司的 06Teleperm-Xp 分散控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用SIEMENS 的控制策略，該系統(tǒng)以鍋爐跟隨為基礎，并綜合采用了各種前饋控制方案功率調(diào)節(jié)和主汽壓力調(diào)節(jié)由機爐作為統(tǒng)一整體來共同完成。國電北侖電廠 1 000 MW 超超臨界機組 07工藝過程，提出了超超臨界機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方案，采用了一系列改進措施來改善過程協(xié)調(diào)性與動態(tài)品質，如加快鍋爐動態(tài)響應的并行前饋控制，在鍋爐主控制器過變參數(shù)控制，對進入給水指令的鍋爐主指令進行分解，然后通過反饋信號來校正前饋等，獲得了滿意的效果。 08美國的 L&N 公司首先發(fā)明了 DEB 的

23、控制方案，其協(xié)調(diào)控制方式基本以DEB 為主而美國的 FOXBORO 公司的協(xié)調(diào)方案也是以 DEB 為主。對于日本的日立公司的 HAICS-1000 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以鍋爐跟隨為基礎，從能量的角度來看它以功4 / 103率指令信號作為前饋，所以它也是能量間接平衡系統(tǒng)(IEB)。綜合以上協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)西歐和日本的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本采用間接能量平衡 (IEB)為主，而美國的公司基本上采用了能量直接平衡(DEB)為主。1 1. .3 3 研研究究容容與與研研究究計計劃劃本論文主要研究的容是以下幾面：（1） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案綜述協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按反饋回路分類，可分為以機跟爐為基礎和以爐跟機為基

24、礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。由于純粹的機跟爐和爐跟機系統(tǒng)都有較大的缺點，所以，在單元機組中一般都加入前饋補償信號作為機爐彼此協(xié)調(diào)動作的聯(lián)系。從前饋回路的設計不同，可分為按指令信號間接平衡 (IEB)的系統(tǒng)和直接能量平衡 (DEB)的系統(tǒng)。（2） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)被控對象的模型分析單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控對象是一種存在強烈耦合特征的、復雜的多變量系統(tǒng)。受控過程是一個多輸入、多輸出的過程，并在輸入與輸出之間存在著交叉的關聯(lián)和耦合。由于直流鍋爐單元機組就是三輸入三輸出的被控對象，在進行解耦與解耦器的設計過程中會比較復雜，因此有必要對傳遞函數(shù)進行簡化，傳遞函數(shù)的微分環(huán)節(jié)具有快速隨動性，因此解耦的過程中可將其忽略，

25、從而化簡的解耦的過程。（3） 對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對象進行解耦研究由以上的分析可知，單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是以鍋爐燃料量、汽輪機閥門開度、給水量為輸入，鍋爐主蒸汽壓力、機組實際發(fā)電功率、中間點焓值為輸出的多變量系統(tǒng)。各個主要被控參數(shù)之間是相互關聯(lián)、相互耦合、相互影響的?？刂葡到y(tǒng)之間存在耦合時，當各控制參數(shù)設置不合適的時候會引起系統(tǒng)間的干涉振蕩，以至于系統(tǒng)無常運行。所以，分析控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，減弱系統(tǒng)間的耦合，是系統(tǒng)設計的一個重要容。（4） 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制器的選型與參數(shù)整定以機爐為被控對象的多變量系統(tǒng)經(jīng)解耦后，可作為單回路控制系統(tǒng)進行研究。本畢業(yè)設計對于單回路控制系統(tǒng)結構的控制器結構選型和控制器參

26、數(shù)的整定進行了仿真研究。5 / 103（5） 用積分分離 PID控制算法對協(xié)調(diào)系統(tǒng)的研究在標準的 PID控制算法中，當有較大的擾動或大幅度改變給定值時，由于短時間出現(xiàn)較大的偏差，加上系統(tǒng)本身的慣性和滯后，在積分項的作用下，往往引起系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的波動。采用積分分離PID控制算法后，設置積分分離閥值,對于大于的部分不進行積分作用，這樣就顯著降低了被0E0E調(diào)量的超調(diào)量，縮短了調(diào)節(jié)時間。由于本次課程設計所選用的數(shù)學模型的階次較低，在采用積分分離 PID控制算法時，只能顯著的降低超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間幾乎與標準 PID控制算法的一致。6 / 103第第二二章章 機機爐爐協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)

