Simulink锅炉汽包水位串级控制系统仿真研究(2)
3.5.1 控制器的选择 23
3.5.2 副回路的参数设计 23
3.5.3 主回路的设计 24
3.6 三种控制系统仿真结果 26
3.7 本章小结 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 引言
1.1 研究背景及现状
电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否的重要标准。锅炉作为电厂的一个重要设备，对其进行自动控制尤为重要。锅炉汽包水位是锅炉控制系统的一个重要参数，关系到电厂的安全运行。保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。在锅炉运行过程中，存在着大量的随机性干扰因素，如负荷冲击、电网电压的波动以及引起的给水、供风、供油量的变化等，此外，燃料品质的改变亦造成燃料的不稳定，这些因素使得汽包水位具有复杂的动态特性。汽包水位过高或过低，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利影响。水位过高，会影响汽包内的汽水分离效果，送出的饱和水蒸汽中含水过多，蒸汽品质变差，导致过热器表面结垢并损坏，若以此蒸汽带动汽轮机，将会造成汽轮机叶片因水冲击而损坏，严重的就发生安全事故。水位过低，则因汽包内的水量较少，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内的水量变化速度很快，则可能破坏水循环，使水冷壁的安全受到威胁，甚至造成水冷壁爆管。因此，必须对水位进行严格控制。汽包水位控制的目的就是要克服锅炉负荷变化所引起的“虚假水位”的影响和各种干扰对水位的影响，文持水位在允许的范围内变化 [1-5]。
目前，汽包水位控制策略有单级控制和串级控制。广泛采用的是串级控制系统，串级控制系统由主回路和副回路两个回路构成。副回路起“初调”的作用，主回路用来完成“细调”的任务，以保证被调量满足工艺要求。串级控制系统具有以下较好的控制性能：对二次干扰有很强的克服能力；改善了对象的动态特性，系统的时间常数减小，工作频率提高；对负荷的变化有很强的适应性[6]。按冲量来分，现在主要有单冲量、双冲量、三冲量几种。这里的冲量就是变量。单冲量控制系统的变量就是汽包水位，该系统无法克服虚假水位带来的严重后果，对负荷不灵敏，也无法克服给水干扰。因此这种控制方法现在很少用。双冲量水位控制系统适用小型低压而且给水比较稳定的锅炉。三冲量水位控制系统抗干扰能力强，适用于大中型中压锅炉。目前，广泛采用单级三冲量或串级三冲量给水控制方案。随着单元机组容量的增大，对控制品质的要求越来越高[7-11]。串级控制系统经过长时间的研究，发展出了很多新的控制方案。
1.2 先进的控制方法介绍
吕广红等研究的锅炉汽包水位控制系统采用的模糊控制三冲量串级控制系统，其中蒸汽流量、给水流量和汽包水位等3 个信号量经过变送器转换成电信号作为系统的输人量，输出量控制执行器改变水阀的开度来调节给水流量，稳定汽包水位。其研究结果显示，控制系统的快速性较之PID系统不具有优势，而且存在一定的静态误差，但是模糊控制系统较之PID控制系统抗干扰能力强，整定时间短，稳定性好， 鲁棒性好。
在GPC算法的基础上发展起来的一种针对具有串级控制结构对象的新型控制算法串级广义预测控制CGPC，其控制结构的最大特点是采用了一个串级广义预测控制器代替传统的PID控制器。张嘉兰等研究的锅炉水位控制系统， 即CGPC-PID串级三冲量汽包给水控制系统，内回路的主要任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水量，以保证给水量和蒸汽流量的平衡；外回路的任务是保证水位无静态偏差；而前馈通路则用于补偿外扰，主要用于克服“虚假水位”现象。通过与PID-PID串级控制系统仿真比较，证明该方法具有很好的动态性能和稳定性的同时，也具有较好的抗扰动性能。而且这种控制策略非常适用于电厂现场实现，使复杂生产过程控制在最佳运行状态，还能降低煤耗[12]。
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