600MW汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)仿真分析

重慶電力高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：600MW汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)仿真分析專業(yè)：工業(yè)熱工控制技術(shù)班級：熱控1011學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：重慶電力高等?？茖W(xué)校動(dòng)力工程系二O—三年六月TOC\o"1-5"\h\z畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書1引言3一、緒論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3課題背景及意義3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3論文研究主要內(nèi)容5二、60OMW汽輪機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立5汽輪機(jī)組簡介5600MW汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立7三、600MW汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)仿真21數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）簡介21汽輪機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)仿真24四、結(jié)論30工作小結(jié)32致謝33參考文獻(xiàn)34#畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)的具體內(nèi)容與要求（一）設(shè)計(jì)任務(wù)近年來，隨著國家電力工業(yè)飛速發(fā)展，火力發(fā)電作為現(xiàn)代電力生產(chǎn)中的主要形式，其現(xiàn)場技術(shù)水平不斷提高。隨著大容量機(jī)組的出現(xiàn)、蒸汽參數(shù)的提高以及電網(wǎng)容量的增大，要求大機(jī)組承擔(dān)電網(wǎng)的調(diào)峰和調(diào)頻任務(wù)，機(jī)組負(fù)荷的頻繁調(diào)整對機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)性提出了考驗(yàn)?；诖?，人們?nèi)找嬷匾晫ζ啓C(jī)控制系統(tǒng)的分析和研究。本課題主要對目前廣泛應(yīng)用的600MW汽輪機(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)了600MW汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對控制系統(tǒng)的進(jìn)行了仿真研究。（二）設(shè)計(jì)成品設(shè)計(jì)說明書一份：（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書要條理清楚、文字通順、整齊美觀、格式規(guī)范；（2）畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書不少于15000字，并有必要的圖表，圖表不少于5張；（三）基本要求理解600MW汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；設(shè)計(jì)600MW汽輪機(jī)組的數(shù)學(xué)模型；分析控制系統(tǒng)的性能。二、推薦的主要參考文獻(xiàn)1.王爽心,葛曉霞?汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)?北京:中國電力出版社,2004,12-632?孫奎明,時(shí)海剛?熱工自動(dòng)化?北京:中國電力出版社,2006文賢馗.火電廠汽輪機(jī)控制系統(tǒng)改造.北京:中國電力出版社,2004飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.MATLAB7輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.北京：電子工業(yè)出版社,2005指導(dǎo)教師（簽字）簽發(fā)日期年月日600MW汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)仿真分析摘要:論文以構(gòu)建機(jī)組全工況仿真模型、研究機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行為研究背景，以某600MW超臨界機(jī)組為研究對象，分析了汽輪機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，按照復(fù)雜系統(tǒng)層次化建模的思想，利用Matlab/Simulink仿真支撐系統(tǒng)構(gòu)建了汽輪機(jī)系統(tǒng)仿真模型，重點(diǎn)建立了該對象中各環(huán)節(jié)（電/液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)、蒸汽容積、中間再熱器、轉(zhuǎn)子等）的數(shù)學(xué)模型，并在MATLAB環(huán)境下對各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究，驗(yàn)證了各環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的正確性。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)系統(tǒng)；數(shù)學(xué)模型；仿真研究Analysisofcontrolsystemsimulationof600MWsteam

turbineAbstract：Thepaperworksfromthebackgroundoftheconstructionofallworkingconditionssimulationmodelandtheresearchonenergysavingoptimizationoperationofunit.Ittakes600MWsupercriticalunitasresearchobject,afteranalyzingcharacteristicsofsteamturbinesystem,thesteamturbinemathematicalmodelisprovidedusingthetoolofMatlab/Simulink,alongwithahierarchicalmodelingcomplexsystemapproach.Themathematicmodelsofthemaincomponentassembliessuchaselectrohydraulicservo，servomotor，inletsteamcubage，intermediatereheaterandrotorarebuiltbyusingtheapproachofmechanismanalysis，andtheirdynamiccharacteristicissimulatedinMATLABenvironmentandthemathematicmodelsofthemaincomponentareverifiedcorrectly.Keywords：steamturbinesystem；mathematicalmodel；simulationandresearch弓I言目前，我國火電機(jī)組平均供電煤耗與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。在煤炭資源日益消耗、電煤供應(yīng)日益緊張、環(huán)境壓力日益增大的嚴(yán)峻形勢下，加強(qiáng)研究解決燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能、減排問題已成為保障我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題。優(yōu)化運(yùn)行是燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑之一。本文利用Matlab/Simulink仿真支撐系統(tǒng)構(gòu)建了汽輪機(jī)系統(tǒng)仿真模型，通過仿真驗(yàn)證了各環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的正確性。為進(jìn)一步構(gòu)建全廠的仿真模型，研究機(jī)組的變工況能耗特征，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。