北仑1和2号600MW单元机组协调控制系统的设计与应用

大容量单元机组机炉协调控制系统的设计与调试是一项综合性很强的技术工作,基于IFO-KΔx的状态反馈可以预测汽压的变化趋势,有效克服汽压过调或振荡现象,对锅炉汽压的稳定起到关键性作用。该文提出了“正踢”和“反踢”的设计概念,用以克服锅炉的大迟滞和大惯性,由基于IFO-KΔx的状态反馈、“正踢”和“反踢”以及PID调节器共同组成一个综合型协调控制系统,充分发挥了各自的特长。将上述方案实际推广应用于北仑1和2号600MW单元机组的机炉协调(CCS)和自动发电控制(AGC)系统中,取得了:①稳定工况下负荷控制偏差在±3MW之内,主汽压静态偏差在±0.2MPa;②定压段变负荷时,当负荷变化100MW时,实际负荷变化速率>12MW/min;③滑压段变负荷时,主汽压偏差在±0.5MPa,实际负荷变化速率>9MW/min的优良控制效果,为单元机组协调控制系统的成功应用提供了一个范例。此外,通过对北仑600MW单元机组仿真试验曲线与现场实时趋势曲线的比较,表明文中所选用的数学模型是正确和有效的。

基于增量式函数观测器的状态反馈在平凉4×300MW单元机组中的应用

单元机组被控对象本是非线性系统,本文在机理性数学模型的基础上,给出了其增量式观测器IFO-KΔAx的状态空间描述,并将基于。IFO-KΔx的状态反馈与常规PID控制相结合。采用状态反馈控制克服受控对象的时滞与惯性,提高控制系统的快速性和负荷适应能力,应用PID控制来保证受控对象的稳态指标。实践表明:IFO-KΔx对受控对象的数学模型要求不高,特别是应用于迟滞和惯性较大的受控对象时,所设计的观测器具有很好的鲁棒性。该控制方案应用于平凉电厂4X300MW单元机组的机炉协调及主汽温等控制系统中取得了优良的控制效果,其控制算法简单实用,且便于推广。

本生直流炉机炉协调控制系统的设计新方法及其工程应用

直流炉的控制技术是热控领域一个重要的研究课题,与汽包炉有较大的差别,该文从直流炉非线性数学模型的结构入手,导出其线性增量型数学模型,进而采用状态空间法加以描述,建立了相应的增量式状态观测器,分别设计了新型的适用于直流炉的机炉协调控制系统、锅炉给水控制系统和过热器蒸汽温度控制系统。通过在实践中对上述控制系统的整定与优化,取得了优良的控制效果:机组在大负荷范围(80MW)和高负荷变化速率(9MW/min)的工况下减负荷时,过热器出口汽温、机前压力和有功功率等参数的调节品质满足电力系统热工自动化的行业标准。现场实时控制的应用效果展示了该项技术的先进性和实用性,同时也为超临界机组控制策略的选择提供了参考和借鉴。

直流炉机组给水控制系统的设计与应用

超临界(或直流炉)机组协调与给水控制系统,其被控对象具有多入多出强耦合、非线性、变参数的特点。研究工作以受控系统能控且可稳为设计目标,以2种类型的实际运行机组为研究实例,设计相应的控制系统。针对直流炉机组给水控制系统的技术难点问题,首先分别给出协调与给水控制系统单独运行时的稳定性条件及证明,再进一步由数学推理给出整个控制系统联合运行的稳定性分析。以2台300MW亚临界直流炉机组和1台600MW超临界机组的实际运行效果,验证了该研究方法的有效性和实用性。数学分析还揭示了控制系统中PID调节器的作用,为实际工程应用中参数整定和误差估计提供了理论依据和实用方法。

超临界机组协调控制系统设计新方法及其工程应用

超临界燃煤发电机组配置的直流锅炉,动态特性复杂。该文给出超临界机组协调受控对象的一种实用数学模型,采用观测器预估燃煤的热值,设计一种基于增量式函数观测的状态反馈+串级PID+智能控制(IC)+热值补偿(BTU)的综合型协调控制系统。采用数学方法描述了IC部分的具体内容,用状态空间法给出了整个控制系统的数学描述。通过数学分析,证明了系统稳定的充分条件,揭示了该综合型协调控制系统中串级PID调节器的作用。工程应用表明,在定压、滑压两种方式下变化负荷,其负荷速率可达12MW/min,证明了该控制系统的稳定鲁棒性。

单元机组的实用非线性数学模型及其应用

该文应用数学方法对多变量机炉协调非线性动态仿真数学模型的结构进行描述和分析,推导出其输入和输出之间的传递函数矩阵,在此基础上对该非线性动态仿真数学模型与线性增量形数学模型之间的内在联系,进行了分析和讨论,为在理论上解释单元机组受控对象数学模型的特性奠定了基础。通过对北仑电厂600MW单元机组的仿真试验曲线与现场实时趋势曲线进行比较,证明了文中所论之非线性动态仿真数学模型的有效性。

