汽轮机转速自适应控制在DEH中的应用

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1、转速自适应控制在DEH中的应用刘建龙　　湘潭发电有限责任公司（湖南湘潭411100）　       　徐湘沪　　湖南省电力试验研究所（湖南长沙410007）摘　要　介绍了自适应控制应用于DEH转速控制，转速调节对象特性在不同转速区域发生改变时，自适应控制自动采用不同的调节器参数，保证调节品质满足要求。关键词　自适应控制　转速控制　DEH0　概　述　　　　随着计算机技术的发展，DCS系统被广泛应用，自适应控制在电厂热工自动调节中逐步进入了实际应用阶段。在湘潭发电有限责任公司300MW机组DEH系统的调试过程中，我们将自

2、适应控制应用于汽轮机转速调节中，取得了较好的调节品质。1　自适应控制的基本原理　　　　自适应控制是研究适用于各种对象特性变化，使调节系统都具有近似最优调节品质的一种控制方式。自适应控制的产生根源是，在生产过程控制中，几乎很难找到一种对象特性是不变化的，只要对象特性变化，其原有的最优调节状态就会被破坏，原有的调节回路的最优PID参数就会变得不再适用。解决这个问题的最好方法是在对象特性变化的同时，自动对调节回路的PID参数进行调整，重新找到适应变化后的对象特性的最优PID参数。　　从控制模型简化理论知道，许多工业生产过程

3、的对象都可以转化成如下的一种模型：　         　G0（S）＝K0／（T0S＋1）3式中　K0表示对象在正常状态下的静态增益；T0表示对象在正常状态下的时间常数。　　由于外界条件或生产设备因素的变化可能会引起K0，T0的变化，K0，T0变化以后，原来调节器的最佳整定PID参数就会变得不再是最佳的。自适应控制系统采用图1所示的原理使得在K0，T0变化的情况下仍能维持最佳的调节品质。　　在该控制系统中，利用参考模型来模拟被控制对象在正常状态下的模型。当被控制对象的静态增益K0和时间常数T0变化时，2个模型的输出就不

4、一样，于是有一个偏差e产生：　　                              e＝X－X式中　X为被控制的变量；X为参数模型的输出变量；e为自适应机构的信号源，它的变化代表被控制对象K0，T0的变化。　　自适应机构为e的一个函数运算器，它根据e的变化自动调整调节器的PID参数。2　自适应控制在转速控制中的应用　　　　根据有关国家标准，对DEH系统转速控制精度的要求为±1r／min。虽然相对于其它热工调节对象而言，汽轮机转速调节对象的特性比较稳定，迟延和惯性都比较小，但各转速点的特性却不相同，要在50～3

5、360r／min的转速调节范围内都达到±1r／min的精度要求还是存在相当难度的。在DEH65系统投运初期就碰到了不少问题。　　当汽轮机冷态启动，且机前压力≤6MPa时，经过反复调整选定了一组转速调节器的PID参数，在50～2000r／min的转速控制范围内，均能满足±1r／min的精度要求。但在汽轮机转速由2000r／min向3000r／min升速过程中，当转速超过2700r／min后，转速控制精度突然下降，无法达到±1r／min的精度要求，必须重新调整选定另一组PID参数才能满足精度要求，但这一组PID参数又不能

6、满足50～2000r／min转速控制范围内的精度要求。经过多方摸索，始终无法找到一组合适的转速调节PID参数在50～3000r／min的转速控制范围内均能满足±1r／min的精度要求。经过与机务人员分析及多次试验，得出结论：由于汽轮机的高压调节阀有10％左右的预启行程，在这段行程的末端，调节阀的流量特性有一个突变，因而改变了转速调节对象的特性，导致无法采用同一组转速调节PID参数在50～3000r／min的转速控制范围内来满足±1r／min的精度要求。　　当汽轮机热态及极热态启动时也存在类似问题。此时，由于汽轮机的汽

7、缸及转子金属温度较高，为了保证蒸汽过热度，蒸汽温度比冷态启动时有较大提高，因而导致蒸汽压力一般≥6MPa。由于蒸汽压力的大幅提高，引起转速调节对象的特性改变。具体地说，就是当调门开度轻微变化时转速大幅度化，此时再采用冷态启动时的转速调节PID参数，则不能达到±1r／min的精度要求。　　为了解决上述矛盾，经过研究，决定在转速调节中采用自适应控制。考虑到构成一个精确的被控制对象模型比较困难，且被控制对象的静态增益K0和时间常数T0的变化能通过汽轮机转速的变化及冲转状态（冷态、热态或极热态）的变化反映出来，在设计上便将汽

8、轮机转速的变化及冲转状态的变化作为自适应机构的输入，原理见图2。　　　　　在自适应控制投运前，首先通过计算及现场调整，在汽轮机冷态启动50～2700r／min转速控制范围、冷态启动2700～3000r／min转速控制范围、热态或极热态启动50～2700r／min转速控制范围以及热态或极热态启动2700～3000r／min转速控制范围这4种状态下