_、緒論課題背景及意義我國是世界上主要的煤炭生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國之一，一次能源主要的是煤炭，而煤炭的主要用戶是電力工業(yè)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對電力的需求也越來越大。600MW超臨界機(jī)組正在成為我國電網(wǎng)的主力機(jī)組，但是我國的超臨界機(jī)組在設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面的水平較國外先進(jìn)水平還有一定差距，因此，需要對600MW超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析、研究和優(yōu)化，找出其節(jié)能的潛力,為超臨界機(jī)組的節(jié)能指明方向，使超臨界機(jī)組發(fā)揮出其真正的優(yōu)越性。電液控制的汽輪機(jī)于20世紀(jì)中進(jìn)入火電廠，在60年代出現(xiàn)了把電子技術(shù)和液壓技術(shù)相結(jié)合的模擬電子控制系統(tǒng)，到了70年代出現(xiàn)了數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)80年代DEH發(fā)展到了較高的階段，已普遍應(yīng)用于大型汽輪發(fā)電機(jī)組上。早期的DEH系統(tǒng)多以小型計(jì)算機(jī)為核心構(gòu)成，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件性能和可靠性的極大提高，近期的DEH系統(tǒng)均以微機(jī)為基礎(chǔ)。論文旨在利用Matlab/Simulink仿真工具，按照復(fù)雜系統(tǒng)層次化建模的思想建立汽輪機(jī)系統(tǒng)的仿真模型，其中汽輪機(jī)本體模型使用本課題已經(jīng)建好的模型。在此模型的基礎(chǔ)上研究各系統(tǒng)的不同運(yùn)行工況下的運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律，得出各系統(tǒng)變工況耦合運(yùn)行特性和能耗控制方法，研究完善系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，為大型燃煤發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供理論指導(dǎo)研究工作奠定基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上發(fā)掘系統(tǒng)的節(jié)能潛力。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國外汽輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展國外所有汽輪機(jī)控制系統(tǒng)都是作為汽輪機(jī)本體的主要部件，由汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)和配套供貨，汽輪機(jī)性能由汽輪機(jī)廠負(fù)責(zé)。部分汽輪機(jī)廠所屬企業(yè)集團(tuán)中具有自動(dòng)化部門時(shí)，大多由該部門協(xié)作開發(fā)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)，并由自動(dòng)化部門生產(chǎn)電調(diào)系統(tǒng)的電氣部分。由于汽輪機(jī)這一控制對象有別于一般對象，電調(diào)系統(tǒng)的電氣部分并不一定與自動(dòng)化部門生產(chǎn)的常規(guī)控制器通用。現(xiàn)存的不同類別的DEH系統(tǒng)各具不同特點(diǎn)，從完善提高的角度看，它們可根據(jù)實(shí)際機(jī)組的運(yùn)行要求和條件相互借鑒，這對用軟件來實(shí)現(xiàn)控制功能的系統(tǒng)是極為方便的。就發(fā)展我國的DEH系統(tǒng)而言，掌握和合理運(yùn)用這些特點(diǎn)，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析、整定，提高DEH的水平都是十分必要的。2.2我國汽輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用我國汽輪機(jī)電調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)工作基本和歐美各國同步，但由于國內(nèi)生產(chǎn)的電子元?dú)饧阅芎涂煽啃援?dāng)時(shí)還較低，再加上電力系統(tǒng)內(nèi)部傳統(tǒng)觀念的影響，阻礙了電調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展。直到90年代初，在國外成套進(jìn)口機(jī)組多數(shù)配備電調(diào)控制系統(tǒng)和引進(jìn)300MW、600MW火電機(jī)組技術(shù)形勢下，由原國務(wù)院重大技術(shù)裝備辦公室主持，原機(jī)械部、水電部配合，上海新華公司成功地開發(fā)出與引進(jìn)型汽輪機(jī)配套的電調(diào)控制系統(tǒng)，此后，電調(diào)控制系統(tǒng)才在國內(nèi)大容量機(jī)組上得到廣泛的應(yīng)用。目前，我國汽輪機(jī)組配套的電調(diào)控制系統(tǒng)主要有：電液并存式控制系統(tǒng)、模擬電路構(gòu)成的電調(diào)系統(tǒng)、專用型數(shù)字式控制系統(tǒng)和通用型數(shù)字式控制系統(tǒng)。2.3仿真支持系統(tǒng)仿真支撐系統(tǒng)是輔助建模、調(diào)試和運(yùn)行支撐等系統(tǒng)的組合，通過將它們有機(jī)地結(jié)合，可以在整個(gè)仿真周期內(nèi)為仿真系統(tǒng)開發(fā)者和最終用戶提供一個(gè)開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。目前我國用于電站仿真自動(dòng)建模的成熟軟件尚不多見，且大多是從國外引進(jìn)或進(jìn)行了二次開發(fā)的產(chǎn)品，主要有清華能源仿真開發(fā)的電站圖形化仿真建模系統(tǒng)GNET(GraphicalNETworkmodelingsystem)和仿真支撐環(huán)境ISSE、華北電力大學(xué)仿真控制技術(shù)工程公司在美國ABB公司CETRAN基礎(chǔ)上開發(fā)的STAR-90模塊化建模環(huán)境，北京同方電子科技有限公司在ISSE的基礎(chǔ)上開發(fā)了DCOSE，亞洲仿真控制系統(tǒng)工程有限公司(ASC)在原美國LINK公司S3基礎(chǔ)上開發(fā)的ASCA系統(tǒng)等，深圳市本魯克斯仿真控制有限公司開發(fā)的一體化仿真支撐軟件PROSIMS。MATLAB自由美國MathWorks公司推向市場以來，歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，現(xiàn)已成為國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件。Simulink是MATLAB提供給用戶的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它支持連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)、線性和非線性系等系統(tǒng)的建模，用戶建模通過簡單的調(diào)用模塊就可完成。Simulink工具箱通過自帶的模塊庫為用戶提供多種多樣的基本功能模塊，用戶可以隨意調(diào)用這些模塊。這樣就可以讓設(shè)計(jì)者把更多的精力放在更為重要的、更具有創(chuàng)造性的算法和模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上來。Simulink的每一個(gè)模塊對于用戶來說都相當(dāng)于一個(gè)“黑匣子”，用戶只需要知道模塊的輸入和輸出及功能即可，把模塊按照自己的模型結(jié)構(gòu)連接起來，選擇合適的算法，最后進(jìn)行調(diào)試仿真。論文研究主要內(nèi)容本文建立了600MW超臨界機(jī)組汽輪機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備的仿真模型，對在不同邊界條件下對仿真模型的性能進(jìn)行了仿真研究，針對600MW汽輪機(jī)組的特點(diǎn)，分析系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)、靜態(tài)特性，用模塊化建模方法建立控制系統(tǒng)的整體仿真模型，為研究并改善控制系統(tǒng)的性能打下基礎(chǔ)。利用Matlab/Simulink仿真支撐系統(tǒng)構(gòu)建了汽輪機(jī)系統(tǒng)仿真模型，重點(diǎn)建立了該對象中各環(huán)節(jié)(電/液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)、蒸汽容積、中間再熱器、轉(zhuǎn)子等)的數(shù)學(xué)模型，并在MATLAB環(huán)境下對各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究，通過仿真研究得到了不同擾動(dòng)下(負(fù)荷擾動(dòng)、汽壓擾動(dòng)、功率給定值擾動(dòng))控制系統(tǒng)的功率和轉(zhuǎn)速輸出曲線，并給出了控制器參數(shù)和參數(shù)的整定方法。