27、概概述述2 2. .1 1 協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)概概述述 12簡單地說，機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要完成以下功能：(1)接受電網(wǎng)中心調(diào)度所的負荷自動調(diào)度指令、運行人員的負荷指令和電網(wǎng)頻率偏差信號，與時響應負荷請求，使機組具有一定的電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻能力，適應電網(wǎng)負荷變化的需要。(2)協(xié)調(diào)鍋爐和汽輪發(fā)電機的運行，在負荷變化率較大時，能維持兩者之間的能量平衡，保證主蒸汽壓力穩(wěn)定。(3)協(xié)調(diào)機組部各子系統(tǒng)（燃料、送風、爐膛壓力、給水、蒸汽溫度等控制系統(tǒng)）的平衡。在負荷變化過程中使機組的主要運行參數(shù)在允許的工作圍，以確保機組有較高的效率和可靠的安全性。(4)協(xié)調(diào)外部負荷請求與主 /輔設備實際承受能力的關系。在

28、機組主 /輔設備能力受到限制的異常情況下，可根據(jù)實際情況，限制或強迫改變機組負荷。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結構如圖 2-1圖 2-1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結構機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般由協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)與與協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)相關的鍋爐汽機控制子系統(tǒng)組成，如圖 2-2。7 / 103圖 2-2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)主要由三部分組成：第一部分為機組指令處理回路，用以協(xié)調(diào)機組能力與電網(wǎng)需求的平衡，根據(jù)AGC 指令或本機的運行人員指令（目標指令） ，經(jīng)運算處理，給出在幅值大小和變化率均為機組可能接受的實際機組功率指令ULD（Unit Load Demand） 。第二部分為機爐主控系統(tǒng)或機爐主控制器，根據(jù)機組功率指令ULD、

29、機組的運行工況、運行方式以與機、爐不同的動態(tài)特性，協(xié)調(diào)鍋爐與汽輪機間的能量平衡，提供機組級的輸出功率與機前壓力聯(lián)合控制，從而使機組的負荷適應性與運行穩(wěn)定性兼優(yōu)。第三部分為協(xié)調(diào)子系統(tǒng)。協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)輸出的鍋爐指令和汽輪機指令，分別控制鍋爐、汽輪機的各子系統(tǒng) 燃料、送風、引風、給水、噴水 以與汽輪機閥位。對主控系統(tǒng)來說，各子控制系統(tǒng)均相當于伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。要實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制，首先必須使鍋爐、汽輪機子系統(tǒng)運行正常，也就是說要提8 / 103高基礎自動化水平。2 2. .1 1. .1 1 協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本策策略略從不同的觀察角度，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的劃分不盡一樣。但最常用的有兩種：1

30、、按系統(tǒng)結構劃分，主要有以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、以汽機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和汽機機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；2、按能量平衡關系，主要有間接能量平衡系統(tǒng)（IEB）和直接能量平衡系統(tǒng)（DEB） 。一、以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)這種協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在鍋爐跟隨控制系統(tǒng)基礎上增加相應的環(huán)節(jié)形成的，原理如圖 2-3 所示：圖 2-3 以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正常運行時汽輪機側閉環(huán)調(diào)功、鍋爐側閉環(huán)調(diào)壓+ULD 前饋。圖中， F(t)一般為超前 -滯后環(huán)節(jié)，它一方面使燃燒率指令隨給定功率變化而沒有遲延，B另一方面對給定功率的微分超前調(diào)節(jié)作用，有利于改善鍋爐對功率的響應特性。環(huán)節(jié) F(x)為帶有死區(qū)的

31、非線性環(huán)節(jié)有利于提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若負荷變化速度過快或燃料擾動過大，造成機前壓力偏差超過F(x)的不靈敏區(qū) 時，汽輪機側即由調(diào)功率轉入壓力拉回方式，確保壓力波動在規(guī)定的死區(qū)圍之。死區(qū)的大小決定了蓄能的利用，兼顧負荷適應性與運行穩(wěn)定性，斜率的選擇取決于壓力偏差動態(tài)校正的速度。9 / 103二、以汽機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)這種協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在汽機跟隨控制方式的基礎上，允許汽壓在一定圍波動，原理方框圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 以汽機跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)汽輪機側同時閉環(huán)調(diào)壓調(diào)功 +ULD 前饋、鍋爐側閉環(huán)調(diào)功 +ULD 前饋。為了克服單純汽輪機跟隨控制方式時負荷響應慢與功率波動大的缺

