数字电液调节(一)

汽轮机DEH系统调试中的问题分析及处理李健民（广东火电工程总公司电控工程公司）引言在火力发电厂中，汽轮机是最主要的设备之一，它是一种将热能转换为动能的高速旋转的原动机，在驱动交流同步发电机时将动能转换为电能。

其控制调节装置随着汽轮发电机组容量的增加和控制方式的变化，经历了多个发展阶段，由最初的机构式调速器，发展到机械液压式调速器（MECHANICAL-HYDRAULIC GOVERNOR，MHG）、模拟式电液调节系统（ANALDGOUS ELECTRO-HYDRAULI CCONTROL SYSTEM，AEH）。

随着大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，采用计算机技术进行数字运算和软件编程，在通信、控制功能、故障诊断等方面都比模拟控制具有明显优点，甚至模拟控制难以实现的功能，数字控制只要稍作软件修改即可实现。

在此基础上，集计算机技术与液压控制技术于一体的数字电液控制系统（DIGITALELECTRO-HYDRAULIC CONTROL SYSTEM，DEH）逐渐发展起来，并随着大容量汽轮机组的发展，日益成为汽轮机必不可少的控制系统。

汽轮机数字电液调节（DEH）系统是火力发电机组的实时控制系统，机组运行时自动调节汽轮发电机组的功率和转速，保证机组的发电功率和供电频率品质；一旦机组发生事故，切断主、再热蒸汽的供给，就会尽可能的减小事故的危害，从而确保机组的正常运行。

随着我国科学技术的进步，在火电机组现代化改造的进程中，DEH系统的应用十分广泛，这可以极大地简化液压控制回路，从一定程度上提高了汽轮机调节系统的可靠性。

目前，发电机组的单机容量又不断增大的趋势，而转子的惯性质量相对减小，机组甩负荷等事故工况下的转速飞升加快，因此对调节系统的响应和动作速度提出了更高的要求。

近些年来，我国电力工业有了高速发展，新兴生产的高参数、大容量汽轮发电机组，结构更为复杂，所需控制技术更加先进，可靠性要求更高，并且广泛应用集调节、程序控制、数据处理功能在一起的数字电液控制系统。

控制 回路等 等。 软件 设计组 态 ， 实现 各控制 回路的功 能， 因而很大 程度上提 高了汽轮 机 功率控 制 回路 ： 包括功 率变化率 设定 、 目 标 功率值 给定 、 主汽 压波 调 节保安系统 的功能 ， 特别是可以便利地实 现 自 动发电控ｆ ￣ Ｕ （ Ａ Ｇ Ｃ ） ＊ Ｉ 功
浅析汽轮机数字式电液控制系统
刘丽然 吉林燃料 乙醇有限责任公司 吉林吉林 １ ３ ２ １ ０ １
【 摘 要 】随着 电 力工 业 自动 化 水 平 的提 高， 发 电 自动控 制 Ａ Ｇ ｃ
（ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ） 对单元机组协调控 制系统Ｃ Ｃ Ｓ（ Ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ） 的控 制品质提 出了 越 来越 高的要求 。 协调控 制系统是协调 机 组各 生产环 节的能量及质量 的全 面控制 ， 汽轮机采 用液压控制 ， 使机 组 无法实现协调控制的问题， 采用汽轮机 数字式电液调节 （ Ｄ Ｅ Ｈ ）系统， 完善了 汽轮机 机组协调控 制， 使汽轮机 组运行 稳定、 提升机 组安全性、 经济性。 【 关键 词】数字式； 协调控制； 调节系统
动对功率给 定的动 态、 静 态修正调整、 一次 调频 时对功率给 定的修正调 率 控制 、 机炉 协调控 ￣ Ｕ （ ｃ ｃ ｓ ） 、 机组的自 动启车 、 停车操 作。 另外， 还 可 整（ 一次 调频） 、 发电机有功功率 的校正、 最大功 率限制及限制值给定 、 以完成在各种不同条件下的 负荷的 限制控 制和快速减负荷 （ Ｒ Ｂ ） 控制 ， 功率Ｐ Ｉ 调节器、 功率 测量的三取 二逻辑或 大选 逻辑 、 机炉协调控制 的投 还 有实现了机组 多重防超速保 护叫 。 入／ 切除 等。 汽轮 发电机组的功 率闭环控制是 由功率控制 回路 完成的。 （ ４ ） Ｄ Ｅ Ｈ 作为 电厂 Ｄ Ｃ Ｓ 系统 网上的一 个子系统 ， 完全 实现 了与Ｄ Ｃ Ｓ 转速 控制 回路 ： 包括 转速变 化率给 定， 转速目 标 值给 定， 转 速Ｐ Ｉ 调 系统 的有机联 系， 达 到厂内部信息资源共享的 目 的。 节器， 自动升速 曲线的生 成及选 择 ， 转速 不等率 、 转速 测量及 三取 二逻 Ｄ Ｅ Ｈ调节系统有 四大功能 。 辑， 频率 同期 的 自 动 或手动控制 、 不调频 死区设定主汽 阀与调节 阀控制 （ １ ） 汽轮 机 自 动程 序控制 （ Ａ ＴＣ ） 功能 的切 换逻辑 等 。 汽轮 发 电机 组 的转速 控制 任务是 由转 速 控制 回路 完成

