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3.2.3 按指令间接平衡的协调控制(DIB)
按指令间接平衡的协调控制系统示意图9(a)所示。从图9(a)中可以看出此系统是以锅炉跟随的控制工作的。锅炉侧是以(1 +d/dt)P0作为前馈信号,以(p0-pT)作为反馈信号。锅炉侧的反馈回路中,由锅炉控制器前的乘法器引入P0信号,其目的是使其放大倍数信号与P0成正比改变,以补偿不同负荷下对象动态特性放大倍数的非线性特性.锅炉侧前馈的引入目的是促使燃烧量随负荷变化及早动作,补偿锅炉的惰性。
锅炉燃烧率指令PB为
PB=P0(1 + s)+(p0-pT)KP + ［KI(p0 — pT)P0］／s (5)
式中 KP---------锅炉控制器的比例增益;
KI----------锅炉控制器的积分增益。
稳态时,主汽压力pT等于给定值p0,锅炉的燃烧率指令等于负荷指令P0即： PB = P0
可见锅炉控制中把负荷指令信号P0(1 +d/dt)作为前馈信号,其中微分作用在动态过程中加强燃烧率指令,以补偿机炉之间对负荷响应速度的差异,式(5)中汽压偏差信号和汽压偏差信号的积分有二个作用,其一，反映了使汽压恢复到给定值对锅炉蓄热量变化所需要的燃料量；其二,保证稳态时汽压等于汽压的给定值。
图9(a)所示系统中 汽轮机控制器入口信号的平衡关系如下
P0 — PE —PE(p0 — pT) = 0 (6)
可见,汽轮机控制回路实际是一个功率控制系统,只有在偏差为零时才有PE=P0.在动态过程中采用两种方法防止调速汽门动态开得过大。第一种方法是引入压力偏差信号，作为负荷变化的限制信号，限制汽轮机调速汽门动作的范围不能超过双向限幅器的设定值，即当汽压超过规定值时 (1MPa) 限制汽面调速汽门进一步开大。第二种方法是引入(p0 — pT)的反馈信号，其目的是根据汽压偏差变化的情况确定调速汽门的开度,限制调速汽门动态开得过大。
图9(b)为按指令间接平衡协调控制的另一种方案,从图9(b)中可以看出此系统是以汽轮机跟随的控制方式工作的。锅炉侧是以P0(1 +d/dt)作为前馈信号,形成对锅炉侧的前馈控制作用。其中比例作用使得燃烧率与负荷指令始终保持一致,微分作用用于补偿锅炉的动态迟延和惯性,加速锅炉的负荷响应。
锅炉侧以功率偏差作为反馈信号,形成对锅炉侧的积分(I)反馈控制(积分增益同P0成正比,以适应不同负荷下的对象特性的改变,实现变参数控制)用来校正燃烧率指令,以保持机组的功率偏差在稳定时为零。锅炉燃烧率根据汽压偏差而修正,例如,当pT<p0时应使燃烧率适当增加以补足由于汽压偏差而使锅炉蓄热能的减少。锅炉燃烧率指令为
PB = (1 + s)P0 + (p0 - pT) + (１/s)KIP0 — (P0 - PE) (7)
在稳态时锅炉控制器保证PE = P0,若汽压偏差为零,则PB = P0。
汽轮机侧以汽压偏差作为反馈信号,形成汽轮机侧的PI反馈控制.功率偏差是前馈信号,用来修正压力给定值。当功率给定值P0改变时,引起压力给定值的改变,控制器发出汽轮机调节阀门的改变指令。这样能充分利用锅炉蓄热能力提高机组负荷响应特性.
汽轮机侧的PI控制器可保证稳态时其输入端信号的代数和近似为零,即有
—K(P0 - PE) + (p0 - pT) ≈ 0 (8)
或 P0 – pT ≈K(P0 – PE)
可得 pT ≈p0 – K△P (9)
当P0增加时, △P = P0 – PE立即增加,相当于暂时减小压力给定值p0 – K△P。这时PI控制器立即增加调节阀门的开度,增大实发功率。另外,使汽压pT跟随定值而变,从而也就利用了机组蓄热能力在一定范围内,K值反映了在一定功率偏差下可利用的蓄热量的大小。 在稳态时汽轮机侧控制器保证pT = p0
从图9(b)可以看出,负荷要求指令P0(功率给定值)作为前馈信号分别送到机、炉控制回路,使机炉同时改变负荷,以保证快速响应外界负荷要求。当燃料内扰使机前压力及实发功率都增加时,由于中间再热机组功率滞后较大,机前压力响应比实发功率灵敏。因此在汽轮机调节阀门开大克服燃料内扰的同时,又产生对汽轮机的扰动。所以这种负荷控制系统消除锅炉内扰能力较差。当汽轮机调节阀产生扰动时,机前压力与实发功率变化方向相反,控制回路能较快地消除扰动。
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