国产300MW燃煤机组解耦控制系统的设计

贾程征

152601199303212137

摘  要：单元机组作为火力发电厂的主流机型，它的协调控制系统是大型火力发电机组的主要控制系统之一，实现协调控制已然成为自动控制生产的基础条件。以单元机组协调控制系统为基础进行优化管理的电网已经成为电力行业的发展趋势。这驱使单元机组协调控制系统设计的进一步提高成为火力发电厂自动控制中不可或缺的研究内容。

本文主要介绍了300MW火电厂锅炉和汽机的主要设备和生产流程，分析了动态特性，研究了解耦控制的计算方法，使用了解耦控制串级后补偿法，应用了衰减曲线法的单回路控制整定的方法，计算了调节器的参数。

通过仿真对协调控制系统解耦前后分别进行了动态性能研究和控制效果的验证。结果表明，系统在经过解耦后性能得到了较好的优化，控制性能进一步得到提升。

关键词：单元机组；协调控制系统；300MW燃煤机组；解耦控制系统

国内外对解耦控制系统设计的研究现状

（1）传统解耦控制方法

传统解耦主要就是针对线性MIMO系统，而其中最令人普遍认可就是频域法。传统解耦还包括包括对角矩阵法、相对增益分析法、特性曲线分析法、状态变量法、逆奈氏阵列法（INA）等。

（2）自适应解耦控制方法

MIMO虽然是目前各领域研究的基础，但是其自身还存在着许多问题，例如不确定性，解耦其实说白了就是一个化整为零的过程，将一个完整的多变量系统转化为多个单独变量进行控制，如果想实现对于非线性或者时变系统进行精确解耦，只有将控制与被控对象的解耦进行非常紧密的结合。

（3）鲁棒控制

设计一个合适的鲁棒预补偿器，是鲁棒控制理论当中的重中之重，使摄动系统为鲁棒对角优势，从而将多变量系统化为若干单变量系统来设计。

解耦控制器对其外部环境或者被控对象的波动较为敏感，尤其是对于不确定性，所谓的不确定性其实就是参数的不确定，因为解耦控制器并不是一个拥有广泛控制能力的控制器，它只能有针对性的进行控制，如果参考的数据不同，那么整个控制过程也就不一样。所以，如果参数不确定，就很难搭建一个控制系统，更不要说稳定控制，鲁棒性也就随之降低，就减少解耦控制器对系统参数的敏感程度，但是其只能有针对性的解决问题，即怎样恰当设计解耦控制器，使解耦效果到达最好，就需要稳定性和鲁棒性的基础进行调节。此外，最大的问题还是在于动态状态下的解耦，由于它们相互之间的矛盾关系，所以保证其在动态下的稳定的基础上，再设计出最符合要求的控制系统。在这种矛盾的状况下，如何在解耦程度和动态性能上抉择成为了一个令人关注的问题，对于部分动态性能的取舍还有待考量。

现在，鲁棒解耦已经不再只有理论基础，专家们更是将其应用到了实际当中进行研究，而且得到较为理想的结果。通过某种办法将整个控制系统进行强化，其主要目的就是能够得到一个稳定的鲁棒性，有了稳定的鲁棒性，系统的坚韧程度也就上升，所以在控制机器人关节方面我们有了突破性的进展。

（4）智能解耦控制

非线性作为一般实际被控对象的普遍性质，智能解耦对其具有针对性的解决办法，使得它已经成为在非线性控制领域的领头羊。它可以通过多种方法和配置从而对多种变量进行精确解耦，解决了以往最大的难题，精确解耦。

直接解耦法其实主要是对被控对象进行化整为零的控制方案，再对其各个变量进行控制，最后达到总体控制的目的，这种方法主要的理论基础就是模糊控制系统，模糊补偿作为解耦控制当中的基础理论，可以使控制器达到一个适当的控制。

结论

本次设计主要是对火电厂的协调控制中的耦合现象进行介绍并研究，然后通过解耦的手段进行化整为零，将多变量系统中的多种变量逐个击破，达到各回路互不影响的目的。

单元机组的协调控制系统并不具有线性、定常等特点，作为一个相对繁琐的控制系统，其主要原因还是它的时变性和非线性，然而导致这两个特性的主要原因就是因为其自身的多种变量。本文的设计选用串联解耦控制系统，利用串联后补偿结构的计算方法计算出给定数学模型的解耦器参数，进而最大限度上的减弱了汽门阀门开度和燃料量对输出功率和主蒸汽压力之间的耦合关系。

在设计过程中，对多变量、强耦合的控制系统的动态特性和数学模型进行分析研究，按照从简单到复杂的顺序逐步进行分析研究。先是对未解偶也未设置解耦器的情况下进行分析研究，再对解耦之后的控制系统进行仿真研究，最后通过参数整定将确定的控制器加入控制系统以达到解耦的目的，并分析其性能指标变化的原因。本设计中主要是以燃烧量和主蒸汽阀门开度作为控制量来控制输出功率和压力的。

参考文献

[1] 李遵基.热工自动控制系统.北京.中国电力出版社.1997：234-256

[2] 张玉铎、王满稼.热工自动控制系统.北京.水利电力出版社.1985：101-130

[3] 刘吉臻.协调控制与给水全程控制.北京.中国电力出版社.1995：1-78

[4] 章卫国.自动化专业英语.武汉.武汉理工大学出版社.2002

：178-350

[5] 边立秀，周俊霞，赵劲松，杨建蒙.热工控制系统.北京.中国电力出版社.2002：137-142

[6] 胡寿松.自动控制原理.北京.科学出版社.2001：77-79

[7] 金以慧.过程控制.北京.清华大学出版社.1999：171-174

[8] 刘晨辉.多变量过程控制解耦理论. 北京. 水利电力出版社.1984.

[9] 王志祥，朱祖涛.热工控制设计简明手册[M].北京：中国电力出版社.1998

[10] 范从振.锅炉原理.北京.水利电力出版社.1995：125-145

[11]GuoRX,GaoMX.MathematicalanalysisabouttheDCmotormachinespecificpropertyinthyristorrectifyingcircuits[J].JournalofBaotouUniversityofIron&SteelTechnology,1999.

[12]HuangSG,WuB,XiaYH.Anovelmulti-functiondigitalexcitationregulatorofthesynchronousgenerator[C]//IEEEInternationalConferenceonIndustrialTechnology.2008:1-5.

[13]FengS,PengH,FUZhong_en,etal.DiscussionontheProblemsofImportedDe-excitationDevicesforLargeHydrogenerators[J].LargeElectricMachine&HydraulicTurbine,2003.

1