基于Simulink的超超临界直流锅炉水冷壁动态特性仿真

超临界660 MW机组直流锅炉动态特性仿真研究
王超;张宝瑞;刘铠瑞;樊海龙;刘斌;全向;王利民;车得福
【期刊名称】《热力发电》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】为提升煤电机组灵活性,锅炉需具备良好的可控性和适应负荷快速变化的能力。

锅炉灵活性与控制系统性能密切相关,而后者是基于动态特性设计的。

为研
究锅炉的动态特性,在Dymola平台中建立了某超临界660 MW机组直流锅炉的动态模型。

结果表明:当锅炉入口参数发生扰动时,蒸汽温度的响应时间比蒸汽流量更长;当给水温度、给水量与燃料量分别阶跃增加5%时,主蒸汽温度分别变化10.2℃、-28.5℃和35.7℃;在锅炉的水煤配比调节过程中,给水量和燃料量变化时间不同会
对主蒸汽温度产生不同的影响;当给水量比燃料量延迟约100 s作用时,主蒸汽温度
在瞬态过程中的最大偏差相对于二者同时变化的情况减少了27.4℃;当变负荷幅度
相同时,变负荷速率越大,主蒸汽参数的波动越剧烈,趋于稳定所需的时间越长。

【总页数】10页(P124-133)
【作者】王超;张宝瑞;刘铠瑞;樊海龙;刘斌;全向;王利民;车得福
【作者单位】内蒙古电力科学研究院;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室;内蒙古三峡蒙能能源有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK2
【相关文献】
1.660MW超临界压力直流锅炉机组数学模型及仿真
2.660MW直流机组动态特性仿真研究
3.超临界600 MW机组直流锅炉动态特性研究
4.660MW超临界燃煤机组变负荷过程动态特性的仿真研究
5.660MW超超临界机组直流锅炉煤水比控制研究
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超临界机组直流锅炉过热器吸热量动态仿真王为术;王鑫【期刊名称】《热力发电》【年(卷),期】2017(046)003【摘要】为研究超临界机组直流锅炉过热器调峰过程热力特性及安全性,基于MATLAB/Simulink仿真平台对超临界600 MW机组直流锅炉建立模型并进行数值仿真,分析了锅炉在35％～100％最大连续蒸发量时,过热器吸热量动态特性.研究结果表明:随着锅炉蒸发量增大,炉膛出口和后屏过热器出口烟气温度及对流过热器出口蒸汽温度逐渐升高,而对流过热器出口烟气温度趋于稳定;对流过热器对流吸热量增速最快,变化幅度最大,而对流过热器辐射吸热量相对较小;过热器附加受热面对流吸热量大于辐射吸热量,两侧水冷壁受热面吸热量大于炉顶受热面吸热量;对流过热器区域附加受热面两侧水冷壁对流吸热量最大,炉顶受热面吸收的炉膛辐射热量最小,与后屏过热器区域附加受热面相比,对流吸热量远大于辐射吸热量.%To study the thermodynamic and security characteristics of the super heater in supercritical oncethrough boilers during peak adjustment process,this paper establishes a model for a supercritical 600 MW once-through boiler and carries out the numerical simulation,by using the MATLAB/Simulink platform.The dynamic characteristics of heat absorption of the super heater were studied under conditions with BMCR of 35％ to 100％.The results show that,with an increase in the boiler load,the flue gas temperature at the furnace outlet and the screen-type super-heater outlet,and the steam temperature at the convective superheater outletincreased steadily,while the flue gas temperature at the convective superheater outlet tended to be stable.The convection heat absorption of the convection super-heater was on fastest-growing,while the radiation heat absorption of the convection super-heater was in a relatively minimum value.The convection heat absorption was greater than the radiation heat absorption in additional heating surface,and the heat absorption of the water wall was greater than that of the roof pared with the additional heating surface of screen-type super-heater,the convection heat absorption of the additional heating surface of the convection super-heater was much higher than the radiation heat absorption.【总页数】6页(P64-69)【作者】王为术;王鑫【作者单位】华北水利水电大学热能工程研究中心,河南郑州 450011;华北水利水电大学热能工程研究中心,河南郑州 450011【正文语种】中文【中图分类】TK223【相关文献】1.某电厂600MW超临界直流锅炉机组分隔屏过热器爆管原因分析及措施 [J], 岳亮2.超临界600 MW机组直流锅炉屏式过热器超温问题分析及治理 [J], 韩波3.660 MW超超临界机组直流锅炉后屏、末级过热器入口管段优化 [J], 陈捷;刘进峰4.超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究 [J], 丁翠兰;张伟5.超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究 [J], 丁翠兰;张伟;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于Simulink的锅炉温度流量串级控制系统设计与仿真Design and Simulation of Concatenation Control Systems for Water Tank Level andTemperature Based on Simulink天时海洋工程及石油装备研究院（青岛）有限公司蔡大伟（Cai Dawei）摘 要: 本文采用过程控制理论及Simulink仿真技术、计算机控制系统，设计了一套锅炉温度流量串级控制系统。