二、600MW汽輪機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立汽輪機(jī)組簡介1?1汽輪機(jī)在我國的發(fā)展?fàn)顩r中國汽輪機(jī)發(fā)展起步比較晚。1955年上海汽輪機(jī)廠制造出第一臺(tái)6MW汽輪機(jī)。1964年哈爾濱汽輪機(jī)廠第一臺(tái)100MW機(jī)組在高井電廠投入運(yùn)行；1972年第一臺(tái)200MW汽輪機(jī)在朝陽電廠投入運(yùn)行；1974年第一臺(tái)300MW機(jī)組在望亭電廠投入運(yùn)行。70年代進(jìn)口了10臺(tái)200—320MW機(jī)組，分別安裝在了陡河、元寶山、大港、清河電廠。70年代末國產(chǎn)機(jī)組占到總?cè)萘?0%。1987年采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的300MW機(jī)組在石橫電廠投入運(yùn)行；1989年采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的600MW機(jī)組在平圩電廠投入運(yùn)行;2000年從俄羅斯引進(jìn)兩臺(tái)超臨界800MW機(jī)組在綏中電廠投入運(yùn)行。上海汽輪機(jī)廠是中國第一家汽輪機(jī)廠，在1995年開始與美國西屋電氣公司合作成立了現(xiàn)在的STC，1999年德國西門子公司收購了西屋電氣公司發(fā)電部，STC相應(yīng)股份轉(zhuǎn)移給西門子。哈爾濱汽輪機(jī)廠1956年建廠，先后設(shè)計(jì)制造了中國第一臺(tái)25MW、50MW、100MW和200MW汽輪機(jī)，80年代從美國西屋公司引進(jìn)了300MW和600MW亞臨界汽輪機(jī)的全套設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，于1986年制造成功了中國第一臺(tái)600MW汽輪機(jī)，目前自主研制的三缸超臨界600MW汽輪機(jī)已經(jīng)投入生產(chǎn)。東方汽輪機(jī)廠1965年開始興建，1971年制造出第一臺(tái)汽輪機(jī)，目前的主力機(jī)型為600MW汽輪機(jī)。北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司做為后起之秀，以300MW機(jī)組為主導(dǎo)產(chǎn)品，它是由始建于1958年的北京重型電機(jī)廠通過資產(chǎn)轉(zhuǎn)型在2000年10月份成立的又一大動(dòng)力廠，目前2臺(tái)600MW汽輪機(jī)也已經(jīng)在今年投入生產(chǎn)。（4）目前中國四大動(dòng)力廠以600MW和1000MW機(jī)組為主導(dǎo)產(chǎn)品。1.2汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展汽輪機(jī)是電廠中的重要設(shè)備，在高溫高壓蒸汽的作用下高速旋轉(zhuǎn)，完成熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電力網(wǎng)將電能輸送給各個(gè)用戶。為了維持電網(wǎng)頻率，要求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速附近很小的一個(gè)范圍內(nèi)，通常規(guī)定此范圍為±1.5?3.0r/min。為了達(dá)到此要求，汽輪機(jī)必須配備可靠的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：（1）機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MHC）早期的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由離心飛錘、杠桿、凸輪等機(jī)械部件和錯(cuò)油門、油動(dòng)機(jī)等液壓部件構(gòu)成的，稱為機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)（mechanicalhydrauliccontrol,MHC）,簡稱液調(diào)。這種系統(tǒng)的控制器是由機(jī)械元件組成的，執(zhí)行器是由液壓元件組成的。由汽輪機(jī)原理知道，MHC僅具有窄范圍的閉環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能和超速跳閘功能，其轉(zhuǎn)速一功率靜態(tài)特性是固定的，運(yùn)行中不能加以調(diào)節(jié)。但是由于它的可靠性高，并且能滿足機(jī)組運(yùn)行的基本要求，所以至今仍在使用。（2）電氣液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)（EHC）隨著機(jī)組單機(jī)容量的增大和中間再熱機(jī)組的出現(xiàn)，單元制運(yùn)行方式的普遍采用以及電網(wǎng)自動(dòng)化水平的提高，對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出了更高的要求，僅依靠機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)已不能完成控制任務(wù)。這時(shí)產(chǎn)生了電氣液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)（electrichydrauliccontrol,EHC）,簡稱電液調(diào)節(jié)。這種系統(tǒng)有兩個(gè)控制器，一個(gè)控制器由電氣元件組成，一個(gè)控制器由機(jī)械元件組成,執(zhí)行部件仍保留原來液壓部分。這種系統(tǒng)具有信號(hào)綜合方便，運(yùn)算精確度高，能適應(yīng)多種運(yùn)行工況的特點(diǎn),而且操作、調(diào)整和修改都比較方便。由于早期電氣元件的可靠性還比較低，組成電路的可靠性還不能滿足汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求，因此保留了由機(jī)械元件組成的控制器作為后備調(diào)節(jié)手段，正常控制由電調(diào)的電路完成，當(dāng)電調(diào)的電路因故障退出工作，還有機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)接替工作，以保證機(jī)組的安全連續(xù)運(yùn)行。（3）模擬式電氣液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AEH）隨著電氣元件可靠性的提高，出現(xiàn)了不依靠機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)作后備的純電調(diào)系統(tǒng)。由于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性優(yōu)良，純電調(diào)的電液控制系統(tǒng)仍保留了液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了改善電液控制系統(tǒng)的特性，滿足安全防火的要求，現(xiàn)代的電液控制系統(tǒng)采用高油壓、抗燃油，調(diào)速油壓提高到12MPa。這樣，汽輪機(jī)的控制油系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)就完全分成為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。開始采用的純電調(diào)系統(tǒng)的控制器是由模擬電路組成的，稱為模擬式電氣液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)（analogelectric

