西門子主汽溫度控制策略的仿真研究

引言

　　在火電廠控制系統中，主汽溫度控制一直是難以解決的問題，這主要是因為汽溫控制對象具有大延時、大慣性和時變性的特點，采用常規和簡單的控制規律均難以獲得較好的調節效果。

　　目前，工程中常用的汽溫控制系統采用的是最基本的串級調節和具有導前微分的雙回路控制結構，并在此基礎上引人Simith預估和參數自適應等控制策略。但以上控制策略的共同缺點是克服系統的純滯后性和大慣性環節的能力較弱。為了提高控制精度，本設計采用西門子公司主汽溫度控制策略。

一、控制系統特點分析

　　1.1控制原理

　　西門子公司汽溫控制系統原理如圖1所示，這是一個具有導前溫度信號的雙回路汽溫調節系統。內回路采用[(1-PTn)*導前溫度]為反饋信號。它相當于一個實際微分環節，動態時使PTn模塊的輸出近似與主汽溫相等，從而改善主汽溫調節對象的動態特性；穩態時內回路輸出為零，使過熱器出口汽溫等于給定值。外回路的作用是根據過熱器的運行工況，對控制器的參數進行增益調整。

　　則圖l可簡化為圖2所示框圖，即系統由原來的雙回路控制系統簡化為單回路控制系統。

　　1.2 PTn模塊的整定

　　為了便于對汽溫控制系統進行整定，西門子公司給出了PTn 模塊的擬合參數表。本文選擇n=6 ，如表1所示。表1中：Tu為鍋爐減溫水流量的線性函數；Tg為鍋爐負荷（主汽流量）的線性函數。

　　通過減溫水階躍擾動試驗，得出主汽溫和二級減溫器出口汽溫（導前汽溫）的階躍響應曲線，再由主汽溫和導前汽溫響應曲線可估算出惰性區的傳遞函數。

　　1.3變增益回路的整定

　　在不同運行工況下，減溫水流量擾動下汽溫控制對象的動態特性存在著較大的差異。因此，為了獲得較好的調節效果，應在不同工況下進行試驗，并采用變參數調節。圖1中內回路的作用就是根據過熱器的運行工況，對控制器的參數K進行增益調整。西門子公司給出了變增益回路的經驗整定方法。

1.4 變增益控制

　　主蒸汽的燴值表示每1kg蒸汽應具有的熱值，主蒸汽每變化1℃所對應的燴差變化表示每1kg蒸汽所需的熱值改變。根據水蒸氣熱力性質表，在不同汽壓和汽溫工況下，過熱蒸汽的燴差變化是不同的。因此，汽溫控制對象的動態特性是隨著運行工況而發生改變的。根據燴差變化進行變增益控制是近年來西門子在汽溫控制中采用較多的方法。

　　汽溫每變化1℃所需的減溫水量取決于在不同汽壓和汽溫下過熱蒸汽的燴差變化。在一定的汽壓和汽溫范圍內，增益調整值是燴差的線性函數。

　　根據減溫水作用的區域，取導前汽溫作為燴差計算的汽溫參數，汽壓參數則取主汽壓力信號，輸人燴值計算表，即可得出汽溫每變化1℃的焓差值。

二、仿真研究

　　本文采用Simulink對西門子公司主汽溫度控制策略進行仿真研究川，并與串級汽溫控制系統進行比較。仿真結果如圖3所示。

　　由圖3可以看出，系統分別在t=150s時加人定值擾動和在，t=300s時加人減溫水流量擾動。與傳統的串級控制相比，西門子主汽溫度控制策略的控制性能具有恢復時間快、振動幅度小的特點。試驗結果表明，采用西門子主汽溫度控制策略控制主汽溫具有很強的抗干擾能力，其控制品質得到很大改善。如果在以上情況下略微調整參數，其控制品質還會得到進一步改善。

　　總的來說，采用西門子主汽溫度控制策略對模型的不確定因素和內外擾動均有很好的適應能力，其控制品質要遠優于常規的串級控制。

三、結束語

　　本文根據過熱器的運行工況，通過采用西門子主汽溫度控制策略，對控制器的參數進行增益調整，使過熱器出口汽溫等于給定值。從仿真結果來看，與一般串級汽溫調節系統和具有導前微分信號的雙回路汽溫調節系統相比，西門子主汽溫度控制策略具有更好的調節品質。

　　由于僅針對過熱汽溫惰性區的傳遞函數構造數學模型，所以該控制策略受對象特性參數變化的影響較小，系統的魯棒性較好。由此可見，西門子主汽溫度控制策略非常適用于主汽溫控制系統中存在大干擾、大延遲、時變性、不確定性和非線性的復雜熱工對象。