通过实验法建立出锅炉数学模型，从而得出锅炉进水流量与温度间传递函数，通过现代控制理论设计的控制方案进行仿真，测量响应曲线。

通过仿真软件对其进行验证，基本准确，通过对参数进行整定，得到较好现场控制效果。

最后，为了体现串级控制的优势，将串级控制系统的抗干扰能力和单回路控制系统的抗干扰能力加以比较。

关键词: 温度；流量；PID控制；串级控制系统Abstract:In this paper, a set of boiler temperature flow cascade control system is designed by using process control theory, Simulink simulation technology and computer control system. The mathematical model of the boiler was established by experiment, and the transfer function between the water inflow and the temperature was obtained. It is verified by simulation software, which is basically accurate, and good control effect can be obtained by setting parameters. Finally, in order to embody the advantages of cascade control, the anti-interference ability of the cascade control system is compared with that of the single-loop control system.Key words: Temperature; Flow; PID control; Concatenation control systems【中图分类号】TP13 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)02-093-051 引言现代化过程工业向着连续化和大型化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，而对生产经济效益﹑质量的要求，对生产的可靠、安全性的要求以及对生态环境保护的要求也越来越高。

二．超超临界火电机组燃烧控制Simulink 仿真模拟
图1 燃烧控制系统
图中W 为给水量，B 为燃料量，T 为微过热蒸汽温度，P T 为主蒸汽压力。

此为一个典型电厂燃烧控制系统。

前几年在江苏落成的国电泰州电厂使用的是典型的1000MW 超超临界机组，通过从网上查阅相关资料后，使用其在80%负荷的工况下的现场运行数据进行研究。

将相关数据输入MATLAB 并化简后，得出在80%负荷工况下控制系统的动态模型传递函数为：
另外根据相关知识：
22
2121111212;G G D G G D -=-=
首先，在Simulink环境下完成对图3的建模，如图2
图2 一般的燃烧控制系统的Simulink仿真
将式传递函数的数据输入Simulink中，运行后可从示波器中得到T和P T的波形图，分别为图3、图4所示。

图3一般燃烧系统微过热蒸汽温度（T）输出波形
图4 一般燃烧系统主蒸汽压力（PT）输出波形。

超临界直流锅炉长期动态特性的建模与仿真
李运泽;杨献勇
【期刊名称】《热能动力工程》
【年(卷),期】2003(18)1
【摘要】超临界直流锅炉长期动态特性对超临界直流锅炉汽轮机发电机组的仿真和控制系统设计具有十分重要的意义。

为了快捷、全面、可靠地研究调峰及负荷变化过程中超临界直流锅炉的长期动态特性 ,通过合理地机理分析和模型简化 ,应用状态空间方法建立了超临界直流锅炉省煤器、水冷壁、过热器及再热器的简化数学模型 ,推导出工质侧压力流量变化的一组更为简洁、新颖的非线性关系式。