32、點，在汽輪機側同時加入了功率偏差信號，分析入下：（1）外擾時的蓄能應用功率指令同時送機、爐兩側，合理利用鍋爐蓄能，提高了機組的負荷響應。汽輪機側PI 調(diào)節(jié)器輸入為，可TPNULDKP)(s理解為負荷變化（增加）時，動態(tài)改變（降低）了壓力定值，以放出蓄能。功差項就是加負荷時壓力定值的動態(tài)降低量。若負荷變化超過規(guī)定，)(NULDK對信號設置有 F(x)予以限制，以免機前壓力偏差超過允許圍。)(NULDKF(x)模塊的斜率 K，就是一個外擾動態(tài)過程鍋爐蓄能利用程度參數(shù)。（2）擾時擾動單向補償設計交叉環(huán)節(jié)F(x)，使之滿足 則)(W)(WK(s)NBPBss理論上基本消除了爐對機的影響，實際中一般取這

33、樣，燃料擾動（增NBPBKKK 加）時，功率信號（增加）抑制了汽輪機控制回路由于機前壓力（增加）要開大閥門的動作，減少了功率的波動，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。實際系統(tǒng)中，考慮到機組各種運行工況與輔機情況，一般設計有多種運行方式，并具有無擾切換功10 / 103能。三、機爐協(xié)調(diào)控制方式機爐協(xié)調(diào)控制方式最早是在20 世紀 50 年代提出的，但其是在 60 年代末，隨著電動液壓控制的發(fā)展而得到應用。不管是爐跟隨還是機跟隨控制方式，都是采取機爐分工、先后動作的配合方式，而對于變動負荷的機組負荷控制，必須遵循負荷協(xié)調(diào)控制原則的協(xié)調(diào)控制方式。當外界負荷發(fā)生變化時，負荷指令同時送到機、爐主控制器，對汽輪機和鍋爐發(fā)出

34、負荷控制指令，改變汽輪機的進汽量和鍋爐的燃燒率，利用鍋爐的蓄能快速響應負荷需求，同時通過改變?nèi)紵蕪亩淖冞M入鍋爐的能量，保持機組輸入能量與輸出能量的平衡。同樣，當主蒸汽壓力產(chǎn)生偏差時，機、爐主控制器同時接受指令信號對汽輪機和鍋爐進行操作，一方面改變鍋爐的燃燒率，補償蓄能的變化，另一方面適當改變汽輪機的進汽門的開度，控制蒸汽流量，維持主汽壓力的穩(wěn)定。其原理圖如圖2-5 所示。圖 2-5 單元機組機爐協(xié)調(diào)控制方式2 2. .2 2 協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的數(shù)數(shù)學學模模型型分分析析2 2. .2 2. .1 1 超超臨臨界界機機組組協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的特特點點由于不存在汽包的緩沖，超臨

35、界直流鍋爐的熱水段、蒸發(fā)段和過熱段之間沒有固定界限，水汽轉換一次性完成，所以具有很多與亞臨界汽包鍋爐不一樣的對象特性，而這些特性與機組的運行方式與控制策略密切相關。在分析和研究超臨界機組的控制策略之前，我們首先需要分析和研究超臨界機組的對象特性。11 / 103一、超臨界機組的特點 6超臨界參數(shù)鍋爐與亞臨界汽包鍋爐在自動控制方面有所不同,其原因是直流鍋爐與汽包鍋爐之間的差別。超臨界參數(shù)鍋爐是指過熱器出口主蒸汽壓力超過 22.129 MPa,理論上認為 ,在水的狀態(tài)參數(shù)達到臨界點時 ,水的汽化會在一瞬間完成,即在臨界點時飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在,也就是說二者的各項參數(shù)不再

