超临界机组控制方法与应用

序

前言

绪论

第1章 模拟调节系统和数字控制系统

1 运算放大器和模拟调节系统

1.1 运算放大器和虚拟地原理

1.2 模拟调节器的运算原理

1.3 运算与实现的装置系统

1.4 模拟与数字控制装置的差异

2 线性系统的零点、极点描述和频率响应特性

3 常见系统的延迟计算

3.1 单极点系统

3.2 可化为单极点的双极点系统

4 结果和评述

第2章 闭环动态过程和串级调节系统的分析、设计方法

1 闭环控制回路的基本概念

1.1 负反馈和小偏差调节

1.2 增益、相位和闭环工作周期

1.3 闭环回路的信号衰减

2 常见工艺环节的动态增益、相位移计算

2.1 纯延迟环节

2.2 比例环节

2.3 积分环节

2.4 比例一积分调节器环节

2.5 微分环节

2.6 比例一微分调节器环节

2.7 比例一微分一积分调节器环节

2.8 一阶惯性环节

3 电站工艺过程中重要的一阶惯性环节分析

3.1 汽轮机转子的转动方程

3.2 流量、容积、液位系统

4 锅炉给水系统分析和串级PI调节回路的设计方法

4.1 汽包锅炉给水工艺系统的描述

4.2 锅炉给水工艺系统的流速分析

4.3 控制性能的判别和优化准则

4.4 串级调节系统的特性分析

5 串级Pl调节器特性的评述

6 给水串级调节回路的设计方法

6.1 给水系统内环路Pl控制器的设计

6.2 汽包水位控制回路Pl调节器的设计

6.3 抗负荷扰动的前馈回路设计

6.4 计算实例

7 串级回路中内、外环路的耦合度

7.1 给水串级调节器系统的隔离度计算

7.2 一般串级调节器的隔离度分析

8 本章结束语

第3章 可控性和控制周期

1 数字控制器的可控性和控制周期

1.1 控制周期(T0)的定义

1.2 控制周期是不可控环节

1.3 汽轮机控制系统(DEH)及其控制周期

1.4 锅炉给水控制系统的控制周期分析

1.5 结果的讨论

2 控制周期To与闭环动态调节过程

2.1 控制周期(To)相当于一个纯延迟环节

2.2 汽轮机控制系统的结构

2.3 阀位调节回路工作周期的计算

2.4 转速调节回路工作周期的计算

2.5 不同控制策略的比较

3 常用控制模块的在线、递推算法和确定性问题

3.1 不完全微分算法

3.2 比例+积分+前馈调节算法(PIF)

3.3 比例+积分+微分+前馈调节算法

3.4 一阶惯性算法

3.5 最小二乘滤波算法(LSF)

3.6 变化率的最小二乘算法GRD(Gradient)