汽机的协调系统名词解释及控制方式的解析协调系统名词解释及控制方式的解析协调控制系统Coordinated Control System（简称CCS）系统单元制机组采用炉、机、电集中控制方式，两台机组设一个单元控制室，每台机组按炉、机、电一体化配置热控分散控制系统（DCS distributed control system）。

汽轮机电液控制系统（DEH）可根据CCS汽机主控的流量指令改变调节汽门的开度，实现汽轮机高中压缸联合启动或中压缸启动等不同的启动方式，机组并网后可由CCS遥控，实现机炉协调控制。

单元机组协调控制系统CCS由负荷指令处理回路和机、炉主控制器两大部分构成。

负荷指令处理回路主要实现AGC（automatic generation control 自动发电控制）目标负荷或运行人员目标负荷的选择、一次调频投/切、高低负荷限制、速率限制、负荷闭锁增减以及辅机跳闸RB等功能。

机、炉主控制器是协调控制系统的核心部分，主要实现机炉运行方式及切换和机炉主控指令运算等功能。

CCS协调控制系统的机、炉主控器共有4种运行方式： BASE（基本方式）、TF（turbine follow-up机跟随）、BF（boiler follow-up炉跟随）、CCS（机炉协调方式）。

运行人员可以通过选择汽机、锅炉主控M/A手动、自动来选择不同的运行方式，4种运行方式之间切换是无扰的。

基本方式BASE即手动方式，汽机主控和锅炉主控都为手动控制。

在这种方式下，汽机控制可以处于电功率闭环控制、机前压力闭环控制和阀位控制三种方式；锅炉控制处于手动燃烧调整方式，根据目标负荷大小调节合适的主蒸汽参数。

机跟随turbine follow-up（简称TF）汽机主控自动，控制机组机前主汽压力；锅炉主控手动，控制锅炉燃烧以满足目标负荷需求。

汽机调节器接受机前压力偏差，维持机前压力在设定值。

炉跟随boiler follow-up（简称BF）汽机主控手动，控制主汽门开度以满足目标负荷需求；锅炉主控自动，控制机前压力。

引言
国内外水轮机数字式电液调速器均采用PID或以PID为基础的调节规律【1】。在PID调节中，又有并联PID和串联PID（即频率微分＋缓冲式）两种基本结构。国内生产厂家均采用并联结构，近几年从国外进口的大型机组的调速器则大多采用串联结构。
近年来，国内外都在进行自适应控制、模糊控制等调节规律在水轮机调节中应用的仿真研究与应用探索，取得了一些初步理论结果，但尚无采用这些调节规律的数字式电液调速器在水电站试验成功的报道。
bt Td Tn－暂态差值系数、缓冲时间常数、加速度时间常数，
T1v－微分衰减时间常数,
Ty－积分环节时间常数。
1．3．2机组频差ΔF（S）至计算导叶开度YPID（S）的传递函数
当取bp＝0和忽略Ty \T1V的作用时，并联和串联PID结构有同样的传递函数【1】：
(1)
1.3.3开度给定增量Δyc（s）至导叶开度的YPID（S）的传递函数
由于与Td取值相比，Tn的数值很小，故可用下式近似表示KP、KI、KD与bt、Td、 Tn的关系：
式（6）表明，比例系数Kp＝1/bt是P、I、D、三项调节参数相同因子，在选择它们的数值时，一定要注意KP、KI、KD的合理搭配，积分系数KI与缓冲时间常数Td成反比关系，微分系数KD则正比于加速度时间常数Tn。
2．2 PID调节参数的理论分析与仿真
前已指出，水轮机调节系统是一个机组类型多，水轮机具有严重非线性特性、存在着水锤效应的非最小相位闭环系统。特别是对于其动态稳定性要求高的机组空载运行工况，许多型号转轮综合特性曲线正好缺乏这一小开度的部分。水轮机调节系统的理论分析和仿真研究，大都采用刚性水锤、理想水轮机特性的对象模型，特别是采用同一个模型对不同型式机组（混流式、轴流定浆、轴流转浆、贯流式……）不同型号转轮、不同引水系统，进行理论分析和仿真研究,由此得出的结论只能是定性的和起辅助决策支持的作用。国外有的调速器供货商也有将水轮机综合特性以数表形式输入仿真模型，因而与简化模型相比，有了较大的进展。但是，作者以为,对于大多数被控机组而言，对空载运行工况稳定性进行复杂的仿真是不必要的。只要根据分析和仿真的定性结论并结合水轮机调节系统的调试经验,给出调节参数的推荐初始组合，在现场试验中是很容易通过数次调整得到较好的PID调节参数组合的。