(5)当|e(k)|<ɛ(精度)时,说明误差的绝对值很小,此时加入积分,减少稳态误差。
以上各式中,em(k)为误差e的第k个极值;u(k)为第k次控制器的输出;u(k-1)为第k-1次控制器的输出;k1为增益放大系数,k1〉1;k2为抑制系数,0M2>0;k为控制周期的序号(自然数);ɛ为任意小的正实数。
2)超超临界机组是在常规超临界机组的基础上发展起来的。
众所周知,超临界机组是指主蒸汽压力大于水临界压力(22.12MPa)的机组。
习惯上又将超临界机组分为两个层次:
①常规超临界机组,其主蒸汽压力一般24MPa左右,主蒸汽和再热蒸汽温度为540-560℃;②超超临界机组,其主蒸汽压力为25MPa及以上,主蒸汽及再热蒸汽温度为580℃及以上。
与常规超临界机组相比,超超临界机组的热效率可提高3%左右,而相对于亚临界机组其热效率更要提高6%左右[1]。
由此可见,与亚临界和超临界机组相比,超超临界机组在经济性方面有了较大提高。
当前,超超临界技术正日益成为世界各国为提高火电机组效率、节约能源、减轻环境污染广泛采用的措施,是目前最成熟的洁净煤发电技术。
我国在本世纪初开始大力发展超超临界发电技术。
目前已有华能玉环、华电邹县、国电泰州等电厂的百万千瓦机组投入商业运行。
由于超超临界机组的运行参数值已接近机组金属材料的极限参数值,同时又由于机组的材料导热、壁厚等方面的特殊性,使得热应力问题变得十分突出超温运行会对锅炉安全运行带来巨大的危害,故维持主汽温的稳定,尤为重要。
一般情况下,主蒸汽温度长期不能超过±6℃,短期不能超过±2℃。
超超临界机组锅炉一般采用直流炉,工质一次通过预热、蒸发和过热各受热面,锅炉蓄热较小,对外界的扰动响应较快,且燃烧率、给水、汽轮机调门开度变化都会影响到主汽温,同时,主汽温还跟功率、主汽压力关联性很强,从而使得该系统具有明显的多变量特征[2];此外,超超临界机组的主汽温对象具有较大的惯性、时滞和非线性,且动态特性随运行工况的变化而改变,故设计有效的主汽温控制系统难度较大。
1.超超临界机组主汽温控制系统的现状国内对超超临界机组主汽温控制系统的研究较少,现有的研究仍然主要集中在同为直流锅炉的超临界机组主汽温控制系统的设计与改进方面,并取得了一些成果。
它们的共同之处是通常采用调节燃水比保持中间点温度,实现过热汽温的粗调,同时利用喷水减温手段细调过热器出口汽温的主汽温控制方案[3][4]。
文献[3]针对超临界机组汽温控制的特点和需求,在对汽温调整手段分析的基础上,论述了超临界机组汽温控制中的燃水比调整和喷水减温调节方案的设计要点,其中过热器出口汽温的调节方案取消了被工程实践反复证明行之有效的串级控制方案中的内回路,这样做势必削弱系统克服喷水自身扰动的能力,此外,喷水减温控制器采用传统的PID算法,这对具有较大的惯性、时滞、非线性以及动态特性时变的超临界机组主汽温控制系统而言比较困难;文献[4]提出了在具体的工程实施中,燃水比与机组负荷、燃烧器摆角或烟气挡板开度之间的模糊规则。
众所周知,模糊控制规则的获取比较困难,同时由于现场的工程师对此不熟悉,因此调试比较困难。
本文仍然采用调节燃水比保持中间点温度,改进之处:
采用基于专家PID算法的主汽温喷水减温控制方案。
这样做既发挥了PID控制器简单、直观以及便于现场控制工程师掌握的特点,又结合了专家控制控制不依赖于被控对象严格的数学模型以及灵活性和鲁棒性强的优点。
将该方法应用于电厂超超临界机组主汽温系统的控制进行仿真研究并与常规PID串级控制系统进行比较,结果表明控制系统的性能得到较大的提高。
3)仿真研究
为了验证本文所提出的控制方法的有效性,现将其应用于超超临界机组主汽温控制系统进行仿真研究。
基于专家PID算法的主汽温喷水减温控制系统如图2所示。
为了保持串级控制系统的优点,本方案中仅用专家PID控制器取代了串级控制系统中的主调节器,而串级控制系统中的副回路保持不变,这样当减温水流量发生自发性的扰动时,副回路就会快速动作,及时消除扰动的影响。
图中,Wc1(s)为副调节器,Wo1(s)、Wo2(s)分别为调节对象导前区和惰性区的传递函数,Wm1(s)、Wm2(s)分别为导前汽温和过热汽温的测量单元,各环节的传递函数分别为:
其中,W01(s)、W02(s)分别为调节对象导前区和惰性区的传递函数,Wm1(s)、Wm2(s)分别为导前汽温和过温的测量.
仿真结果:
图3为设定值r作超超临界机组主汽温额定温度的10%的阶跃变化时,专家PID控制系统与常规串级PID控制系统响应曲线的比较,可以看出,专家PID控制系统的动态响应无超调量且调节时间有了较大的改善,控制系统的性能有了明显提高。
为了验证本文所提出的超超临界机组主汽温专家PID控制方法的鲁棒性,在Wo1(s)保持不变的情况下
(1)假定过热汽温对象的惯性时间常数发生变化,变化后的对象模型Wo2(s)=1.276/(1+22)6;
(2)假定过热汽温对象的增益变大,即Wo2(s)=1.8/(1+18.4)6。
图4、图5分别为对象惯性时间常数和增益变化后控制系统的设定值响应曲线。
从图中可以看出,当对象的惯性时间常数和增益发生变化时,常规PID串级控制系统的性能已经下降,而本文所提控制方法仍具有较好的控制效果,具有很强的鲁棒性。
四、总结
短短一周的控制系统课程设计结束了,在这个过程中,我学习和锻炼了好多。
把智能控制的专家控制和PID控制又进行了巩固和学习。
首先,对课题进行了分析:
如对象、模型、设计控制器等等。
去图书馆又了解了电厂超超临界机组主汽温控制系统。
课题主要采用专家PID控制器做主调节器,将专家控制和PID控制相结合,这种方法不需要预先知道对象的精确模型,而且其设计思想和结构也易于被了解和操作。
通过将基于该方法的电厂超超临界机组主汽温控制系统进行仿真研究并与常规PID串级控制系统进行比较,结果表明控制系统的性能得到较大的提高。