36、有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等,在超臨界壓力下無法維持自然循環(huán) ,因此超臨界鍋爐必須是直流鍋爐。隨著鍋爐朝著大容量參數(shù)的方向發(fā)展 ,超臨界機組日益顯示其諸多優(yōu)點 ,不僅煤耗大大降低 ,排污量也相應減少 ,經(jīng)濟效益十分明顯。超臨界機組與亞臨界汽包鍋爐結構和工藝過程有著顯著不同 ,其控制具有如下一些特點：（1）機組啟動系統(tǒng)首先要建立啟動壓力和啟動流量,保證給水能連續(xù)通過省煤器和水冷壁 ,尤其要保證水冷壁能足夠冷卻和水動力的穩(wěn)定性。同時,系統(tǒng)回收鍋爐啟動初期排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽以與過熱度不足的過熱蒸汽,以實現(xiàn)工質和熱量的回收。（2）超臨界直流爐沒有汽包環(huán)節(jié) ,給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)和變成

37、過熱蒸汽是一次性連續(xù)完成的 ,隨著運行工況不同 ,鍋爐將運行在亞臨界或超臨界壓力下 ,蒸發(fā)點會自發(fā)地在一個或多個加熱區(qū)段移動 ,汽水之間沒有一個明確的分界點。這要求控制系統(tǒng)更為嚴格保持各種比值的關系(如給水量 /蒸汽量、燃料量 /給水量與噴水量 /給水量等 )。（3）由于沒有儲能作用的汽包環(huán)節(jié) ,鍋爐的蓄能顯著減小 ,負荷調(diào)節(jié)的靈敏性好,可實現(xiàn)快速啟停和調(diào)節(jié)負荷 ,但汽壓對負荷變動反映靈敏 ,變負荷性能差,汽壓維持比較困難。（4）直流爐由于汽水是一次完成的 ,因而不象汽包爐那樣。汽包在運行中除作為汽水分離器外 ,還作為燃水比失調(diào)的緩沖器。當燃水比失去平衡時,利用汽包中的存水和空間容積暫時維持鍋

38、爐的工質平衡關系,以保持各段受熱面積不變。這使得直流爐汽機與鍋爐之間具有強烈的耦合特性,整個受控對象是一多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)。（5）強烈的非線性是超臨界機組又一主要特征。超臨界機組采用超臨界參數(shù)的蒸汽，其機組的運行方式采用滑參數(shù)運行，機組在大圍的變負荷運行中，運行壓力 10-25 MPa 之間。超臨界機組實際運行在超臨界和亞臨界兩種工況下，12 / 103在亞臨界運行工況給水具有加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在超臨界運行工況汽水的密度一樣，水在瞬間轉化為蒸汽，因此超臨界運行方式和亞臨界運行方式機組具有完全不同的控制特性，超臨界機組是一種特性復雜多變的被控對象，隨著機組負荷的變化，機組的動

39、態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化。如燃水比調(diào)節(jié)的溫度對象，在負荷變化50100圍，增益變化達 56 倍，時間常數(shù)的變化也有 3 倍左右。由于超臨界直流爐的強非線性，常規(guī)的控制策略難以達到良好的控制效果。因此需要大量采用變參數(shù)PID，變結構控制策略，以保證在各個負荷點上控制系統(tǒng)具有良好的效果。發(fā)展超臨界機組已成為我國電力行業(yè)的主要方向之一。大容量超臨界機組具有運行經(jīng)濟性高、負荷適應性強的特點 ,是我國未來大型火電機組的發(fā)展方向。二、超臨界機組的動態(tài)特性：超臨界直流鍋爐對象特性的變化體現(xiàn)在汽水系統(tǒng)中，而制粉系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)、汽輪機調(diào)門、汽輪機動態(tài)環(huán)節(jié)同汽包鍋爐是一致的。當風煙系統(tǒng)特性忽略后，仍然可以將超臨

40、界直流爐劃分為制粉環(huán)節(jié)和鍋爐核心環(huán)節(jié)，只不過鍋爐核心環(huán)節(jié)是三入三出的。各種擾動下輸出的響應曲線如圖2-6 所示。1汽輪機調(diào)門開度階躍增加擾動在汽輪機調(diào)門開度階躍增加擾動下，各個輸出變量變化為：機前壓力降低導致鍋爐蓄熱釋放，機組負荷增加，由于燃料量和給水流量沒有變化，鍋爐釋放出蓄熱后，經(jīng)過一段時間后機組負荷恢復到原來的水平；機前壓力隨著鍋爐蓄熱的釋放逐漸降低最后穩(wěn)定；中間點溫度在蒸汽流量增加后略微降低，由于燃料量和給水流量沒有變化，隨著蒸汽流量恢復回升到原來的水平。2燃料量階躍增加擾動在燃料量階躍增加擾動下，各個輸出變量變化為：鍋爐各個受熱面吸熱增加，導致附加蒸發(fā)量增加，機組負荷上升，由于給水流