最后以上述简化状态空间模型和非线性关系式为工具对某 6 0 0MW超临界直流锅炉的长期动态特性进行了仿真研究 ,仿真结果正确。

本文的研究为超临界直流锅炉的长期动态特性研究提供了一个十分简便的数学模型和方法。

【总页数】4页(P23-26)
【关键词】超临界;直流锅炉;动态特性;建模;仿真
【作者】李运泽;杨献勇
【作者单位】清华大学热能工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TM621.2
【相关文献】
1.大容量超临界直流锅炉锅内过程全工况实时仿真数学模型及动态特性 [J], 徐二树;李恕康;孙志英;宋之平
2.基于Simulink的超超临界直流锅炉水冷壁动态特性仿真 [J], 常经纬;田晓璇;黄锦涛
3.超临界直流锅炉水冷壁系统建模与仿真 [J], 黄永和;杨晨;何航行
4.超临界直流锅炉蒸汽发生器的建模与仿真研究(一) [J], 范永胜;徐治皋;陈来九
5.超临界直流锅炉蒸汽发生器的建模与仿真研究(二) [J], 范永胜;徐治皋;陈来九因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于Matlab／Simulink的锅炉汽包水位控制建模仿真金璐;陈勇【摘要】A new type of boiler dnnn water level fuzzy PID controller is designed in this paper, which analysed the mathematical model of the boiler drum water level control system, the constructure of the fuzzy PID controller and working principle and effect. The water level controlling of fuzzy PID controller and the common controller is simulated respectivelyby applying Matlab/simulink. The result shows that the fuzzy PID controller design is reason- able and controllable.%设计了一种新型的锅炉汽包水位模糊PID控制器，分析了锅炉汽包水位控制系统的数学模型和模糊PID控制器的结构、工作原理和作用，并运用Matlab／Simulink对模糊PID控制器和常规控制器分别在锅炉汽包水位控制中进行仿真．结果表明，模糊PID控制器设计合理，控制效果良好，具有更好的控制特性．【期刊名称】《淮阴师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(011)002【总页数】4页(P150-153)【关键词】Matlab;模糊PID;汽包水位【作者】金璐;陈勇【作者单位】南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京210042;淮阴师范学院物理与电子电气工程学院,江苏淮安223300【正文语种】中文【中图分类】TP272锅炉是化工、石油、电力等工业部门的重要热源、能源动力设备[1],锅炉控制系统的水平已经成为衡量锅炉性能的一个重要因素．锅炉控制是一个比较复杂的控制过程,各个环节的工艺参数必须严格控制,而汽包水位控制系统是锅炉自动控制系统中最重要的环节,汽包水位是锅炉正常运行的重要参数,维持汽包水位在一定的范围内变化,是锅炉水位控制的重要任务之一．随着锅炉汽包水位的控制应用领域的不断扩大,要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短,建立锅炉汽包水位控制系统的仿真模型,可以充分利用计算机仿真的优越性,人为地改变系统的结构、加入不同的扰动和参数变化,以便考察系统在不同结构和不同工况下的动态特性[2]．本文在分析锅炉汽包水位控制数学模型的基础上,对通常的运动控制系统仿真模型进行了改进,并借助于Matlab/Simulink强大的仿真建模能力,建立了锅炉汽包水位控制系统的计算机仿真模型．锅炉汽包中储水量的变化是由汽包水位决定的[3],在水位下汽泡容积的变化过程趋于平衡时,水位的逐渐上升反映了汽包中储水量的增加,因为给水温度比汽包内饱和水的温度低,当给水流量增加后,原有饱和水中的部分热量就被吸收,所以水位下汽泡容积有所减少．锅炉的给水流量实际反映了给水控制系统的操纵变量,可以把汽包水位看作单容量无自衡过程．用传递函数G1表示锅炉汽包水位H与给水流量W之间关系,如果给水量为阶跃变化时,汽包水位在起始状态不会迅速增加,而是呈现出起始惯性段,此过程可近似于积分环节与时滞环节的串联系统特性,G1可表示为:式中,S为拉普拉斯算子,T1为时间常数,k1为给水单位流量改变时锅炉水位变化速度．用传递函数G2表示“虚假水位”时水位H与蒸汽流量D之间关系,所谓“虚假水位”,即蒸汽流量突然增加时,水位先上升,然后再下降,而不是当蒸汽流量D大于给水量W时,水位应下降,这是因为蒸汽用量增加,瞬间导致汽包压力下降的缘故．(反之,蒸汽流量突然减少时,则水位先下降,然后再上升),G2可表示为:式中,S为拉普拉斯算子,T2为时间常数,k2为放大系数,kf为蒸汽单位流量改变时水位变化速度．模糊PID参数自整定的设计思想是先找出PID三个参数与偏差e和偏差变化率ec 之间的模糊关系[4],为使被控对象具有良好的动、静态性能,在系统控制过程中,通过不断检测偏差e和偏差变化率ec,在线校正参数Kp、Ki和Kd,从而满足不同偏差e 和偏差变化率ec对控制器参数的不同要求．模糊PID控制器通过偏差e和偏差变化率ec作为输入,在线对PID参数进行校正,从而可以实现不同时刻偏差和偏差变化率对PID参数自整定的要求．2.1 模糊PID控制器的组成模糊PID锅炉汽包水位控制是运用模糊控制理论及传统PID控制理论来实现对锅炉汽包水位进行控制的装置[5],其基本组成如图1所示．图1中H0为汽包水位的给定值，H为汽包水位的实际值．汽包水位模糊控制器采用双入单出结构．两个输入变量分别为:水位的偏差e和水位偏差的变化量ec．输出控制量U控制汽包水位调节阀的开度．