燃煤发热量软测量技术及其在超临界机组控制系统中的应用

采用非线性观测器的方法,通过对"广义热值"观测器的数学分析,探索燃煤发热量的软测量技术。在一台660MW超临界机组以12MW/min的变动速率、分5次将负荷从525MW降至245MW、机前压力从24.2MPa滑变到12MPa的工况下,取得了将有功功率偏差控制在5MW以内的效果,实践证明该超临界机组在协调控制系统中融入热值观测器有很好的鲁棒性,表明其能够快速响应自动发电控制(automatic generation control,AGC)大幅度变负荷的要求。

姚孟电厂2号机300MW单元机组机炉协调受控对象的数学模型

首次将机炉协调控制系统被控对象的非线性数学模型直接用于姚孟发电厂2号机300MW单元机组的分散协调控制系统(DCS)。通过在线调整模型参数和在相同时间段内对比不同工况下实际受控对象的工程值曲线与仿真模型的计算值,证明了此模型能很好地反映机炉协调被控对象的实际特性,同时也证明了该模型的正确性和准确性。

基于状态观测器的状态反馈控制在300MW单元机组协调控制系统中的应用

在单元机组机理性数学模型的基础上,设计了一种增量式状态观测器,提出基于状态观测器的状态反馈与常规PID控制相结合的新型控制方法。采用状态反馈控制克服锅炉的时滞与惯性,提高机组负荷适应能力,应用PID控制保证控制系统的稳态指标。该算法还具有在分散控制系统中易于实现的优点。该控制方案在一台300MW单元机组中的实际应用效果表明:采用基于增量式状态观测器的状态反馈控制,可有效克服锅炉的时滞与惯性,同时还由于其减缓了模型失配的程度,因而可克服非线性、参数慢时变等不确定性因素的影响,特别是当机组负荷发生较大变化时,本方案更显示出其优良的控制性能。

协调控制系统快速响应AGC指令的设计新方法及其工程应用

自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)是当代电网自动控制的一项基本要求。目前参与AGC控制的火电机组存在响应速度慢等问题,使电网AGC的控制效果较差。姚孟发电有限责任公司的1号和2号300MW本生直流炉式单元机组采用了增量型状态观测器与传统PID控制相结合的协调控制方案,并采用了文章给出的AGC与CCS的接口控制逻辑,使协调控制系统中的预给煤运算等功能在AGC方式下能得以实现,从而使机组能快速响应AGC负荷指令。两台机组AGC联调试验实时趋势曲线证明了这一点。

单元制再热凝汽式汽轮机数学模型分析及其动态特性仿真

将单元机组的锅炉、汽轮机等分开孤立地建模,存在若干难以解释的问题。从单元机组的运行机制加以考虑,将汽轮发电机组置于锅炉和单元机组协调控制系统的整体运行环境下,提出一种用于电力系统稳定分析的改进型数学模型。既适用于暂态仿真,同时又可用于电力系统中长期动态仿真。通过自定义建模方法,在电力系统分析综合程序中进行仿真试验表明,闭环控制系统对机械功率输出和汽轮机通汽量的动态超调过程有一定的影响,而回热系统影响该动态超调量的幅度,同时对动态过程有延迟效应。

预给煤控制逻辑在单元机组协调控制系统中的应用

在单元机组机炉协调控制系统(CCS)中,应用了基于增量型状态观测器的状态反馈,设计了具有预测功能的预给煤运算控制回路,有效解决了机炉协调被控对象的非线性、参数慢时变、迟滞与大惯性以及强耦合等问题,机组能快速响应负荷指令和压力设定值的变化,有功功率和主蒸汽压力均很快趋于稳定。工程应用的实际效果证明了该协调控制方案的实用性和有效性。

机炉协调多变量受控系统线性增量形数学模型分析

文中以火力发电厂机炉协调多变量受控系统为研究背景,借鉴机理建模方法,给出单元机组被控对象的一种线性增量式集总参数数学模型,并应用状态空间法对其进行描述和分析,推导出输入和输出之间的传递函数矩阵,通过数学分析,导出其数学模型在结构方面的内在联系,从而对采用辨识方法建立单元机组被控对象的数学模型,提供一些重要的理论依据和设计概念。

过热器蒸汽温度状态观测器的鲁棒性分析

工程中过热蒸汽温度作为被控对象通常是n阶大惯性环节,且状态不可测。以常规手段,通常很难达到理想的控制效果。该文以这个实际工程问题为研究背景,根据状态观测器和鲁棒观测器设计的理论,研究过热器蒸汽温度动态特性状态重构的实用技术,分析采用高阶惯性环节作为过热器的状态观测器的适用性。得出在保持系统稳定的前提下,惰性区时间常数的允许变化范围。通过分析得知状态观测器确定时,此范围只和状态反馈增益阵有关。仿真试验验证了理论分析结果的正确性。