41、量沒有增加，在附加蒸發(fā)量蒸發(fā)完畢后，蒸汽流量開始降低，過熱汽溫上升，減溫水系統(tǒng)增加噴入減溫水流量以維持過熱汽溫，實際蒸汽量增加，機組負荷增加到與燃料量相對應的水平；由于蒸汽量增加而汽輪機調(diào)門開度不變，機前壓力上升至一定水平；由于燃水比增加，蒸發(fā)段提前，中間點溫度上升至一定水平。3給水流量階躍增加擾動13 / 103在給水流量階躍增加擾動下，各個輸出變量變化為：給水流量增加導致附加蒸發(fā)量增加，機組負荷先上升，由于過熱段吸熱減少導致過熱蒸汽溫度下降，減溫水系統(tǒng)減少噴入減溫水流量以維持過熱汽溫，最終使負荷恢復到原來水平；同樣由于附加蒸發(fā)量增加，使機前壓力先增加，由于減溫水流量減少，最終恢復到原來水平

42、；由于燃水比減小，蒸發(fā)段延后，中間點溫度下降至一定水平。(a)汽輪機調(diào)門開度擾動； (b)然料量擾動； (c)給水流量擾動圖 2-6 超臨界直流鍋爐動態(tài)特性曲線三、超臨界機組協(xié)調(diào)控制特點1機、爐控制耦合汽輪機和鍋爐之間的非線性耦合是超臨界機組難點之一，常規(guī)的控制系統(tǒng)難以達到好的控制效果。由于直流鍋爐在汽水流程上的一次性循環(huán)特性，沒有汽包等參數(shù)集中的儲能元件，在直流運行狀態(tài)汽水之間沒有一個明確的分界點，給水從省煤器進口就被連續(xù)加熱、蒸發(fā)與過熱，根據(jù)水、濕蒸汽與過熱蒸汽物理性能的差異，可以劃分為加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分，在流程中每一段的長度都受到燃料、給水、汽機調(diào)門開度的擾動而變化，從而導致

43、了功率、壓力、溫度的變化。另外，由于沒有汽包的緩沖，超臨界鍋爐動態(tài)特性受末端阻力的影響遠比汽包式鍋爐大。主汽閥開度一方面控制汽輪機功率，一方面改變了鍋爐的被控特性，這和汽包鍋爐的情況不同。例如當汽輪機負荷增加時，14 / 103汽輪機功率調(diào)節(jié)器會增大汽機主蒸汽閥開度，增大汽輪機進汽量，由于鍋爐的響應速度較慢，無法與時產(chǎn)生足夠蒸汽，從而使機前壓力降低，阻礙了汽輪機進汽量進一步增大。為了獲得更多進汽量以滿足負荷需求，汽輪機功率調(diào)節(jié)器會進一步開大調(diào)節(jié)汽門，導致機前壓力進一步降低，最終形成惡性循環(huán)。對于汽包鍋爐，由于汽包的蓄熱較大，可利用汽包的蓄熱滿足汽輪機超調(diào)的需求，使主汽壓力不致產(chǎn)生過大波動。對采

44、用直流鍋爐的超臨界機組而言，由于鍋爐的蓄熱相對較小，難以按足汽輪機的需求，從而使主汽壓力大幅度變化，降低了控制質量。a.汽機擾動對鍋爐的耦合特性直流鍋爐汽水一次性循環(huán)特性，使超臨界鍋爐動態(tài)特性受末端阻力的影響遠比鍋筒式鍋爐大。當汽機主汽閥開度發(fā)生變化，影響了機組的功率,同時也直接影響了鍋爐出口末端阻力特性 ,改變了鍋爐的被控特性 ,由于沒有汽包的緩沖，汽機側對直流鍋爐的影響遠大于對汽包鍋爐的影響。其特性不但影響了鍋爐的出口壓力，而且由于壓力的變化引起了給水流量的變化，延長了鍋爐側汽水流程的加熱段，導致了溫度的變化。b.鍋爐燃料擾動對壓力、溫度、功率的影響燃料發(fā)生變化時，由于加熱段和蒸發(fā)段縮短，