2.2 参数PID模糊控制规则模糊PID控制器输入变量为e(系统给定值H0与实际输出值H之间的偏差)和(偏差变化率),经模糊控制器后输出语言变量E,偏差变化率Ec,不断校正PID参数KP,Ki 和Kd．可以选取PB,PM,PS,ZO,NS,NM,NB作为偏差语言变量E,偏差e的离散论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},偏差E的隶属函数选用三角函数．选取PB,PM,PS,ZO,NS,NM,NB作为偏差变化率语言变量Ec,偏差变化率ec的离散论域为{-0.3,-0.2,-0.1,0,0.1,0.2,0.3},偏差变化率的隶属函数也选三角形函数．根据PID 控制的基本原理,比例系数KP的作用在于加快系统的响应速度,提高系统调节精度;积分系数Ki的作用在于消除系统的稳态误差;微分系数Kd的作用在于改善系统的动态特性．根据以上控制规则设计锅炉汽包水位控制回路的PID参数模糊控制规则表,如表1-表3所示．采用加权平均法进行反模糊化[4],将模糊推理结果转化为精确值．本文中通过模糊PID控制器,得到模糊控制量所对应的PID参数KP,Ki和Kd的控制增量ΔKP,ΔKi,ΔKd．最后,采用增量式的PID控制算法计算控制系统当前控制增量ΔUi,将ΔUi附加在前一时刻的控制量ΔUi-1上,即可得到当前时刻的输出控制量Ui．在Matlab/Simulink中根据上文PID参数模糊控制规则对锅炉水位控制系统进行了仿真,结果如图3所示,为了方便比较对常规PID控制系统也进行了仿真,仿真曲线如图2所示,比较结果表明模糊PID控制器的超调量较小,稳态误差较小,响应速度快．本文锅炉汽包水位控制采用模糊PID控制原理,在线地对三个参数进行了调整．模糊PID控制器采用二维输入量,即偏差e和偏差变化ec,从仿真结果看,具有较好的控制性能,既达到了较快的响应速度,又抑制了超调量,达到了优化PID控制器和模糊控制器的目的,为锅炉汽包水位控制系统的设计提供了一定的参考价值．【相关文献】[1] 马艳梅.基于DSP的锅炉汽包水位控制系统的控制策略的研究[D].安徽理工大学,2009.[2] 李中宁.基于MATLAB的锅炉水位模糊控制系统的设计和分析[D].长春理工大学, 2008.[3] 陈平,陈小云.基于MATLAB的锅炉水位控制系统的设计与仿真[J].机电技术，2006,29(1):4-5.[4] 刘静纨,魏东,戴正伟.基于模糊PID控制的VAV控制系统研究与实现[J]. 北京理工大学学报,2010,30(8):920-924.[5] 王卓,付冬梅,刘德军.锅炉汽包水位控制系统的研究[J].自动化仪表,2006,27(11):51-56.[6] 沈刚,丛大成,韩俊伟.模糊免疫PID控制在淀粉生产线中的应用[J].农业机械学报,2008,39(10):109-118.[7] 王万召,赵兴涛,宋艳萍.模糊RBF自整定PID控制器在过热汽温控制中应用[J]. 电力自动化设备,2007,27(11):48-50.[8] 胡包钢,应浩.模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题[J]. 自动化学报,2001,27(4):567-584.[9] 杨鹏,文喜星,周伶俐.基于模糊PID控制的静电悬浮研究[J]. 西北工业大学学报,2010,28(2):308-312.[10] 宋淑然,阮耀灿,洪添胜,等. 果园管道喷雾系统药液压力的自整定模糊PID控制[J].农业工程学报,2011,27(6):157-161.。

锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真燃烧过程控制系统概述燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

[6]如图1是燃烧过程控制系统示意图，图2是原理方框图，图3是燃烧过程控制特点。

图1燃烧过程控制系统示意图图2原理方框图图3 燃烧过程控制特点2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。

一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响，因此，维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。

保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃料产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。

因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定；燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。

控制量如图4所示。

图5为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统结构简图。

图6为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图。

图4控制量示意图图5燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图图6燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图2.2炉膛负压控制系统所谓炉膛负压：即指炉膛顶部的烟气压力。

炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。

炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。

当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。

因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。

大多数锅炉采用平衡通风方式，使炉内烟气压力低于外界大气压力，即炉内烟气负压，炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。