时间尺度校正在超超临界 机组控制中的应用 黄卫剑 2012年12月06日 浙江宁波 二时间尺度校正原理 三时间尺度校正的应用 四结语 目 录 一引言 p 国家能源政策的推行，风能、太阳能、核能装机容量越来越大 p 超临界、超超临界机组装机容量占总装机容量比重已超过50% p水电、燃机等调峰机组容量明显不足 1、引言 超（超）临界机组必须具备大范围和深度调峰功能 1.1 宏观要求 1.2 超（超）临界机组控制难点-1 p多输入、多输出、强耦合 p 机组从启动到满负荷历经湿态、干态，压力历经低压、高压、亚临 界、超临界、超超临界 p 运行设备启停组合变化大。 1、引言 1.2 超（超）临界机组控制难点-2 p机组负荷、主汽压力、蒸汽温度等对风/煤/水的响应在低负荷段与高负荷 段相比，对象阶数更高，纯迟延、上升时间、调节时间更长。 p 控制对象增益变化较大， 有的对象高低负荷增益相差数倍。 1、引言 1.3 实现超（超）临界机组大幅升降负荷的控制策略 p分段控制 p 变参数控制 1、引言 1.4 目前变参数控制的参数整定方法 p模糊推理整定法 p神经网络参数整定法 p遗传算法参数整定法 1、引言 p算法复杂，在目前主流的DCS上难以实施 p整定参数过程耗时长、整定工作量大、在新机组调试时间有限的情况下难 以精确整定 1.4 目前变参数控制的参数整定方法 1、引言 时间尺度校正法 p结构简单，可在所有DCS平台上实现，参数整定容易、调试时间短 2.1 控制系统时间尺度 p以“单位加速度”移动“单位距离”的时间 2、时间尺度校正方法 对于简单二阶系统： 满足 的时间 定义为“1个时 间单位” 对于一般二阶系统： 如果a为常数，则 满足 的时间为 ，是基本时间单位的 倍。 2.1 控制系统时间尺度 p以“单位加速度”移动“单位距离”的时间 2、时间尺度校正方法 对于一般二阶系统： 其时间时间 尺度为为： 其中， 为确定系统工作范围的适当常数； 推广到n阶阶系统统，时间时间 尺度定义为义为 ： 。 2.3 基于时间尺度校正的控制系统原理 2、时间尺度校正方法 2.3 控制器参数的整定 若已知系统的时间尺度p，则PID参数可初步设置如下 2、时间尺度校正方法 。 2.3.1 控制器参数的初步设定 2.3 控制器参数的整定 2.3.2 修正控制器参数的修正 2、时间尺度校正方法 如果对对象的输输出比较较慢，可以减少积积分时间时间 ，设设置 或者增大 如果此时时系统统的输输出太快且波动动大，可以增加积积分时间时间 ，设设置 如果对对象输输出仍然太快但波动动有所减少，可以加进进微分 如果加入微分后，对对象输输出仍然有波动动，则则减小 2.3 控制器参数的整定 2.3.3含纯滞后对象的控制器参数修正 2、时间尺度校正方法 如果被控对象含有纯滞后环节，可以先整定不包括纯滞后的对象 的参数，然后改变前置的时间尺度校正系数 ，即可获得与不含滞 后对象控制结果平移纯滞后时间的控制效果。 2.3 控制器参数的整定 2.3.3含纯滞后对象的控制器参数修正 2、时间尺度校正方法 针对二阶系统： 如果设计出的PID控制器得到的闭环响应曲线如图2(a)所示 那么总能找到一个Kf值，使得在同样的PID参数下，被控对象 的闭环系统输出阶跃响应向右平移个时间，如图2(b)所示。 2.3 控制器参数的整定 2.3.3含纯滞后对象的控制器参数修正 2、时间尺度校正方法 (a)无滞后 (b)有滞后 图2 不带纯 滞后和带纯 滞后闭环阶跃 响应 2.4 控制器参数的整定 图3 不同整定方法的一阶加纯滞后系统控制系统响应比较 2、时间尺度校正方法 3.1 项目介绍 3、时间尺度校正应用实例 某1000MW机组调试期间，成功地将时间尺度参数控制方法应用于 协调控制系统、汽温控制系统和送风控制系统等多个主要控制系统。 通过基础PID参数整定和时间尺度参数的整定，实现了机组从低负荷 到高负荷的稳定调节，并大大减轻了不同负荷段各系统的整定工作 量。 3.2 系统结构 3、时间尺度校正应用实例 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3.1 PID参数整定 1） 机组满负荷时，通过强制或参数设定方式，确保时间尺度校正函 数模块06输出值为1.0，系统前馈回路中的模块11的输出值为0； 2） 通过工程整定方法或内模参数整定法，整定PID控制器03的PID 控制参数。对于锅炉主汽压力控制，希望主汽压力超调量小或者无超 调。 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3.2 前馈回路整定 1）根据锅炉性能计算书，确定在设计煤种下机组负荷燃料量的对应 关系并折算为机组负荷锅炉主控输出的对应关系； 2） 在定压方式下，进行幅值为5%-10%的机组升降负荷试验，调整 模块超前/滞后模块10的超前时间和滞后时间，使机组升降负荷时，机 组负荷与主汽压力跟踪设定值性能良好。 3） 固定机组负荷，改变主汽压力设定值，调整模块07的微分增益和 微分时间，使主汽压力跟踪主汽压力设定值的能力良好。 4） 进行滑压升降负荷试验，观察机组负荷、主汽压力跟踪设定值的 能力，必要时，微调微分模块07和超前/滞后模块10的参数，进一步 提高机组负荷和主汽压力的调节性能。 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3.3 时间尺度校正函数的整定 1）进行机组升降负荷试验整定不同负荷点的时间尺度校正系数。应 特别注意干湿态转换点、锅炉最低稳燃负荷、AGC负荷下限、50%负 荷、100%负荷等关键点对应的时间尺度校正系数。 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3 关键参数整定 3、时间尺度校正应用实例 3.3.3 时间尺度校正函数的整定 表1 最终终整定时间时间 尺度修正函数关系 负负荷设设定（MW) 时间时间 尺度修正系 数 00.35 4000.47 5000.56 6580.71 8300.85 10001.00 11001.10 3.4 系统投运效果 3、时间尺度校正应用实例 2011年11月10日，在机组进入168小时考核运行前，进行了负荷目标 为550MW400MW的深度调峰测试及目标为550MW1000MW范围 的正常负荷段升降负荷测试，试验时负荷速率设定为20MW/min。在试 验中，机组负荷响应延时小于30秒，机组实际负荷变化率大于 17MW/min，主汽压力偏差小于0.6MPa，主汽温、再热汽温、炉膛压 力、烟气氧量等机组主要参数过渡平稳。 400MW550MW深度调峰过程记录曲线 3.4 系统投运效果 3、时间尺度校正应用实例 550MW400MW深度调峰过程记录曲线 3.4 系统投运效果 3、时间尺度校正应用实例 400MW550MW深度调峰过程主要参数偏差表 750MW850MW1000MW变负荷过程记录曲线 3.4 系统投运效果 3、时间尺度校正应用实例 4、结语 在一组已整定合适的PID参数的基础上，仅通过合适的时间尺度系数 校正，可保持控制对象特性发生巨大变化时的控制系统的控制品质， 具有控制参数整定个数少、参数整定时间短等特点，可推广应用至工 艺过程控制对象特性多变的系统。 汇报结 束 谢谢 大家！