过热汽温控制系统实践

课程实验总结报告

实验名称:过热汽温控制系统实践

课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）

1 概述 (2)

2 一级过热减温控制 (2)

2.1 相关图纸 (2)

2.2 控制系统原理 (2)

2.3 控制系统结构 (3)

2.4 控制逻辑与分析 (3)

3 实验过程 (7)

3.1 对象特性实验 (7)

3.2 对象传递函数 (7)

3.3 参数整定 (8)

3.3.1 正反作用确定 (8)

3.3.2 实验步骤 (8)

3.3.3 原PID参数 (8)

4 总结 (10)

4.1 正反作用分析 (10)

4.2 串级控制优点 (10)

1 概述

过热汽温(过热蒸汽的温度)的控制就是维持过热出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次实验我们设计采用串级控制以提高系统的控制性能。在双鸭山600MW超临界机组的过热蒸汽系统中，采用了二级喷水减温来控制主汽温，使用的控制策略均为串级控制。

2 一级过热减温控制

2.1 相关图纸

SPCS-3000控制策略管理-8号站-145页、146页

2.2 控制系统原理

过热减温A侧控制系统是串级PID控制系统。通过调节一级减温喷水调节阀，改变一级减温器喷水流量，控制一级减温器出口温度。然后主蒸汽经过过热器，进而达到调节二级减温器入口侧蒸汽温度。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电动门，从而对主被控变量具有更好的控制效果。在减温水串级控制系统中，副回路具有快速控制作用，当蒸汽温度发生变化时能快速实现调节作用，同时它能有效地克服进入副回路的扰动的影响，改善了对象的动态特性。

图2-1 过热系统监控画面

2.3 控制系统结构

对于过热减温串级PID 控制系统来说，在副回路中，控制对象为一级减温器，执行机构为一级喷水调节阀，调节量为一级喷水调节阀门开度，被控量为一级减温器出口温度；在主回路中，被控量为二级减温器入口侧蒸汽温度。自动控制系统框图及控制逻辑图如下：

主蒸汽

一级减温器出口温度二级减温器入图2-2 一级过热减温控制系统结构

2.4 控制逻辑与分析

图2-3 一级过热减温A 控制逻辑图

逻辑分析：

1. 信号处理

① 滤波：主回路和副回路的采样值一级减温器出口温度和二级减温器入口蒸汽温度在送到控制器PV 端前，通过一阶惯性环节的超前滞后模块，起滤波作用，滤波器传递函数为S

611 。 ② 质检：一级减温器出口温度和二级减温器入口蒸汽温度采样值需经过DPQC 模块检测信号品质好坏。

③ 分段线性拟合：单元负荷指令经过分段线性功能块拟合温度信号参与设定值计算。主回路拟合温度，单元负荷指令0-800，拟合范围536-525℃；副回路拟合过热度，拟合范围10-10，需要指出的是单元负荷指令在副回路拟合的过热度与对应压力下的饱和蒸汽温度相加，形成给定值低限。

2. 主回路PV ，SP 及设定值跟踪与无扰切换

主回路控制器PV 取自二级减温器入口A 侧蒸汽温度。当一级减温器在自动控制状态下时，通过模拟量给定值发生器功能块ASET 块输入所要设定的二级减温器入口蒸汽温度偏置值，当单元负荷指令得到的蒸汽温度设定值不能满足控制要求时，可由运行人员设置一定的偏置进行调节。ASET 模块输出控制员在操作面板上给定的设定偏差值与拟合后的蒸汽温度设定值求和，作为设定值输入到控制器SP 端，即SP=ASET+单元负荷指令转换后的蒸汽温度信号。

在手动状态下，ASET 模块DI 输入为1，输出端AO 输出AI 端的蒸汽温度实际与设定值偏差（二级减温器入口A 侧蒸汽温度实际值－拟合蒸汽温度设定值），再与拟合的蒸汽温度设定值相加，得到的值即为实际的二级减温器入口A 侧蒸汽温度，然后送入PID 控制器作为设定值，即：

SP =（PV-单元负荷指令拟合温度信号）+单元负荷指令拟合温度信号 = PV 设定值 = 实际值，这样就实现了手动状态下的控制器设定值跟踪。在控制器手动切换自动时，直接计算得到实际蒸汽温度作为设定值，设定值等于实际值，不会产生扰动，即实现了控制器手自动的无扰切换。

3. 压力分区

使用比较器与逻辑与功能块，将末过出口A 侧压力进行分区间处理，分成

0-7，7-16，16-25，25-33，>=33Mpa这五个区间。

4.分段拟合饱和蒸汽温度

不同压力下的饱和蒸汽温度不同，压力越高饱和蒸汽温度越高，两者关系不是线性关系。不同的压力对应饱和蒸汽温度有不同斜率的转换函数，在逻辑控制策略中无法使用单个分段线性拟合功能块拟合出来，所以这里使用多个分段线性功能块与选择功能块得到不同压力下的饱和蒸汽温度。

图2-4 不同压力下的饱和蒸汽温度分段线性拟合

表1 末过出口压力分段线性拟合饱和蒸汽温度

5.MAX低限逻辑

在控制逻辑中可以看到主控制器输出需经过一个最大功能块MAX后送到副PID控制器SP端，这里实现副控制器设定值低限功能。原理是：MAX AI1端= 主PID输出的一级减温器出口温度设定值取最大值

MAX AI4端= 末过出口压力分段线性拟合对应压力下的饱和蒸汽温度+单元负荷指令分段拟合的过热度10℃

两者取大，实现副回路设定值低限，既能PID1输出给定值指令太低，又能使设定值保持一定的过热度（10℃），使设定值高于对应压力下的饱和蒸汽温度，防止蒸汽带水，即使一级减温器少喷水。