hydrauliccontrol,AEH）,也稱模擬電調(diào)。控制器和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間通過電液轉(zhuǎn)換器相連接。（4）數(shù)字式電氣液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字式電氣液壓控制系統(tǒng)（digitalelectrichydrauliccontrol,DEH）,簡稱數(shù)字電調(diào)。其組成特點(diǎn)是控制器用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行部件保留原有的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。早期的數(shù)字電調(diào)大多是以小型計(jì)算機(jī)為核心的，微機(jī)出現(xiàn)后，數(shù)字電調(diào)也采用了微機(jī)，并已在我國電廠得到廣泛應(yīng)用。近年來在分散控制系統(tǒng)發(fā)展的影響下，汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)向由分散控制系統(tǒng)組成。本章主要介紹國內(nèi)廣泛應(yīng)用的上海新華電站控制工程有限公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)DEH-III系統(tǒng)。2.600MW汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立被控對象主要分為六個(gè)部分：電/液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)、高壓缸蒸汽容積、中間再熱器、中壓缸蒸汽容積和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。如圖2-2所示。LLN電/液轉(zhuǎn)換器+中壓油動(dòng)機(jī)M2H圖2-2汽輪機(jī)被控對象方框圖LLN電/液轉(zhuǎn)換器+中壓油動(dòng)機(jī)M2H圖2-2汽輪機(jī)被控對象方框圖圖5-1中，卩1為高壓主汽門（高壓調(diào)速汽門）開度指令；Ml為高壓油動(dòng)機(jī)行程，卩2為中壓主汽門（中壓調(diào)速汽門）開度指令；M2為中壓油動(dòng)機(jī)行程，P1為高壓缸容積蒸汽壓力（調(diào)節(jié)級壓力）；P為中問再熱器出口蒸汽壓力；RHN為咼壓缸功率；HH為中/低壓缸功率；LLN為汽輪機(jī)功率，TN為汽輪機(jī)負(fù)荷（發(fā)電機(jī)有功功率）；n為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。2.1電/液轉(zhuǎn)換器（1）概述電液轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。電液轉(zhuǎn)換器常用于將電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)液動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作。液動(dòng)執(zhí)行器具有功率大、機(jī)械剛性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，因此它在精密控制系統(tǒng)、重型機(jī)床、汽車、船舶和航空航天中都有廣泛的應(yīng)用。在汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)中，電液轉(zhuǎn)換器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的液壓信號(hào)，再由液壓缸控制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的開度。因此在汽輪機(jī)中，電液轉(zhuǎn)換器起著舉足輕重的作用，電液轉(zhuǎn)換器性能的優(yōu)劣決定著整個(gè)EHC性能的好壞，一旦電液轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，整個(gè)EHC會(huì)喪失功能?！雹品诸悇?dòng)圈式電液轉(zhuǎn)換器、動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器、碟閥型電液轉(zhuǎn)換器。⑶作用電/液轉(zhuǎn)換器是將DEHC發(fā)來的電信號(hào)控制指令轉(zhuǎn)換、放大為液壓信號(hào)，由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。（4）動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器

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節(jié)流孔②'從功率放大器來永久磁鋼■斷流滑閥(\\\、p<'自'三山^■EiSi*壓力油JLVDT(a)噴管濾油器LVDT(b)控制線圈可動(dòng)銜鐵射流噴管從功率放大器來“濾油器'固定

節(jié)流孔②'從功率放大器來永久磁鋼■斷流滑閥(\\\、p<'自'三山^■EiSi*壓力油JLVDT(a)噴管濾油器LVDT(b)控制線圈可動(dòng)銜鐵射流噴管從功率放大器來“濾油器'固定，節(jié)流孔①一外殼外殼、射流接收器反饋彈簧，斷流滑閥控制線圈可動(dòng)銜鐵囂管永久磁鋼噴管反饋桿圖2-3動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器雙噴管型電液轉(zhuǎn)換器由控制線圈、永久磁鋼、可動(dòng)銜鐵、彈性管、擋板、噴管、斷流滑閥、反饋桿、固定節(jié)流孔、濾油器、外殼等主要零部件構(gòu)成如圖2-3所示。壓力油進(jìn)入電液轉(zhuǎn)換器后分成兩股油路。一路經(jīng)過濾油器與左右端的固定節(jié)流孔到斷流滑閥兩端的油室，然后從噴管與擋板間的控制間隙流出。一路壓力油就作為移動(dòng)油動(dòng)機(jī)活塞用的動(dòng)力油，由斷流閥控制。（5）動(dòng)鐵式電液轉(zhuǎn)換器的信號(hào)轉(zhuǎn)換動(dòng)鐵式電/液轉(zhuǎn)換器由控制線圈、永久磁鐵、可動(dòng)銜鐵、彈簧管、擋板、噴嘴、斷流滑閥、反饋桿、固定節(jié)流孔、濾油器、外殼等主要零部件組成。iEHC裝置送來的電氣信號(hào)輸入控制線圈在永久磁鐵磁場的作用下，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)扭矩，彈簧管及擋板在可動(dòng)銜鐵帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，改變了噴嘴與擋板的間隙。間隙增大一側(cè)的油路油壓降低，間隙減小一側(cè)的油路油壓升高。通過油壓差的作用，斷流滑閥移動(dòng)，油動(dòng)機(jī)通咼壓油及回油的兩個(gè)控制窗口被打開，油缸活塞移動(dòng)，從而調(diào)整調(diào)節(jié)汽閥的開度。信號(hào)轉(zhuǎn)換過程：1）差動(dòng)電壓信號(hào)U引起控制線圈中的電流I變化；2）I的變化引起電磁力矩T發(fā)生變化；3）T與反饋力矩Tf的合力矩的變化引起銜鐵轉(zhuǎn)角秒發(fā)生變化；4）（的變化引起擋板位移X發(fā)生變化；f5）X變化引起滑閥位移X發(fā)生變化。fv在此過程中還涉及到兩個(gè)反饋：一個(gè)是擋板上的壓力反饋，另一個(gè)是反饋桿變形引起的力反饋。因?yàn)樽饔迷趽醢迳系膲毫Ψ答伒挠绊懕确答仐U變形引起的力

反饋小得多，故忽略此反饋，于是反饋力矩L就等于由反饋桿變形所引起的力矩。上述信號(hào)轉(zhuǎn)換過程對應(yīng)的系統(tǒng)方框圖如圖2-4所示。U(s)2KR+rcpI(s)KU(s)2KR+rcpI(s)K1Kmf+mfs+1mfmf(s6（s）)K)oqpvX(s)v」K(r+b)*U(s)2K?Kr&十U(s)2K?Kr&十Fp圖2-4電/液轉(zhuǎn)換器信號(hào)轉(zhuǎn)換方框圖由圖5-5可得電/液轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)為:式中,X(s)U(syKKa——xvs221+式中,X(s)U(syKKa——xvs221+1)(—+mfs+1)32?vfmfmfKxvKt(r+b)Kf(2.1)(2.2)(2.3)Kvfr(rKvfr(r+b)KKf_qpAKvmf(2.4)X(s)~axv由于◎mf足夠大’式（2.1）可用一階慣性環(huán)節(jié)來近似表示’即式X(s)~axv(2.5)vf對上式各物理變量進(jìn)行無量綱化處理，得到的電/液轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)如下式所示:(2.6)(2.6)Ts+1e式中，T電/液轉(zhuǎn)換器的時(shí)間常數(shù)。e根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型建立的電/液轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)框圖如圖2-5所示。1卩Ts+1xv?e?圖2-5電/液轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)框圖片-控制信號(hào)輸入；xv中間滑閥位移輸出。2.2油動(dòng)機(jī)（1）概述油動(dòng)機(jī)是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受DEH控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，操縱汽輪機(jī)閥門的開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到控制機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及保護(hù)機(jī)組安全的目的。（2）油動(dòng)機(jī)的構(gòu)成和類型1）油動(dòng)機(jī)由油缸和一個(gè)控制集成塊相連而成，兩者之間由“0,形密封圈實(shí)現(xiàn)靜密封。按照其控制方式的不同，油動(dòng)機(jī)分為連續(xù)型（主要用于調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)）和開關(guān)型（主要用于主汽閥油動(dòng)機(jī)）兩類。其原理如圖2-6所示。