45、鍋爐儲水量減少，在燃燒率擾動后經(jīng)過一個較短的延遲蒸汽量會向增加的方向變化，當燃燒率增加時，一開始由于加熱段蒸發(fā)段的縮短而使蒸發(fā)量增加，也使壓力、功率、溫度增加。c.給水擾動對壓力、溫度、功率的影響當給水流量擾動時，由于加熱段、蒸發(fā)段延長而推出一部分蒸汽，因此開始壓力和功率是增加的，但由于過熱段縮短使汽溫下降，最后雖然蒸汽流量增加但壓力和功率還是下降，汽溫經(jīng)過一段時間的延遲后單調(diào)下降，最后穩(wěn)定在一個較低的溫度上。d.被控參數(shù)之間的耦合關聯(lián)在直流鍋爐中，壓力控制是最重要的被控對象，因為壓力的變化不僅影響機組負荷的變化，還會影響給水流量的變化，從而導致對溫度的影響。從上面的分析可以看出，直流鍋爐的一

46、次循環(huán)特性，使機組的主要控制參數(shù)功率、壓力、溫度均受到了汽機調(diào)門開度、燃料量、給水量的影響。從而也說明直流鍋爐是一個三輸入 /三輸出相互耦合關聯(lián)極強的被控特性。15 / 1032非線性特性強超臨界機組采用超臨界參數(shù)的蒸汽 ,其機組的運行方式采用滑參數(shù)運行，機組在大圍的變負荷運行中，壓力運行在10MPa25MPa.之間。超臨界機組實際運行在超臨界和亞臨界兩種工況下。在亞臨界運行工況下，給水具有加熱段、蒸發(fā)段與過熱段三大部分；而在超臨界運行工況下，由于汽水的密度一樣，水在瞬間轉化為蒸汽。由于超臨界和亞臨界區(qū)工質物性的巨大差異，以與不同燃燒率下鍋爐蒸發(fā)段（或相變點）位置的遷移等因素的影響，機組的動態(tài)

47、特性參數(shù)也大幅度變化，使超臨界機組呈現(xiàn)很強的非線性特性和變參數(shù)特性。因此在超臨界運行方式和亞臨界運行方式機組具有完全不同的控制特性，是復雜多變的被控對象，遠比常規(guī)的亞臨界機組難于控制。3燃水比難于控制超臨界機組控制的重點在于鍋爐的燃水比調(diào)節(jié)。由于燃水比變化時出口汽溫的響應遲延很大，因此不能用出口汽溫來作為燃水比調(diào)節(jié)的反饋量。與汽包鍋爐機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，超臨界機組給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型繁多，但現(xiàn)有控制方案仍各有不足，不能滿足變壓運行與大圍負荷變化的要求。2 2. .2 2. .2 2 超超臨臨界界機機組組協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的數(shù)數(shù)學學模模型型超臨界單元機組可以看成一個三輸入三輸出的多變量調(diào)節(jié)對象

48、, 如圖 2-7 所示?？紤]鍋爐主要調(diào)節(jié)量 (汽機調(diào)門開度 T、給煤量 B、給水量 W ) 對功率 N、主汽壓 P、主汽溫 T、中間點焓值 H 的影響。圖 2-7 超臨界機組控制系統(tǒng)的輸入、輸出由于汽機閥門開度對中間點焓值影響很小可以近似忽略。給水量對汽輪機功率影響不大也可忽略不計。則其動態(tài)模型可以簡化如圖2-8 所示。16 / 103圖 2-8 某廠 1000MW 燃煤機組在 100%負荷上的動態(tài)數(shù)學模型一、超臨界機組數(shù)學模型的建立模型的選取與編碼 04在 100 %負荷下的汽輪機調(diào)節(jié)閥開度、給水量 W、給煤量 B 作為辨識T輸入數(shù)據(jù) , 主汽壓力 P、汽輪機實際輸出功率 N、由汽水分離器出

