大型火电机组热工自动控制系统

大型火电机组热工自动控制系统

一、自动化

支撑：理论与技术

从技术装置来看发展：

1．三、四十年代基地式仪表

2．五、六十年代单元组合仪表

3 ．七十年代计算机控制

国外，五十年代开始试验计算机控制

（1）DDC控制

（Direct Digital Control直接数字控制）

（2）SCC控制

（Supervisory Computer Control监督计算机控制）

（3）DCS控制

（Distributed Control Systems分散控制系统）

（4）FCS控制

（Fieldbus Control System现场总线控制系统）

理论上看控制发展：

五十年代以前，

理论基础是传递函数（经典控制），以简单控制系统为主。六十年代，以状态空间分析方法为基础，现代控制理论应用。

由于以线性系统为前提，但实际应用效果不好。

第三代控制理论出现

针对机理复杂，精确数学模型难以建立。

理论上看控制发展：

以专家控制系统、神经网络控制和模糊控制为主。

典型应用：

MAX Power 1000+ 以专家系统，神经网络进行生产过程设备故障分析和性能分析。

XDPS分散控制系统（新华控制工程公司）加入了模糊控制模块。 OVATION分散控制系统(西屋）提供模糊控制、神经网络算法模块。

二热工自动化

自动检测

顺序控制

自动保护

自动调节

我国机组近年发展：

300MW→600MW亚临界→ 600MW超临界

→1000MW（ 660MW）超超临界

一般 600 MW机组单元机组和公用系统I/O 测点数量一般约8000~9000点；控制设备数量约为 750~ 900 个。（ DCS 系统） 1000MW超超临界机组单元机组和公用系统 I/ 0 测点数量达到 12000 点左右，控制设备数量约为 1100~1400 个，模拟量控制回路数量和600MW机组无明显差别。

三、控制系统构成

控制系统四个部分：被控对象、检测变送、控制器、调节机构

控制系统分类

结构分：单变量控制系统、多变量控制系统

工艺参数分：过热汽温控制系统、主蒸汽压力控制系统

任务分：比值控制系统、前馈控制系统

装置分：常规过程控制系统、计算机控制系统（DCS、FCS）

闭环分：开环控制系统、闭环控制系统

控制系统的分类

按给定值的不同来分类：

1．定值控制系统

2．随动控制系统

3．程序控制系统

四、控制性能指标

四个常用指标

(1)衰减比和衰减率

(2) 最大偏差和超调量

（3）调节时间（控制时间）

（4）余差（静态偏差）

五、被控对象动态特性

1、多输入单输出的被控对象

2 多输入多输出系统

热工对象一般特性

对象动态特性具有以下一些特点。

（1）被调量的变化是不振荡的

（2）被调量有迟延和滞后特性

（3）自平衡能力和无自平衡能力

（4）描述对象的动态方程的参数有：放大倍数K、时间常数T、迟延时间τ。

六、控制策略

1、PID控制

proportional—integral—derivative control

PID控制规律：

（1）原理简单，使用方便。

（2）适应性强。

（3）鲁棒性强。

比例控制（P控制）

（一）控制规律：

积分控制（I控制）

（一）控制规律：

消除余差，但稳定性变差（相对纯P控制）

（三）积分时间对过渡过程的影响（纯I控制）

（四） PI控制

I控制响应慢，工程上很少有单独使用，一般都是PI控制。

微分控制（D控制）

（一）控制规律

实际PD：

（三） PID.

2、其它控制策略

（1）自适应控制

（2）预测控制

七、控制系统结构

1、单回路反馈控制系统

时间常数和迟延时间对控制质量的影响

1、干扰通道时间常数Td和迟延τd的影响。

控制通道T和τ对控制质量的影响

T对控制质量的影响

控制通道时间常数太大，系统反映速度慢，工作频率下降，过程的持续时间较长。

T太小，反应过于灵敏，容易引起系统振荡。

τ迟延对控制质量的影响

测量元件和变送器特性对控制质量的影响

执行机构特性对控制质量影响

1 调节阀在联管路中

单回路控制系统的参数整定

整定基础

根与响应关系

2、串级控制系统

(3)提高了系统的工作频率

3、前馈控制系统

反馈控制：总是落后于干扰作用，是不及时控制。

前馈－反馈的优点：

（1）减化前馈控制系统，

（2）降低了对前馈调节器精度的要求，

（3）控制精度高，控制及时，显著提高控制质量。

前馈——串级控制

另一种形式的前馈：针对(1)随动系统，R变化；（2）对象时间常数大

典型应用：燃料控制系统，协调控制系统，前馈形式是动态的微分形式。

4、比值控制系统

单闭环比值控制系统

双闭环比值控制系统

5、解耦控制系统

解耦形式

1、串联补偿法

2、前馈补偿法

具体应用