300MW机组主汽温控制系统分析设计

华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）I300MW机组主汽温控制系统分析设计摘要随着我国电力工业的迅速发展，越来越多的高参数大容量机组陆续投产。从发展趋势看,300MW及以上等级的火电机组已成为大电网的主力机组。同时大容量机组的不断增加和电网调度自动化程度的日益提高，对火电厂机组的控制品质提出了更高的要求。主蒸汽温度是锅炉运行中的主要参数,它的高低直接影响锅炉安全稳定运行。锅炉主汽温控制有非线性和时变性。其大延时和大惯性的特点使其一直以来都成为火电厂自动控制的难点。本次毕业设计，针对分段串级汽温控制系统的特点，组成及工作原理进行分析，提出一种适合大迟延对象的并能在实际中得到应用的控制策略后，进行仿真实验，研究其动态特性与鲁棒性。关键词：过热器，分段控制，串级控制，过热汽温，控制策略华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）IISTEAMTEMPERATURECASCADECONTROLSUB-SYSTEMPERFORMONCEANALYSISANDSIMULATIONAbstractWithChina'spowerindustrydevelopingrapidly,moreandmorelarge-capacityhigh-parameterunitshaveputintoproduction..Fromthedevelopmenttrend,above300MWunitwillbecomeamainunitofthepowergridsinthefuture.Withtheincreasingofthelarge-capacityunitandtheincreasingdegreeofautomationoftheschedulinggrid,itisahigherdemandtothequalitycontrolofthethermalpowerplantunit.Supercriticalgeneratingunitsisthedevelopmentoflarge-capacitygeneratingunitsinChinawillalsobecomethemainforceunits.Themainsteamtemperatureisthemainparametersintheboileroperation,whichaffectthesafeandstableoperationofboilerdirectly.Thecontrolofmainsteamtemperatureintheboilerisnonlinearandtimevariability.Itisverydifficulttocontrolforthelargedelayandtheinertiaofitscharacteristics.Inthispaper,wefocusedonthecharacteristics,composition,andtheprinciplesanalysisofmainsteamtemperaturecontrolsystemandandproposeacontrolstrategythatfitsthelargedelaycontrolststemandcanbeappliedinpractice.Then,wemustconductthesimulationanddynamicperformanceanalysis.Keywords:superheater，segmentcontrol，cascadecontrol，superheatedsteamtemperature，controlstrategy华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）III目录摘要........................................................................IAbstract...................................................................II第一章绪论.................................................................11.1课题内容和背景..........................................................11.1.1汽包炉主汽温控制系统的工艺流程........................................11.1.2过热器的分段控制策略..................................................11.1.3过热汽温控制的意义及控制难点..........................................11.1.4串级控制策略..........................................................21.2本文的研究内容..........................................................3第二章主汽温热力系统及控制策略分析.........................................52.1汽包炉与直流炉汽温控制系统的区别........................................52.2过热器的工艺流程........................................................62.3汽温调节对象的动态特性..................................................62.4过热汽温的分段控制策略..................................................82.5主汽温控制的任务分配....................................................92.6串级控制系统的概述......................................................92.7串级汽温调节系统.......................................................11第三章主汽温控制方法.....................................................133.1概述...................................................................133.2PID控制法.............................................................143.3智能控制...............................................................143.4Smith预估器...........................................................16第四章分段串级控制系统的工程实现..........................................174.1过热汽温控制系统SAMA图................................................174.2过热汽温控制连锁逻辑...................................................18第五章分段串级汽温控制系统的仿真实验......................................205.1常规PID控制...........................................................205.1.1PID调节器参数工程整定法.............................................205.1.2被控对象数学模型.....................................................205.1.3主汽温控制系统simulink仿真及性能分析................................215.2史密斯预估补偿控制.....................................................235.3自适应史密斯预估补偿控制...............................................24华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）II第六章总结................................................................27参考文献...................................................................28致谢........................................................错误!未定义书签。华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）1第一章绪论1.1课题内容和背景1.1.1汽包炉主汽温控制系统的工艺流程汽包炉主汽温控制系统是由汽包，水冷壁，减温器和过热器串联而成。其工艺流程可以从图1-1中看出。主汽温控制系统采用分段控制策略，具体内容可见1.1.2。汽包炉主汽温调节可以分为A、B两侧，蒸汽经过A、B两侧过热器后进入联合混热箱，最后通过蒸汽管道进入汽轮机。通过A、B两侧一级减温器喷水注入过热器来调节A、B两侧一级过热器的出口蒸汽温度，通过A、B两侧二级减温器的喷水流量来控制主蒸汽温度。Ws汽包过热器过热器喷水减温器水冷壁主汽温图1-1汽包炉主汽温控制系统的工艺流程图1.1.2过热器的分段控制策略过热器一般会分为低温过热器、屏式过热器和高温过热器。过热器采用两级喷水减温，一级喷水减温器通常布置在屏式过热器之前，且分布在过热器的中间位置。二级喷水减温器通常布置在高温过热器之前，同样安装在过热器的中间位置。一级减温器的作用是使屏式过热器出口温度维持在设定值，以保护屏式过热器管壁不超温，同时配合高温过热器温度控制系统的工作。二级喷水减温器是使主汽温维持在规定的范围内，并保持末级过热器不超温。过热器每级喷水减温系统均有两只减温器，每只减温器均分A、B两侧。对于A、B两侧来说，由于其出口均有独立的温度测点，且温度的设定值可以相互独立，所以其控制系统可以设计为两套独立的汽温控制策略。1.1.3过热汽温控制的意义及控制难点过热汽温控制对于机组的安全经济的运行有着非常重要的意义，但同时也是最难控华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）2Wa2(s)Wa1(s)Wo1(s)Wo2(s)Wh1(s)Wh2(s)Wu1(s)Wu2(s)u1u2yyaut+-+-++++制的的系统之一，其控制难点主要体现在一下几个方面：1）过热汽温的干扰因素很多，例如负荷，减温水量等。2）在各种扰动量的干扰下汽温对象具有非线性、时变等特性，使控制难度加大。3）汽温对象具有大迟延、大惯性的特点，尤其是随着机组容量和参数的提高，蒸汽过热受热面的比例加大，使其迟延和惯性进一步加大，增大了控制难度。但同时过热汽温控制对于机组安全经济的运行有着相当重要的作用，主要有以下几个方面：1）过热汽温过高会使蒸汽管道金属和锅炉受热面的蚀变加快，影响使用寿命。当超温严重的时候，将会使材料强度急剧下降从而导致管道破裂。过热汽温过高还会导致汽轮机的汽缸、汽门、前几级喷嘴和叶片的机械强度下降，导致使用寿命降低和设备损坏。2）汽温过低，将会影响机组的经济性。当汽