锅炉蒸汽温度鲁棒控制系统研究及其稳定性分析

锅炉蒸汽温度受控对象具有全程非线性和时变特性,给建模和控制系统设计带来较大困难。采用广义约当块及代数等价变换方法,可将分段的传递函数描述转换为变参数的状态空间描述,对3种典型控制系统的稳定鲁棒性所进行的理论研究表明,对同一组传递函数描述的具有非线性和时变特性的高阶惯性受控对象,依据其任一代数等价的状态空间描述所构建的Luenberger函数观测器,在满足一定的条件时,存在n×n解阵T(t)满足Sylvester矩阵方程T(t)A(t)?FT(t)=GC(t)。文中给出了3种类型锅炉蒸汽温度控制系统全局渐近稳定的充分条件,及其调节器的稳态工作点。仿真试验和工程实践证明了理论分析的正确性和控制系统的稳定鲁棒性。

发电厂综合型协调控制系统的设计与应用

采用状态空间统一描述基于增量式函数观测器IFO-KΔx的状态反馈+PID综合型协调控制系统,通过数学分析,给出了控制系统稳定的充分条件。在一台600 MW机组机炉协调控制的工程实践中取得实际效果表明,在协调方式累计降负荷375 MW,机前压力从16.5MPa滑压减至13.0 MPa,当负荷指令以18 MW/min和8 MW/min两种速率变化时,实际负荷和机前压力均接近同样的速率达到目标值。这有效地解决了机炉协调受控对象所具有的非线性、参数慢时变、迟滞与大惯性以及耦合等难以控制的问题,证明了该设计方案和理论分析的正确性。

增量式变增益函数观测器在时变系统中的应用

在增量式函数观测器IFO-KΔx的基础上,给出增量式变增益函数观测器IFO-K(T(t))Δx和增量式变增益全维状态观测器IFO-T(t)Δx的数学定义,从而使得增量式观测器的应用领域进一步扩展到非线性慢时变受控系统中。文中分别给出了IFO-K(T(t))Δx和ISO-T(t)Δx成立的充分条件,进而得出对工程实践非常有意义的结论,即在定理所论条件下增量式观测器的设计可以避开求解Sylvester矩阵方程,从而为观测器的工程应用提供了更加完备的理论依据。工程实践证明了这一结论的正确性。

对一种火电机组数学模型的剖析

对单元机组机炉协调控制系统的研究,通常要依据某一类数学模型,借以检验设计概念的正确性和控制策略的有效性。如果所依据的数学模型不能很好地反映受控对象动态特性的内在本质,那么,仿真试验的结果就难以说明所设计的控制策略是成功的。文中列举了热控领域相关研究工作中使用的一些数学模型,针对Bell-A&stro&&m模型及其相关控制系统的研究工作,提出商榷意见,并通过仿真试验说明该模型存在的问题,同时指出Bell-A&str&o&m模型与实际机组的工艺系统设备及工作条件有关,应用时要注意依据机组的实际情况加以修正。此外,对为检验非线性系统线性化处理工作的正确性和有效性而设计的仿真试验,提出意见和建议。

状态观测器及状态反馈控制在亚临界锅炉蒸汽温度控制系统中的应用

提出了一种将状态反馈与ＰＩＤ 控制相结合的控制方案，既克服了ＰＩＤ 对大滞后对象控制效果不理想的缺点，同时又具有在目前的ＤＣＳ系统中易于实现的优点。该控制方案应用于一台１０２５ｔ／ｈ 的亚临界锅炉蒸汽温度控制系统中，取得了将偏差控制在不超过±２℃范围内的优良效果。

高阶惯性环节状态反馈极点配置的一种简易方法

控制系统的各种特性和各种品质指标,很大程度上是由系统的极点位置所决定的。因此,系统综合指标的形式之一,是在s平面上给出一组所希望的极点。所谓极点配置就是通过反馈阵的选择,使闭环系统的极点,恰好处于所希望的一组极点的位置上。即是仅通过状态反馈,就能任意配置极点。对于一个确定的状态反馈极点配置问题,当采用不同的方法去求解时,可以得到不同的状态增益阵。这说明了状态反馈极点配置问题解的不唯一性。由于状态反馈极点配置问题的求解方法具有较强的理论性和一定的计算工作量,因而,常常会影响在工程环境中的应用。该文提供一种方法,当被控对象为高阶惯性环节时,可运用代数学中普遍应用的二项式定理,将高阶惯性环节的状态反馈极点配置问题的矩阵运算转换成代数运算,从而简化了状态反馈极点配置问题的求解过程。该方法简单实用,仿真试验结果表明了该算法的有效性。