3.7 超前滞后校正算法

3.8 控制器的确定性和意义

4 本章结束语

第4章 大型机组的协调控制策略及实现方法

1 大型超临界机组控制工程的基本特点和问题

1.1 受控对象的基本特点

1.2 控制策略的主要问题

2 两类协调控制策略的分析、比较

2.1 汽包锅炉发电机组的协调控制策略思想

2.2 超临界、直流锅炉机组的协调控制策略

2.3 超临界、直流锅炉的给水一燃料比值控制

3 超临界单元机组的运行方式

3.1 机组协调控制方式

3.2 汽轮机跟踪锅炉方式

3.3 锅炉跟踪汽轮机方式

3.4 手动运行方式

4 直流锅炉、超临界机组协调控制策略的实现方法

4.1 机组负荷指令的来源及输入

4.2 手动负荷指令及DPC负荷指令的形成

4.3 负荷指令的变化速率限制

4.4 机组参与电网调频功能

4.5 辅机故障减负荷功能

4.6 锅炉动态加速指令(BIR)的生成

4.7 汽轮机主控制器(TM)及主蒸汽压力的非线性、平滑控制策略

4.8 主蒸汽压力调节控制和锅炉负荷指令的生成

第5章 直流锅炉的给水控制系统

1 直流锅炉给水一蒸汽工艺系统

1.1 给水泵系统

1.2 汽水分离器及启动分离器系统

1.3 喷水减温器系统

1.4 锅炉旁路系统

1.5 锅炉给水控制系统的工作阶段

1.6 焓值控制

1.7 给水一燃料比值和焓值控制策略

2 给水系统和焓值控制的实现方法

2.1 分离器出口的流体温度控制

2.2 分离器出口焓值的设定及计算

2.3 给水流量信号的测量

2.4 微过热区蒸汽焓值的设定值形成回路

2.5 焓值控制中的算法问题

3 超临界直流锅炉给水指令的生成

3.1 负荷指令转化、时间协调和交叉限制功能

3.2 最小流量控制回路

3.3 锅炉子系统负荷指令的生成规律

4 给水系统的执行控制回路组态

4.1 给水流量的测量和温度校正

4.2 给水泵投入台数的自动校正

4.3 给水主P1调节器回路

4.4 给水泵驱动级调节回路

5 曲线拟合的算法问题

5.1 正交空间及其基本性质

5.2 内积和Hilbert空间概念

5.3 最小二乘曲线拟合的算法

5.4 一维数据的优化拟合程序

5.5 二维数据的函数优化拟合程序

第6章 燃料及磨煤机控制系统

1 混燃比值和燃料流量控制指令的生成

2 燃料回路工艺和计量

2.1 燃料油供油系统

2.2 磨煤机及相关变量测量点

2.3 燃料量测量、磨煤机负荷指令生成及给煤量调节回路

3 磨煤机制粉及送粉系统的控制策略

3.1 磨煤机负荷及一次风量的基本控制方法

3.2 改进的磨煤机负荷控制方法

4 磨煤机出口煤粉温度控制

第7章 通风系统的控制策略

1 通风系统工艺

2 通风系统的总体控制策略

3 风量测量及氧量校正

3.1 风量测量

3.2 氧量校正和空气流量指令的生成

4 通风流量的调节控制

4.1 AFC信号的前馈校正作用

4.2 增益自动校正功能

4.3 分层配风的调节控制

5 FDF送风压力控制

6 引风机(IDF)引风压力控制

……

第8章 蒸气温度控制系统

第9章 汽轮机控制系统

第10章 信号测量及I/O技术

第11章 信号的故障诊断及冗余

第12章 集散控制系统技术的展望

参考文献

作者长期从事控制理论与实践工程相结合的工作。自1985年以来，作者一直工作在电站控制工程领域，因此本书为作者多年来的工作总结。本书内容包括:大型发电机组协调、调节控制的方法;采用"相位、工作周期"方法，分析、研究机组的控制策略;从控制系统可控性的观点，研究受控过程对控制装置的技术要求;提出了控制器控制周期的概念、闭环系统工作周期的概念;研究了数字控制装置的快速性、确定性问题，以及对于系统可控性的影响;研究了控制装置实现快速性、确定性的技术实现路径，分析了I/O系统、信号诊断系统的技术要素，讨论了实现的技术要点。

工业过程控制中广泛采用串级PI调节策略，是人类长期工程实践经验的结晶。工程中，如何简洁、方便地分析、设计、调试串级调节回路，依然是一个关键问题。本书采用了"相位、闭环工作周期"的解析原理，分析、设计了超临界机组的典型调节策略，并借助这种典型设计，介绍了串级调节回路的分离设计方法。

现代控制理论提供了时域、频域的理论方法。当采用控制理论处理工程问题时，往往遇到"数学模型"问题，特别是面向自动化工程的技术人员，工程项目经常变换、对象繁多、工期短、模型不精确是我们经常遇到的难题。

对于常用的串级PI调节策略，本书采用了"相位、工作周期"的解析方法，并获得了比较好的效果。解析方法的特点是:物理概念清晰、需要的数学知识相对较少;对受控对象的模型精度要求比较低;分析结果可以满足工程的需要。虽然本书以机组自动调节为主题，但采用的分析、设计方法，适用于一般自动化工程，该方法依然属于频域方法。

为了分析数字控制装置的可控性问题，本书从模拟调节器开始，比较了模拟、数字系统的特性及差异，讨论了电站工程对数字控制装置的技术需求。当然，可靠性是装置能否使用的基础;控制装置的快速性、确定性是实现高性能控制的必要条件;作业自动化是DCS系统的进一步发展方向。

本书编写过程中，热工自动化界的著名专家李子连先生，一直给予大力支持和鼓励，并仔细审阅了本书，提出了许多宝贵意见;同时，和利时公司领导及专家施用防、罗作桢、魏汇川同志也给予了帮助;国内著名学者、中国人工智能学会荣誉理事长、中国自动化学会荣誉理事涂序彦教授为本书提出了中肯的意见，并在百忙之中为本书编写了序言。在此一并表示感谢!

本书虽经多次校阅，但不足之处恐难避免，恳请读者批评指正。

《超(超)临界机组控制方法与应用》由中国电力出版社出版。

刘维，北京市人，北京和利时系统工程有限公司副总工程师，华北计算机系统工程研究所(原信息产业部电子第六研究所)研究员级高级工程师。1978年入学中国科学院研究生院，1981年获控制理论及应用专业工学硕士学位。同时担任中国人工智能学会理事、智能控制与智能管理专业委员会委员。长期从事控制理论与工程实践相结合的工作，享受国务院颁发的政府特殊津贴。