汽轮机核心控制系统的研究与应用

论文摘要

目前国内大中型机组汽轮机控制系统大多采用数字式电液控制系统(DEH),控制核心采用微机实现PID控制,通过数字式电液调节器(CPC),可以全程参与机组启停、负荷调节、转速调节、汽机保护及汽机监视,实现机组安全稳定运行。由于汽轮机控制的任务及汽轮机作为一种大型高速转动机械因超速带来的破坏性危害及灾难性后果,本论文主要研究其中的转速调节系统。汽轮机转速调节系统采用单回路PID调节系统,具有控制稳定、超调量小、反应速度快等优点。本论文建立了转速调节系统动态数学模型,进行了仿真验证,并设计出了PID转速控制系统,经过在迁钢公司自备电站汽轮发电机组运行实践工作基本正常,达到了快速准确调节转速之目的。但是,同各大发电厂一样,本汽轮机转速调节系统在实际生产运行过程中,也存在一个突出的问题,即系统在建设、检修后,调速系统阀门特性、油动机行程等系统动态特性发生改变,造成PID调节器参数给定不当,导致开机启动调试过程中经常出现调节阀开度以及负荷剧烈摆动的现象,甚至导致机组超速停机。为解决这个问题,本论文通过模糊PID控制算法,设计了一种模糊PID控制器,应用于汽轮机数字电液控制系统,实现系统控制的智能化。当系统发生扰动或内部特性变化时,控制器参数能够自动整定,以充分发挥PID控制器控制精度高、稳定性好的优势,使机组运行保持稳定。避免开机后反复盲目调整动态参数PID。通过建立数学模型,对系统进行仿真分析,机组的各项控制指标均达到生产运行要求。这种数字电液控制系统,避免了机组开机过程中负荷剧烈振荡对汽机本体造成损坏,而且,通过合理参数设置,少去了大量的PID参数摸索过程,使机组平稳升速,压缩了机组开机时间,可多发电多创经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽轮机控制系统的发展
• 1.1.1 汽轮机控制系统技术发展现状
• 1.1.2 汽轮机数字电液控制系统的特点及优越性
• 1.2 汽轮机数字电液控制系统的研究意义
• 1.3 数字调节器的转速调节作用
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 汽轮机数字电液控制系统简介
• 2.1 汽轮机数字电液控制系统控制的指标
• 2.2 汽轮机数字电液控制系统的基本结构
• 2.3 数字电液控制系统的基本功能
• 2.3.1 抽汽与汽轮机负荷的调节
• 2.3.2 转速控制
• 2.3.3 抽汽压力控制
• 2.4 数字电液控制系统的启动方式
• 2.5 转速控制的难点
• 2.6 本章小结
• 第3章 汽轮机转速控制系统建模与控制算法设计
• 3.1 汽轮机转速控制系统构成
• 3.2 汽轮机数字电液控制系统动态数学模型的建立
• 3.2.1 模块化建模
• 3.2.2 数字电液控制系统建模
• 3.3 汽轮机转速PID控制算法及设计
• 3.3.1 传统PID调节器的构成
• 3.3.2 比例积分调节规律
• 3.3.3 转速控制PID的参数整定方法
• 3.3.4 转速控制的双动态特性
• 3.4 汽轮机转速控制系统仿真及结果分析
• 3.4.1 凝汽式机组调速系统的仿真模型
• 3.4.2 凝汽式机组调速系统的仿真分析结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 汽轮机数字电液控制系统设计与实现
• 4.1 数字电液控制系统单回路PID控制
• 4.2 数字电液控制系统的构成
• 4.3 数字式调节器构成
• 4.4 控制功能的实现
• 4.4.1 汽轮机数字电液控制系统控制功能实现的硬件部分
• 4.4.2 汽轮机数字电液控制系统输入输出
• 4.4.3 汽轮机数字电液控制系统控制功能实现的软件及编程
• 4.5 本章小结
• 第5章 模糊PID控制器的设计
• 5.1 问题的提出
• 5.2 模糊PID控制器开发背景及应用
• 5.3 模糊PID控制器设计方法及发展现状
• 5.3.1 增益调整型（Gain—scheduling）模糊PID控制器
• 5.3.2 直接控制量型（Direct-action）模糊PID控制器
• 5.3.3 混合型（hybrid）模糊PID控制器
• 5.4 模糊PID控制器设计
• 5.5 采用模糊控制PID调节器后计算机仿真分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