49、口壓力 (中間點壓力 ) 和汽水分離器出口溫度 (中間點溫度 ) 經(jīng)華北電力大學能源與動力工程系開發(fā)的水和水蒸汽 I APWS- 97 標準計算程序計算得到的中間點焓值H 分別作為辨識輸出數(shù)據(jù)。 （7）WBGGGGGGGHPNT3332232221121100根據(jù)熱工過程階躍響應曲線和超臨界機組動態(tài)特性、(s)G11、(s)G12、(s)G21為：、(s)G22、(s)G23、(s)G32(s)G33 (8)1)(1(K(s)21111sTsTsG (9)1)(1)(1(K(s)543212sTsTsTG17 / 103 (10)1)(1(K-(s)76321sTsTG (11)1)(1(K(

50、s)98422sTsTG (12)1)(1)(1(sK(s)121110523sTsTsTG (13)1)(1)(1(K(s)151413632sTsTsTG (14)1)(1)(1(K-(s)181716733sTsTsTG本文辨識所用到的數(shù)據(jù)均來自某 1 000MW 超臨界機組運行的實際現(xiàn)G(s)場熱工數(shù)據(jù)。為了滿足可辨識性 , 辨識數(shù)據(jù)是從長期記錄的現(xiàn)場數(shù)據(jù)中選取汽機輸出功率在 100 %工況附近小圍變化的一段。數(shù)據(jù)的采樣周 期為 3 s , 共 600 組。本文使用的量綱為 : 功率 N: MW; 主汽壓力 P: MPa ; 中間點焓值 H: kJ/kg ; 給煤量 B: t /h ;

51、 給水量 W:t /h。對各組數(shù)據(jù)進行去噪處理后通過編程對被控對象進行多變量系統(tǒng)的整體辨識。數(shù)據(jù)的去噪采用軟閾值處理方法。例如給煤量數(shù)據(jù)去噪MATLAB 實現(xiàn)語句為 :M=3;X=wden(B,rigrsure,s,mln,M, sym4);采用上述自適應遺傳系統(tǒng)辨識方法進行辨識，辨識結果為：BestS=157.6942, 3.1904, 42.2122, 0.3027, 10.5315, 1.9382, 4.9925, 8.8999, 45,8783, 94.4774, 22.7701, 128.0847, 105.3025, 87.7958, 8.2869, 101.5385, 75.03

52、11, 41.2927, 105.7540, 145.7527, 30.4466, 75.3121, 10.8201, 16.5258, 2.2897即 100%負荷下的傳遞函數(shù)為： （15）1)s1)(54.87838999.8(157.6942s)s (G11s （16）)10847.128)(17701.22)(14774.94(1904. 3)(12ssssG （17）)17958.87)(13025.105(2122.42)(21ssG18 / 103 （18）)15385.101)(12968.8(3027.0)s (22ssG （19）)17540.105)(12927.41)(

53、10311.75(5315.10)(23sssssG （20）)13121.75)(14466.30)(17527.145(9382.132sssG （21）)12987.2)(15258.16)(18201.10(9925.433sssG分別對汽機調(diào)門開度階躍變化 +1，給煤量階躍變化 +1t/h,則在 100%工況下功率、主汽壓力、中間點焓值輸出響應分別如圖2-9、2-10 所示。1、汽機調(diào)門開度階躍變化 +1%響應曲線，如圖 2-9 所示：T19 / 103(a)功率響應曲線(a)壓力響應曲線圖 2-9 汽機調(diào)門開度階躍變化 +1%響應曲線2、給煤量 B 階躍變化 +1t/h 響應曲線，

54、如圖 2-10 所示(a)功率響應曲線20 / 103(b)壓力響應曲線(c)中間點焓值響應曲線圖 2-10 給煤量階躍變化 +1t/h 響應曲線通過圖 2-10 與圖 2-6 的比較發(fā)現(xiàn)，此處選擇的數(shù)學模型的階躍響應曲線與超臨界機組的動態(tài)特性基本有一致，是符合超臨界協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。21 / 103第第三三章章 多多變變量量耦耦合合系系統(tǒng)統(tǒng)概概述述3 3. .1 1 概概述述超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個多變量控制系統(tǒng)，從理論上說，完全可以按多變量控制理論進行控制系統(tǒng)的設計。但由于受控對象數(shù)學模型的精度不高、控制器結構復雜、設計方法不便于工程技術人員掌握等條件限制，目前直接按照多變量控制