二次安全油二次安全油二次安全油（a）開關(guān)型油動(dòng)機(jī)（b）連續(xù)型油動(dòng)機(jī)圖2-6油動(dòng)機(jī)2）油缸油動(dòng)機(jī)的油缸，其開啟由抗燃油驅(qū)動(dòng)，而關(guān)閉是靠彈簧緊力，屬單側(cè)進(jìn)油的油缸，為保證油缸快速關(guān)閉時(shí)，蒸汽閥碟對閥座的沖擊力在允許的范圍內(nèi)，在油缸的活塞的尾部采用了緩沖裝置，它可在活塞到達(dá)行程末端時(shí)迅速減速。油缸為活塞式液壓伺服缸，主要由由活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋、缸筒、緩沖裝置、防塵導(dǎo)向環(huán)、活塞桿串聯(lián)密封、活塞密封和相應(yīng)的聯(lián)結(jié)件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)見圖2-7所示。3）控制集成塊控制集成塊的作用是將所有的液壓部件安裝連接在一起。由于采用了油路塊，大大減少了系統(tǒng)中元件之間相互連接的管子和管接頭，消除了許多潛在泄露點(diǎn)。油動(dòng)機(jī)的控制塊上裝有伺服閥（或電磁閥）、卸荷閥、遮斷電磁閥、單向閥及測壓接頭等。（3）油動(dòng)機(jī)的工作原理液壓伺服系統(tǒng)有兩個(gè)功能：一是控制閥門的開度，二是伺服機(jī)構(gòu)、閥門系統(tǒng)的快速卸載，即閥門的快關(guān)功能。對于連續(xù)型油動(dòng)機(jī)，其閥門的開度控制是一個(gè)典型的閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。對于開關(guān)型油動(dòng)機(jī)其閥門的開度控制則是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)以連續(xù)型（調(diào)節(jié)閥）油動(dòng)機(jī)為例加以說明。當(dāng)遮斷電磁閥失電時(shí)，控制油通過遮斷電磁閥進(jìn)入卸載閥上腔，在卸載閥上腔建立起安全油壓，卸載閥關(guān)閉。油動(dòng)機(jī)工作準(zhǔn)備就緒。計(jì)算機(jī)送來的閥位控制信號(hào)通過伺服放大器傳到伺服閥，使其通向負(fù)載的閥口打開，高壓油進(jìn)入油缸下腔，使活塞上升并在活塞端面形成與彈簧相適應(yīng)的負(fù)載力。由于位移傳感器（LVDT2只，冗余配置）的拉桿與活塞連接，所以活塞的移動(dòng)便由位移傳感器產(chǎn)生位置信號(hào)，該信號(hào)通過解調(diào)器反饋到伺服放大器的輸入端，直到與閥位指令相平衡時(shí)，伺服閥回到零位，遮斷其進(jìn)油口和排油口，活塞停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)蒸汽閥門已經(jīng)開到了所需的開度完，

成了電信號(hào)液壓力機(jī)械位移的轉(zhuǎn)換過程。隨著閥位指令信號(hào)有規(guī)律的變化，油動(dòng)機(jī)不斷地調(diào)節(jié)蒸汽閥門的開度。開關(guān)型油動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù)推導(dǎo)根據(jù)油動(dòng)機(jī)的工作原理可知，當(dāng)滑閥移動(dòng)時(shí)，油動(dòng)機(jī)的進(jìn)油流量為：QoQo屮Xvb—po-)(2.7)油動(dòng)機(jī)的排油流量為：Q=卩Xb\—(p-p(2.8)1vP2d式中，P0—進(jìn)油壓力；Pi-進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞底部后油的壓力；P2油動(dòng)機(jī)活塞底部的油排出前的壓力；Pd出油壓力；卩一油口的流量系數(shù)；X滑閥的位移變化量；Vb油口的寬度；P壓力油的密度。由于Q=Q，忽略油流運(yùn)動(dòng)的慣性力和開啟調(diào)節(jié)汽門的提升力，有：p=p,0112則，Q=卩Xb丄(p-p(2.9)0VP0d又因?yàn)橛蛣?dòng)機(jī)的進(jìn)油量等于油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所掃過的體積，結(jié)合式(2.9)，得：(2.10)(2.11)丄(p-p)=AdZ(2.10)(2.11)P0ddt式中,A進(jìn)油側(cè)活塞的有效面積;Z一一油動(dòng)機(jī)活塞行程的變化量。對式(5.10)進(jìn)行拉氏變換，得：卩X(s)b」(p-pA=sZ(s)VP0d油動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為:W(s)二Z(s)W(s)二Z(s)=1

X(s)=Ts(2.12)式中，T油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)。c油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)一般為0.1?O.3s。顯然油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)愈大，油動(dòng)機(jī)的關(guān)閉時(shí)間就愈長。為降低機(jī)組甩負(fù)荷工況下的最高飛升轉(zhuǎn)速，必須要求油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)盡量小些。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型建立的油動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù)框圖如圖2-8所示。圖中，xv、m分別表示中間滑閥位移輸入和調(diào)節(jié)閥開度輸出。xvlb1mkTsc圖2-8油動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù)框圖2.3蒸汽容積方程蒸汽容積如圖2-9所示，蒸汽由閥門1流入體積為V的容器，然后從閥門2流出。閥門1閥門1閥門2圖2-9蒸汽容積示意圖設(shè)容器中氣體的壓力為P,閥門1前氣體壓力為p1，閥門2后氣體壓力為p2,當(dāng)p1和p2均為常值時(shí)，流經(jīng)閥門1和閥門2的流量將是容積中壓力p和閥門開度s的函數(shù)，即：q二q(s,p)111q二q(s,p)222(2.13)(2.14)

式中,q一一閥門1的蒸汽流量；1s閥門1的開度；1q一一閥門2的蒸汽流量；2s閥門2的開度。2由氣體流動(dòng)的連續(xù)方程式，流入與流出容器的蒸汽量之差，應(yīng)該等于該容器內(nèi)氣體密度P的變化與其體積V之積，即，（q-q）dt二Vdp（2.15）12將上式用泰勒級數(shù)展開，略去高階項(xiàng)，并設(shè)q二q則得：1020+（+（軌AP7磐）。山2-（加AP二噲2(2.16)假設(shè)氣體的狀態(tài)變化是按多變過程進(jìn)行的，即上=常數(shù),P假設(shè)氣體的狀態(tài)變化是按多變過程進(jìn)行的，即上=常數(shù),Pn代入式（2.16），并簡化得，則d(AP)=n(dP)PoPoT吒

pdt=X(2.17)式（2.17）即為一般形式的氣體容積方程式。對于調(diào)節(jié)閥與噴嘴之間的蒸汽容積，因?yàn)閲娮旖M的出口面積是不變的，故AsT吒

