DS—d整定方法在汽輪機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊儀剛++曾麗潔++張廣磊

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，為解決負(fù)荷變化對遼河富騰熱電有限公司的汽輪機(jī)系統(tǒng)的擾動，采用DS-d整定方法與Honeywell PKS系統(tǒng)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了汽輪機(jī)系統(tǒng)的抗負(fù)荷擾動能力。實際的運行表明，此方式在汽輪機(jī)的功率控制和轉(zhuǎn)速控制上取得了良好的效果，提高了系統(tǒng)的可靠性，為DS-d整定方法的應(yīng)用提供了一個參考。

關(guān)鍵詞：PID Honeywell PKS 汽輪機(jī) 過程控制 負(fù)荷擾動 功率控制

中圖分類號：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0061-02

由于大部分生產(chǎn)現(xiàn)場的操作工根據(jù)經(jīng)驗整定PID參數(shù)，憑借的是摸索，往往造成控制效果不好[1-3]。基于擾動響應(yīng)的DS整定法，依靠的是科學(xué)依據(jù)，是根據(jù)具體對象的不同量身定做，收到了較好的效果。文章以Honeywell PKS系統(tǒng)，基于擾動的DS整定法為算法[8]，控制汽輪機(jī)的功率，再控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，精確度較高。

1 DS-d整定法

PID控制算法是比較基礎(chǔ)的算法。PID控制算法的優(yōu)點，方便實用，原理簡單。在工業(yè)生產(chǎn)中采用的控制算法中，大部分采用PID控制結(jié)構(gòu)。但是大多數(shù)工廠的PID控制器[7]是長期經(jīng)過實踐得出的結(jié)果，應(yīng)用后系統(tǒng)的魯棒性，穩(wěn)定性特別的差。因此，提出一種DS-d整定法，這種算法是一種新型的基于擾動響應(yīng)的DS（Direct Synthesis）算法。

DS-d整定法的基本步驟如下所示：

①框圖，如圖1所示。

②計算以擾動為輸入的閉環(huán)函數(shù)：

經(jīng)過化簡，得到反饋控制器[10]的表達(dá)式如下：

2 汽輪機(jī)被控對象及Honeywell PKS系統(tǒng)

2.1 汽輪機(jī)被控對象

電/液轉(zhuǎn)換器、高壓缸蒸汽容積、油動機(jī)、中壓缸蒸汽容積、中間再熱器和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子[4-5]屬等六部分，于被控對象，如圖2所示。

圖2中，為高壓主氣門（高壓調(diào)速汽門）開度指令，為中壓油動機(jī)行程，為高壓缸容積蒸汽壓力（調(diào)節(jié)級壓力），為高壓油動機(jī)行程， 為高壓缸功率，為中壓主氣門（中壓調(diào)速汽門）開度指令，為中/低壓缸功率，為中間再熱器出口蒸汽壓力，為汽輪機(jī)功率，為汽輪機(jī)負(fù)荷（發(fā)電機(jī)有功功率），為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。因此汽輪機(jī)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：

基于擾動響應(yīng)的DS-d整定法應(yīng)用與汽輪機(jī)系統(tǒng)后，控制器既可以跟蹤給定值又能夠快速的響應(yīng)擾動帶來的影響。

2.2 Honeywell PKS系統(tǒng)

此次汽輪機(jī)自控系統(tǒng)采用honeywell PKS系統(tǒng)[6]。主要由1對冗余的PKS服務(wù)器，1個工程師兼操作員工作站，4個操作員站，3對冗余控制器，eServer一臺。用于完成對機(jī)組運行參數(shù)的采集，處理任務(wù)，實現(xiàn)對電廠發(fā)電過程的監(jiān)視和控制，具有很高的實時性和可靠性。而且通過eServer將信息與外界進(jìn)行交流。

PKS系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用容錯以太網(wǎng)（FTE）連網(wǎng)方案。PKS系統(tǒng)組態(tài)專用軟件包括基本組態(tài)軟件Control Builder、流程圖制作軟件HMIWeb Display Builder等，功能十分強(qiáng)大。

3 基于Honeywell PKS系統(tǒng)的DS-d整定法

利用DS-d法對汽輪機(jī)裝置進(jìn)行了PID的整定。將數(shù)字PID算法寫入到用戶算法模塊CAB（Custom Algorithm Block）中，構(gòu)建控制器。從而使控制器根據(jù)實際要求做出適當(dāng)而又及時的調(diào)整。

3.1 構(gòu)建控制器

PKS系統(tǒng)支持Visual Basic .NET 語言，將數(shù)字PID代碼寫入到CAB中。

3.2 負(fù)荷擾動實驗效果

通過實驗仿真，對比普通PID算法，仿真出的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的曲線如圖3所示。

從圖3中我們可以看到，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加20%時，系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的彌補(bǔ)用電量的突增，維持電網(wǎng)供給平衡，而且超調(diào)量較小。同時，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速也能在很短的時間內(nèi)重新穩(wěn)定在額定值附近，轉(zhuǎn)速的偏差約為1%，從而保證了電網(wǎng)頻率基本保持不變，滿足了生產(chǎn)的指標(biāo)要求。

4 結(jié)語

遼河富騰熱電有限公司的汽輪機(jī)項目首次嘗試將DS-d整定法應(yīng)用于Honeywell PKS系統(tǒng)中，驗證了將DS-d整定法應(yīng)用于Honeywell系統(tǒng)在工程上式可以實現(xiàn)的，而且控制效果良好。有著無限的推廣前景。

參考文獻(xiàn)

[1]胡壽松.自動控制原理[M].北京：科學(xué)出版社，2001：77-87.

[2]靳智平主編.電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006：130-172.

[3]張衛(wèi)東.PID控制器自整定技術(shù)的發(fā)展.2002年世界控制大會總結(jié)報告[R].2002.

[4]王春月，徐基豫，李學(xué)軍.200MW汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及甩負(fù)荷仿真分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1997（3）：161-165.

[5]龔齊斌.600MW汽輪機(jī)控制系統(tǒng)分析與研究[D].長沙理工大學(xué)，2010.

[6]Ding J， Tian P， Yang K. Discussion and Improvement on Load Control Interface Between CCS System and DEH System[J].Electric Power Science & Engineering， 2003.

[7]Garcia C E， Morari M. Internal model control. A unifying review and some new results[J]. Ind.eng.chem.process Des.dev， 1982， 21（2）：472-484.

[8]Rivera D E， Morari M， Skogestad S. Internal model control： PID controller design[J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Design & Development， 1986， 25（1）：2163-2163.

[9]Lopez A M， Murrill P W， Smith C L. Tuning Controllers with Error-Integral Criteria[J]. Instrumentation Technology， 1967， 14（11）.

[10]Yu C C. Autotuning of PID Controllers–A Relay Feedback Approach[J].1999.