55、系統(tǒng)分析設計理論進行單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計與綜合，還處于初級階段。但隨著多變量控制技術的發(fā)展與完善與計算機控制系統(tǒng)的廣泛應用，這一問題將逐步得到解決。當回路間存在嚴重耦合時，即使采用最好的回路匹配也得不到滿意得控制效果。一種簡單、有效解決方法是對系統(tǒng)進行解耦。解耦的本質在于設計一個計算網(wǎng)絡，用它去抵消過程中的關聯(lián)，以保證各個單回路控制系統(tǒng)能獨立工作。下面我們以某廠 1000MW 超臨界機組在 100%負荷下協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的三輸入（汽輪機調(diào)門開度 T、給煤量 B、給水量 W）三輸出 (功率 N、主汽壓 P、主汽溫 T、中間點焓值 H)的數(shù)學模型進行解耦控制。WBGGGGGGGHPNT33322

56、322211211001211BGGTN232221BGWGGPT3332WG BGH1)s1)(54.87838999.8(157.6942s)s(G11s) 10847.128)(17701.22)(14774.94(1904. 3)(12ssssG)17958.87)(13025.105(2122.42)(21ssG)15385.101)(12968.8(3027.0)s (22ssG)17540.105)(12927.41)(10311.75(5315.10)(23sssssG22 / 103)13121.75)(14466.30)(17527.145(9382.132sssG)129

57、87.2)(15258.16)(18201.10(9925.433sssG一、三輸入三輸出的相對增益 相對增益：是一個尺度，用來衡量一個預先選定的調(diào)節(jié)量j對一個特定的被調(diào)量 yi的影響。對于一個三輸入三輸出的多變量系統(tǒng)，假設y 是包含系統(tǒng)所有被調(diào)量yi(y1=N ; y2=P; y3=H)的列向量， 是包含所有調(diào)節(jié)量 j(1 =T ;2=B; 3 =W )的列向量。為了衡量系統(tǒng)的關聯(lián)性質首先在所有其他回路均為開環(huán)，即所有其他調(diào)節(jié)量都保持不變的情況下，得到開環(huán)增益矩陣P，這里記作：Py其中，矩陣 P 的元素 pij的靜態(tài)值稱為 j到 yi通道的第一放大倍數(shù)。它是指調(diào)節(jié)量 j改變了一個時，其他調(diào)節(jié)

58、量（r）均不變的情況下， jrj與 yi之間通道的開環(huán)增益。顯然它就是除j到 yi通道以外，其他通道全部斷開時所得到的 j到 yi通道的靜態(tài)增益，可表為：rjiijyp然后，在所有其他回路均閉合，即保持其他被調(diào)量都不變的情況下，找出各通道的開環(huán)增益，記作矩陣 Q。它的元素 qij的靜態(tài)值稱為 j到 yi通道的第二放大倍數(shù)。它是指利用閉合回路固定其他被調(diào)量時j到 yi的開環(huán)增益。 qij可以表為：ryjiyijq有了矩陣 P 和 Q，取它們相應元素的比值構成新的矩陣 。元素可以寫作：ijrryjijiijijijyyqp上式即為 j到 yi這個通道的相對增益，矩陣 則稱為相對增益矩陣。23 /

59、103所以該控制系統(tǒng)的第一放大倍數(shù)分別為： 11BWT1111Np32Gy12W2112T31NpGBy0NpB3113T21Wy21BW1221Pp32GyT22W2222T31PpGBy23B3223T21NpGWy0HpBW133131Ty32W2332T31HpGBy33B3333T21HpGWy第二放大倍數(shù)分別為：PHT1111Nq32yyy由于 （1）1211BGGTN （2）232221BGWGGPT （3）3332WG BGH將 N 分別用 P、H、表示：T由（3）式得： (4)3332GBG-HW將（4）帶入（ 2）式得：24 / 103)B(BG33322322332321

60、2333322221GGGGGHGGGGBGHGPTT故 32233322233321T3333322322332321TGG-GGHG-GG-PGGGG-GGHG-G-PB所以 12322333222333213311TGNGGGGGHGGGPGT所以 3223332233211211PHT1111GNq32GGGGGGGyyy同理可得：332132231133221112PH2112GNq32GGGGGGGGByyy331232231133221121NHT1221GGGGGPq31GGGGyyy331132231133211222NH2222GGGGGGGG-GPq31Byyy3211332112332