pdt=X(2.17)式（2.17）即為一般形式的氣體容積方程式。對于調(diào)節(jié)閥與噴嘴之間的蒸汽容積，因?yàn)閲娮旖M的出口面積是不變的，故As=0即咒=0，于是式(2.17)簡化為：2s2dXTp+KX=Xpdt2ps1(2.18)在穩(wěn)定狀態(tài)下（菩=0）當(dāng)閥門1的位移從O-As1o（X廣1）時(shí)，容積中的壓力將從0p（x=1）代入式（5.18）后，得K=1,則，式（2.18）可寫成:0p2T鼻+X=Xpdtp1s(2.19)經(jīng)拉氏變換，蒸汽容積的傳遞函數(shù)為：（）X（s）1W（s）=p=X（s）Ts+1s1p式中，T蒸汽容積時(shí)間常數(shù)。P2.4中間再熱器方程(2.20)將中間再熱器看成一個(gè)集中容積，即認(rèn)為其內(nèi)的壓力是處處相等的，則它和噴嘴室容積是非常相似的，只是控制它的進(jìn)汽量的是噴嘴室中的壓力p，而不1是高壓調(diào)節(jié)閥的開度，其連續(xù)方程式為：dp(2.21)V_dt(2.21)參考式（2.19）的推導(dǎo)過程，可得中間再熱容積的運(yùn)動(dòng)方程式：”dXT+X=X（222）hdtp2pl（2.22）上式經(jīng)拉氏變換可得，以流進(jìn)中間再熱器的蒸汽流量相對變化量為輸入信號(hào)，以壓力的相對量為輸出信號(hào)的中間再熱器傳遞函數(shù)為：1W（s）=（223）Ts+1（2.23）h式（2.23）中，T一一再熱器容積時(shí)間常數(shù)。h對于中間再熱式機(jī)組，汽輪機(jī)被再熱器分為高壓缸和中、低壓缸兩部分。高壓缸的功率特性與中間再熱器的功率特性相似，即高壓缸蒸汽流量變化與高壓缸功率變化成正比。對于中、低壓缸，由于前面有一個(gè)容積相當(dāng)大的中間再熱器，其功率特性有所不同，其功率隨著再熱器內(nèi)壓力的變化隨之變化。其中，C表B示高壓缸功率占機(jī)組總功率的比例，約為1/3；C表示中低壓缸功率占機(jī)組總H功率的比例，約為2/3；T為中間再熱器時(shí)間常數(shù)。h根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，并參照600MW汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，建立的汽輪機(jī)蒸汽容積傳遞函數(shù)框圖如圖2-10所示。圖中，Ts為中壓缸蒸汽容積，m、N分別表示coT調(diào)節(jié)閥開度輸入和汽輪機(jī)功率輸出。圖2-10中間再熱式蒸汽容積傳遞函數(shù)框圖

圖2-10中間再熱式蒸汽容積傳遞函數(shù)框圖2.5汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子方程決定汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的因素有三個(gè)：（1）汽輪機(jī)的蒸汽轉(zhuǎn)矩m；（2）負(fù)載反轉(zhuǎn)矩M；（3）摩擦轉(zhuǎn)矩M，不平衡轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生角加（減）速度。由Lf于M遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于M和M，可以將其忽略，所以轉(zhuǎn)子的力平衡方程是：dwdtfdwdt(2.24)式中，J一一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;①一'一轉(zhuǎn)子角速度。汽輪機(jī)的蒸汽轉(zhuǎn)矩m與轉(zhuǎn)子的角速度?和蒸汽流量，即噴嘴室內(nèi)的蒸汽壓力p有關(guān)。在功率不變時(shí)，角速度愈大，蒸汽轉(zhuǎn)矩愈小，蒸汽流量愈多，噴嘴室中的壓力愈高，則汽輪機(jī)的蒸汽轉(zhuǎn)矩愈大。它們之間的關(guān)系可以表示為：MT=MT（pw）（2.25）發(fā)電機(jī)的反轉(zhuǎn)矩M的大小，首先決定于用戶的用電量，它隨時(shí)間t而變化；L其次與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。一般的，角速度愈大，反轉(zhuǎn)矩愈大，其關(guān)系為：M=M（w，t）（2.26）TOC\o"1-5"\h\zLL將M和M代入式（5.24）可得：TLdw/、/、J二M（pW-Mgt,）（2.27）dttl將上式按泰勒級數(shù)展開，略去高階項(xiàng)，并設(shè)MT0將上式按泰勒級數(shù)展開，略去高階項(xiàng)，并設(shè)MT0d（Aw）dMJ+（Ldtdw=M，則得:L0dMT)Aw二(aMT)Ap-AM(t)dw06p0(2.28)上式還可寫成:JwdM"(Apdp0JwdM"(Apdp00加Aw)

d()w—+dt(dM-dM)-dwT)AwApAp0AM(t)(2.29)式中，Ap二p-p表示汽輪機(jī)空載至額定負(fù)荷時(shí)，噴嘴室中蒸汽壓力的變00k化值。因叮0所以Ap0二p0令Xw=，%l(t)=AM(t)(dM).(匸)Ap5p00則得,T纟+卩咒=X-X(t)adt①PL(2.30)式中，T一一汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的時(shí)間常數(shù);aP一一機(jī)組自平衡系數(shù)。對式（2.30）進(jìn)行拉氏變換，則得到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的傳遞函數(shù)為W（s）=-XTspaT一般取6?15秒，且隨著機(jī)組功率的增大，有減小的趨勢。此外，單機(jī)運(yùn)a行時(shí)，忽略轉(zhuǎn)子的自平衡能力，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為積分環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可表示為：1W（s）=幵a并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)頻率同步，其特性近似為慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可表（P=0時(shí)）：(2.31)(2.32)示為:bW(s)=—Ts+Ba(2.33)式中B為考慮電網(wǎng)頻率變化時(shí)負(fù)荷的自平衡能力和電網(wǎng)中各并列機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)對電網(wǎng)頻率影響的系數(shù)。.根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，考慮汽輪機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行下建立的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞函數(shù)框圖如圖2-11所示。圖中，竹、N和n分別表示汽輪機(jī)功率、汽輪機(jī)負(fù)荷（發(fā)電機(jī)有功功率）和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。N+NTrbn■Ts+Ba圖-11汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞函數(shù)框圖2.6其它環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型（1）測速反饋環(huán)節(jié)其傳遞函數(shù)可表示為:(2.34)(2.34)因?yàn)闇y速裝置時(shí)間常數(shù)很小，所以可將該慣性環(huán)節(jié)近似為:(2.35)W(s)=1(2.35)測功反饋環(huán)節(jié)分析時(shí)假設(shè)測量得到的發(fā)電機(jī)功率已完全校正為汽輪機(jī)的實(shí)發(fā)功率，該環(huán)節(jié)也可近似為:(2.36)三、600MW汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)仿真1.數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）簡介DEH系統(tǒng)概述將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)、實(shí)現(xiàn)綜合與放大，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以控制汽輪機(jī)運(yùn)行的調(diào)節(jié)、保安系統(tǒng)。早期的DEH多以小型機(jī)為核心組成，以微機(jī)為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)出現(xiàn)后,汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)向由分散控制系統(tǒng)組成。DEH系統(tǒng)的組成DEH-II調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在系統(tǒng)配置方面，盡可能吸收了分散控制系統(tǒng)可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；在硬件設(shè)備方面，主要部件都采用了微處理機(jī)，從而簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。主要由五大部分組成。1）電子控制器。主要包括數(shù)字計(jì)算機(jī)、混合數(shù)模插件、接口和電源設(shè)備等,均集中布置在6個(gè)控制柜內(nèi)。主要用于給定、接受反饋信號(hào)、邏輯運(yùn)算和發(fā)出指令進(jìn)行控制等。2）操作系統(tǒng)。主要設(shè)置有操作盤、圖像站的顯示器和打印機(jī)等，為運(yùn)行人員提供運(yùn)行信息、監(jiān)督、人機(jī)對話和操作等服務(wù)。2）油系統(tǒng)。本系統(tǒng)的高壓控制油與潤滑油分開。