【精品】火电机组送风控制系统课程设计

1引言

1.1课题背景

火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点能源工业之一，大型火力发电机组在国内外发展很快，是我国现以300MW机组为骨干机组，并逐步发展600MW以上机组。目前，国外已建成单机容量1000MW以上的单元机组。单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群.由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错,有上千个参数需要监视，操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。送风量就是其中一项需要监视的重要参数。本次设计题目是：600MW火电机组送风控制系统。

1。2课题意义

锅炉送风量是影响锅炉生产过程经济性和安全性的重要参数。大型锅炉一般配有两台轴流式送风机，送风量是通过送风机的动叶来调整的。如果送风量比较大，送风量与燃料量的比例系数K（最佳比例值)随之增大,炉膛内燃烧将不会充分，达不到经济性。如果送风量比较小，送风动叶开度就会比较小，临近送风机的喘振区，喘振危害性很大，严重时能造成风道和风机部件的全面损坏,而总风量小于25%时,就会触发MFT （主燃料跳闸）动作.所以，送风量、过高或过低都是生产过程所不允许的。为了保证锅炉生产过程的安全性、经济性，送风量必须通过自动化手段加以控制.因此,送风量的控制任务是：使送风量与燃料量有合适的比例，实现经济运行；使炉膛压力控制在设定值附近,保证安全运行.

2送风自动控制系统

2.1送风量控制系统

实现送风量自动控制的一个关键是送风量的准确测量。现代大型锅炉一般分设一次风和二次风，有些锅炉还有三次风，因此总风量是这三种风的流量之和.

常用的风量测量装置有对称机翼型和复式文丘里管。一些简单的测量装置，有装于风机入口的弯头测风装置和装于举行风道内的挡风板等。

在协调控制中,氧量－风量控制是燃烧控制的重要组成部分,其对于保证锅炉燃烧过程的经济性和稳定性起着决定性作用。在稳态时根据锅炉主控指令的要求协调控制燃料量和送风量,保持适当的风煤比，即保证一定的炉膛出口过剩空气系数a，在动态调节过程中，必须保证增加负荷时先增加送风量再增加燃料量，降负荷时先减少燃料量再减少送风量，保证送风量大于给煤量，以达到空气与燃料交叉限制的目的。

由于到目前为止，还没有找到一种有效的方法来准确地测量给煤量信号,工程实

际中一般以烟气含氧量作为给煤量的一种间接反馈信号.烟气含氧量是一个非常重要的指标。氧量过低，证明燃料没有充分燃烧,浪费燃料又增加了有害气体排放，氧量过高，使送引风机的耗电量增加,造成烟气中的Nox、SO2排放量增多。锅炉运行中，当过剩空气量增多时，不仅使炉膛温度下降,而且也使最重要的烟气热损失增加。因此，过剩空气量要有一个最优值，即所谓的最经济燃烧，过剩空气量常用过剩空气系数a来表示,即实际空气量QP与理论空气量QT之比:

A=QP/QT

过量空气系数α还可以用炉膛出口烟气中的含氧量O2％来衡量，完全燃烧情况下空气系数α与O2％的关系为：

α=21/（21-O2％)

由上式可知α和O2％成反比关系，控制α就可以达到控制烟气中含氧量O2％的目的，其中含氧量一般都控制在5％左右，含氧量信号具有时间延迟短，对判断是否充分燃烧反映快等优点。因此，可将送风调节系统直接看成是氧量调节的过程送风控制系统一个带有氧量校正的串级回路控制系统,所谓串级回路控制系统，就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵调节阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。

2。2模糊自整PID控制器的调节方案控制策略

常规的PID算法为：u（k）=kpE(k)+∑E(k)+KDEC（k）

其中E(k）为输入量偏差EC（k)为偏差变化Kp、Ki、

Kd分别表示比例系数、积分系数、微分系数。糊自整PID控制器是模糊控制器与传统PID控制器的结合，在常规PID控制器的基础之上，根据E和EC(E和EC 是输入偏差e和偏差变化率ec经过输入量化后的语言变量），利用模糊推理思想，PID控制器参数与进行在线自整定。

PID参数模糊整定模型

在不同情况下被控过程的对Kp、Ki、Kd三个参数的要求可以归纳为：

1当｜E|较大时,为了避免系统出现大的超调，须采用积分分离法令Ki＝0

；为了让系统有较好的快速跟踪性能,Kp尽可能取较大值,Kd尽可能取较小值。

2当｜E｜中等大时，为了使系统超调量较小，Kp应该取较小值Ki取中等值。

3当｜E|较小时，为了使系统具有较好的稳态性能，Kp、Ki应该取较大值，为了避免系统出现振荡Kd取中等值。

改模糊控制系统是一个二输入三输出的,输入语言变量论域为：E

(－33）,EC(－33),Kp(0.51），Ki(00。5）,Kd(020).在输入输出语言变量各自论域上定义了7个模糊子集，记为﹛NB,NM，NS,ZO,PS，PM，PB﹜，语言值得模糊子集取为三角形隶属函数。根据参数自要求可以写出Kp、Ki、Kd三个参数的模糊规则。

控制系统建模与仿真

使用Matlab建立模糊控制规则在Matlab中输入fuzzy，如图3所示。

图3Matlab 模糊控制系统图

对控制系统进行仿真分析，先用凑试法试出控制器最佳的PID参数,再对采用了模糊PID控制器的控制系统进行仿真,讲两者结果进行比较。可以看出采用模

糊PID控制器的系统响应略快与普通PID控制器，但是控制时间只有30s比普通PID控制器的80s大大缩短，并且没超调量而普通PID控制器调量为

10％。

仿真结果显示普通PID控制器的控制时间为150s超调量为5％，但模糊PID的控制时间为100s且超调量为0，调节品质好于普通PID。入口扰动仿真将系统输入设置为0，入口扰动设置为20％再进行仿真。

采用模糊PID控制系统过渡时间为80s,优于普通PID的110s.

普通PID控制系统的过渡时间近200s，而模糊PID的过渡时间120s.

图4送风控制系统阶跃响应图

图5送风调节系统入口扰动响应曲线