高壓油（EH系統(tǒng)）采用三芳基磷酸脂抗燃油，為調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供控制與動(dòng)力用油，系統(tǒng)設(shè)有油泵2臺(tái)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，供油油壓為12.42?14.47Mpa,它接受調(diào)節(jié)器或操作盤來的指令進(jìn)行控制。潤滑油泵由主機(jī)拖動(dòng)，為潤滑系統(tǒng)提供1.44?1.69Mpa的透平油。2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要由伺服放大器、電液轉(zhuǎn)換器和具有快關(guān)、隔離和逆止裝置的單側(cè)油動(dòng)機(jī)組成，負(fù)責(zé)帶動(dòng)高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)汽閥和中壓主汽閥、中壓調(diào)節(jié)汽閥。2）保護(hù)系統(tǒng)。設(shè)有6個(gè)電磁閥，其中2個(gè)用于超速時(shí)關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)汽閥，其余用于嚴(yán)重超速（110%n）、軸承油壓低、EH油壓低、推力軸承磨o損過大、凝汽器真空過低等情況下危急遮斷和手動(dòng)停機(jī)之用。此外，為控制和監(jiān)督用的測量元件是必不可少的，例如，機(jī)組轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)級汽室壓力、發(fā)電機(jī)功率、主汽壓力傳感器以及汽輪機(jī)自動(dòng)程序控制（ATC）所需要的測量值等。1.3DEH的主要功能從整體看，DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)有四大功能。（1）汽輪機(jī)自動(dòng)程序控制（ATC）功能DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的汽輪機(jī)自動(dòng)程序控制，是通過狀態(tài)監(jiān)測，計(jì)算轉(zhuǎn)子的應(yīng)力，并在機(jī)組應(yīng)力允許的范圍內(nèi)，優(yōu)化啟動(dòng)程序，用最大的速率與最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)過程的全部自動(dòng)化。ATC允許機(jī)組有冷態(tài)啟動(dòng)和熱態(tài)啟動(dòng)兩種方式。冷態(tài)啟動(dòng)過程包括從盤車、升速、并網(wǎng)到帶負(fù)荷，其間各種啟動(dòng)的操作、閥門的切換等全過程均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行控制。在非啟停過程中，還可以實(shí)現(xiàn)ATC監(jiān)督。（2）汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能（供熱抽汽壓力）汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能一般包括：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、汽封壓力調(diào)節(jié)、供熱壓力調(diào)節(jié)、潤滑油溫調(diào)節(jié)等。閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能是汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)的主要功能，調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣將直接影響機(jī)組的供電參數(shù)和質(zhì)量，并且對機(jī)組的安全運(yùn)行也有直接影響。（3）汽輪機(jī)的自動(dòng)保護(hù)功能為了避免機(jī)組因超速或其他原因遭受破壞,DEH的保護(hù)系統(tǒng)有如下三種保護(hù)功能：1）OPC超速保護(hù)（定值一般為103%額定轉(zhuǎn)速）該保護(hù)只涉及到調(diào)節(jié)汽閥，當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到103%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)出OPC信號(hào)動(dòng)作OPC電磁閥，迅速關(guān)閉高中壓調(diào)門。當(dāng)轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常時(shí)，復(fù)位電磁閥，高中壓調(diào)門根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)開啟。為了避免汽輪機(jī)超速，還設(shè)計(jì)有當(dāng)汽輪機(jī)突然甩30%以上負(fù)荷時(shí)，也動(dòng)作OPC電磁閥，關(guān)閉所有調(diào)門，做到提前動(dòng)作預(yù)防超速。2）危急遮斷控制（ETS）該保護(hù)是在ETS系統(tǒng)檢測到機(jī)組超速達(dá)到110%n或其他安全指標(biāo)達(dá)到安全o界限后，通過AST電磁閥關(guān)閉所有的主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥，實(shí)行緊急停機(jī)。保護(hù)內(nèi)容一般有：電氣超速保護(hù)（定值為110%額定轉(zhuǎn)速）、軸向位移保護(hù)、真空低保護(hù)、EH油壓低保護(hù)、潤滑油壓低保護(hù)、MFT保護(hù)、發(fā)電機(jī)解列保護(hù)、發(fā)變組故障保護(hù)、振動(dòng)大保護(hù)、差脹大保護(hù)、DEH失電和DEH手動(dòng)打閘等3）機(jī)械超速保護(hù)和手動(dòng)脫扣機(jī)械超速保護(hù)和就地手動(dòng)打閘。該保護(hù)是汽輪機(jī)的后備保護(hù)手段，機(jī)械超速的定值一般為110%?111%額定轉(zhuǎn)速，通過飛錘或手動(dòng)拉桿泄掉汽輪機(jī)的安全油壓，通過隔膜閥泄掉AST油壓，關(guān)閉所有主汽門和調(diào)門，實(shí)行緊急停機(jī)，以保證設(shè)備和人身的安全。4）機(jī)組和DEH系統(tǒng)的監(jiān)控功能該監(jiān)控系統(tǒng)在啟停和運(yùn)行過程中，對機(jī)組和DEH裝置兩部分運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)督,其中對DEH監(jiān)控的內(nèi)容包括重要通道、控制器CPU、電源、輸入輸出卡件、VCC卡以及內(nèi)部程序的運(yùn)行情況等；對機(jī)組監(jiān)控包括機(jī)組和系統(tǒng)的重要參數(shù)、運(yùn)行曲線、潮流趨勢和故障顯示等。對一些重要參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、記錄和報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)趨勢預(yù)測、事故追憶、效率計(jì)算等數(shù)據(jù)處理功能。重要參數(shù)一般包括：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)功率、主蒸汽壓力和溫度、再熱蒸汽壓力和溫度、凝汽器真空、調(diào)節(jié)級壓力、各級抽汽壓力和溫度、潤滑油壓和油溫、控制油壓、油動(dòng)機(jī)行程、主汽門的開關(guān)狀態(tài)、轉(zhuǎn)子的軸向位移和偏心、高壓缸和低壓缸差脹、缸脹、汽輪機(jī)各軸瓦和軸的振動(dòng)、推力瓦溫、EH油泵的運(yùn)行狀態(tài)、汽缸與轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力、上下汽缸溫差等。1.4DEH-皿運(yùn)行方式（1）手動(dòng)操作（NANUAL）人工手動(dòng)操作盤上的增減按鈕可以直接控制汽輪機(jī)各閥門的開度，度此時(shí)各種保護(hù)處于自動(dòng)，這是DEH-IIA的一種備用方式。（2）操作員自動(dòng)方式（OA）這是DEH-IIA最基本的運(yùn)行方式。在此方式下可進(jìn)行轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、壓力等閉環(huán)控制，同時(shí)具備所有保護(hù)和試驗(yàn)功能。此時(shí)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速升速率、目標(biāo)負(fù)荷升負(fù)荷率均由操作員設(shè)置。但ATC仍提供的應(yīng)力裕度系數(shù)K及對應(yīng)的升速率和負(fù)荷變化率，供操作人員參考。（3）自啟動(dòng)方式（ATC）ATC控制方式是一種聯(lián)合控制方式，其實(shí)際組合形式有：OA-ATC、CCS-ATC、DCS-ATC、ADS-ATC和REMOTE-ATC等幾種。此時(shí)，由前者給定目標(biāo)負(fù)荷和速率，ATC負(fù)責(zé)監(jiān)控，并從前述六種負(fù)荷變化率中的最小變化率作為當(dāng)前執(zhí)行的負(fù)荷變化率。（4）遙控方式（REMOTE）4.4.1當(dāng)處于操作員自動(dòng)（0A）或ATC方式時(shí)，DEH-IIA可以通過接口接受自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)（ADS），數(shù)字控制系統(tǒng)（DCS）或協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）的指令就會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)速或功率控制或?qū)崿F(xiàn)同期的自動(dòng)完成。4.4.2協(xié)調(diào)控制方式汽機(jī)跟蹤、鍋爐跟蹤、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制。汽輪機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)仿真2.1汽輪機(jī)負(fù)荷控制原理汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)采用的負(fù)荷控制方框圖如圖3-1所示。圖3-1輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)的負(fù)荷控制方框圖系統(tǒng)由三個(gè)回路串級組成：內(nèi)回路調(diào)節(jié)級壓力回路、中間回路功率回路、外回路轉(zhuǎn)速—次調(diào)頻回路。調(diào)節(jié)級壓力與機(jī)組的功率有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此與功率回路一樣，反饋的是機(jī)組的功率，它們與一次調(diào)頻回路一起共同組成了機(jī)組的功率一頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)汽輪機(jī)組尚未并網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)為單回路反饋控制，只存在轉(zhuǎn)速控制。轉(zhuǎn)速控制器為PI控制器。汽輪機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差信號(hào)進(jìn)入PI控制器，經(jīng)過運(yùn)算處理后，得到調(diào)節(jié)閥門的開度信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過電/液轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換放大后操縱油動(dòng)機(jī)，由油動(dòng)機(jī)的提升力來控制調(diào)節(jié)閥門的開度，從而控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。開關(guān)K1和K2的狀態(tài)可由程序內(nèi)部的邏輯判斷或手動(dòng)操作切換，通過K1和K2的不同指向決定調(diào)節(jié)級壓力回路、功率回路是否投入，從而提供不同的調(diào)節(jié)運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)處于并網(wǎng)后的負(fù)荷控制時(shí)，控制方案為串級PID控制。系統(tǒng)中的外擾是負(fù)荷擾動(dòng)（發(fā)電機(jī)功率），它是一個(gè)前饋信號(hào)，內(nèi)擾是蒸汽壓力信號(hào)，它是-個(gè)反饋信號(hào)，此外還有轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)用于保證轉(zhuǎn)速輸出等于給定值。轉(zhuǎn)速控制器為P控制器，功率控制器和調(diào)節(jié)級壓力控制器均為PI控制器。功率給定用于增減功率，系統(tǒng)穩(wěn)定后，機(jī)組實(shí)際增加的功率與給定的目標(biāo)功率存在一個(gè)比例關(guān)系，比例系數(shù)為轉(zhuǎn)速控制器的比例增益。負(fù)荷變化時(shí)，功率控制器接收負(fù)荷擾動(dòng)的前饋信號(hào)，直接發(fā)出調(diào)節(jié)機(jī)組功率的信號(hào)，對機(jī)組實(shí)發(fā)功率進(jìn)行調(diào)整，以保證電網(wǎng)的供電與用電的平衡。2.2仿真框圖及參數(shù)設(shè)置在MATLAB下將各個(gè)仿真模塊連接起來，得到的汽輪機(jī)并網(wǎng)后的負(fù)荷控制系統(tǒng)仿真方框圖如圖3-2所示。圖中，分別有高壓缸電/液轉(zhuǎn)換器模塊，高壓油動(dòng)機(jī)模塊，高壓缸蒸汽容積模塊，中壓缸蒸汽容積模塊，中間再熱器模塊，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子模塊，Saturation為限幅器模塊。CS圖3-2汽輪機(jī)并網(wǎng)后的負(fù)荷控制系統(tǒng)仿真方框圖圖6-2中，高壓電/液轉(zhuǎn)換器時(shí)間常數(shù)T=0.01，高壓油動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)T=0.2,ec高壓缸蒸汽容積時(shí)間常數(shù)T=0.2，中壓缸蒸汽容積時(shí)間常數(shù)T=0.2，中間再熱co器時(shí)間常數(shù)T=8，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常T=8。RHa2.3控制器參數(shù)的整定(1)PID參數(shù)整定方法PID控制器參數(shù)的整定方法很多，主要分為兩大類：一是理論計(jì)算法，它是根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行理論計(jì)算從而確定控制器的參數(shù)；二是工程整定法，它主要依賴現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通過對控制系統(tǒng)的反復(fù)試驗(yàn)獲得具體的參數(shù)，該方法操作簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)整定的工程整定方法，主要有響應(yīng)曲線法、臨界比例帶法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)法等。（2）PID參數(shù)整定具體步驟由圖3-2可知，調(diào)節(jié)級壓力控制器為內(nèi)調(diào)節(jié)器，功率控制器為外調(diào)節(jié)器，在對它們進(jìn)行參數(shù)整定時(shí)遵循“先內(nèi)后外''的原則，在單個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定上即采用試湊法，具體步驟如下：1）將PID控制器中的積分I和微分D均設(shè)為0,系統(tǒng)閉環(huán)，將比例控制參數(shù)P,由小變大，觀察系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線的變化，直至得到反應(yīng)速度最快，超調(diào)量最小的響應(yīng)曲線。2）若在比例作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，則需要加入積分作用。此時(shí)，將（1）中的比例系數(shù)稍作減小，將積分時(shí)間設(shè)置為一個(gè)較大的值，觀察響應(yīng)曲線，若沒有達(dá)到要求則減小積分時(shí)間，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)P,如此反復(fù)試湊，直至得到令人滿意的響應(yīng)曲線。3）若經(jīng)過上述步驟后，控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線仍不能滿足要求，則加入微分控制D。保持上兩步得到的比例系數(shù)和積分時(shí)間不變，先將微分時(shí)間設(shè)置為0，然后從小到大逐步增加微分時(shí)間，同時(shí)相應(yīng)的對比例系數(shù)P和積分時(shí)間I進(jìn)行微調(diào)，反復(fù)試湊直至獲得滿意的系統(tǒng)響應(yīng)曲線和控制器參數(shù)為止。根據(jù)上述控制器參數(shù)整定原則，可得汽輪機(jī)并網(wǎng)后負(fù)荷控制控制器參數(shù)，如表3-3所示。表3-3汽輪機(jī)并網(wǎng)后負(fù)荷控制控制器參數(shù)設(shè)置情況表控制器設(shè)置參數(shù)轉(zhuǎn)速控制器P=20I=0D=0功率控制器P=3.1I=0.