火电机组负荷控制第一章基础知识资料课件

第一章第一章 基础知识基础知识火电机组负荷控制系统设计与实现火电机组负荷控制系统设计与实现手手 动动 控控 制制 系系 统统 的的 组组 成成给水流量给水流量省省煤煤器器蒸汽流量蒸汽流量过热器过热器汽汽包包给水阀给水阀-H0H-H0H眼睛眼睛眼睛眼睛脑脑脑脑手手手手阀门阀门阀门阀门汽包汽包汽包汽包给水流量给水流量省省煤煤器器蒸汽流量蒸汽流量过热器过热器汽汽包包给水阀给水阀-H0HHDG-H0H测量变送器测量变送器测量变送器测量变送器执行器执行器执行器执行器阀门阀门阀门阀门控制器控制器控制器控制器汽包汽包汽包汽包自自 动动 控控 制制 系系 统统 的的 组组 成成测测测测 量量量量 变变变变 送送送送 装装装装 置置置置控控控控 制制制制 装装装装 置置置置执执执执 行行行行 机机机机 构构构构 PT锅炉控制燃烧控制给水控制蒸汽温度控制汽机控制负荷控制旁路控制MW燃料风量化学能化学能热热 能能机械能机械能电电 能能物物 质质 与与 能能 量量 平平 衡衡五类被调量：温度、压力、流量、液位、成分五类被调量：温度、压力、流量、液位、成分五类被调量：温度、压力、流量、液位、成分五类被调量：温度、压力、流量、液位、成分电力生产过程的第一个共性！电力生产过程的第一个共性！电力生产过程的第一个共性！电力生产过程的第一个共性！热工控制的目的：确保输入热工控制的目的：确保输入热工控制的目的：确保输入热工控制的目的：确保输入/输出能量平衡。输出能量平衡。输出能量平衡。输出能量平衡。影响对象动态特性的结构性质影响对象动态特性的结构性质 在热工控制系统中，被控对象是电力在热工控制系统中，被控对象是电力在热工控制系统中，被控对象是电力在热工控制系统中，被控对象是电力生产过程各环节对应的设备，包括过热器、生产过程各环节对应的设备，包括过热器、生产过程各环节对应的设备，包括过热器、生产过程各环节对应的设备，包括过热器、再热器、锅炉汽包、炉膛燃烧等。被控对象再热器、锅炉汽包、炉膛燃烧等。被控对象再热器、锅炉汽包、炉膛燃烧等。被控对象再热器、锅炉汽包、炉膛燃烧等。被控对象内部所进行的物理、化学过程可以是各式各内部所进行的物理、化学过程可以是各式各内部所进行的物理、化学过程可以是各式各内部所进行的物理、化学过程可以是各式各样的，但是样的，但是样的，但是样的，但是影响对象动态特性的特征参数主影响对象动态特性的特征参数主影响对象动态特性的特征参数主影响对象动态特性的特征参数主要有三个：容量系数、阻力系数、传递迟延要有三个：容量系数、阻力系数、传递迟延要有三个：容量系数、阻力系数、传递迟延要有三个：容量系数、阻力系数、传递迟延。电力生产过程的第二个共性！电力生产过程的第二个共性！电力生产过程的第二个共性！电力生产过程的第二个共性！影响对象动态特性的结构性质影响对象动态特性的结构性质容量系数：容量系数：容量系数：容量系数：衡量对象储存物质（能量）能力衡量对象储存物质（能量）能力衡量对象储存物质（能量）能力衡量对象储存物质（能量）能力的特征参数。的特征参数。的特征参数。的特征参数。1.1.1.1.入水流量变化：入水流量变化：入水流量变化：入水流量变化：2.2.2.2.水箱储水量变化：水箱储水量变化：水箱储水量变化：水箱储水量变化：3.3.3.3.水箱水位变化：水箱水位变化：水箱水位变化：水箱水位变化：容量系数：容量系数：容量系数：容量系数：CRg0+g(t)h0+h(t)q10+q1(t)q20+q2(t)影响对象动态特性的结构性质影响对象动态特性的结构性质R=1th(t)081601C=0.1,0.5,1,2,31.1.1.1.C C，储水能力，储水能力，储水能力，储水能力 2.2.2.2.C C，水位变化速度，水位变化速度，水位变化速度，水位变化速度3.3.3.3.C C，过渡过程时间，过渡过程时间，过渡过程时间，过渡过程时间CRg0+g(t)h0+h(t)q10+q1(t)q20+q2(t)影响对象动态特性的结构性质影响对象动态特性的结构性质阻力系数：阻力系数：阻力系数：阻力系数：衡量物质（能量）在传输过程中衡量物质（能量）在传输过程中衡量物质（能量）在传输过程中衡量物质（能量）在传输过程中遇到阻力大小的特征参数。遇到阻力大小的特征参数。遇到阻力大小的特征参数。遇到阻力大小的特征参数。水箱出水流量：水箱出水流量：水箱出水流量：水箱出水流量：阻力系数：阻力系数：阻力系数：阻力系数：CRg0+g(t)h0+h(t)q10+q1(t)q20+q2(t)影响对象动态特性的结构性质影响对象动态特性的结构性质C=1th(t)010200321R=0.1,0.5,1,2,31.1.1.1.R R，水位变化幅度，水位变化幅度，水位变化幅度，水位变化幅度 2.2.2.2.R R，过渡过程时间，过渡过程时间，过渡过程时间，过渡过程时间3.3.3.3.R R，自平衡能力，自平衡能力，自平衡能力，自平衡能力自平衡率：自平衡率：自平衡率：自平衡率：CRg0+g(t)h0+h(t)q10+q1(t)q20+q2(t)影响对象动态特性的结构性质影响对象动态特性的结构性质传递迟延：传递迟延：传递迟延：传递迟延：物质（能量）在传输过程因传输距物质（能量）在传输过程因传输距物质（能量）在传输过程因传输距物质（能量）在传输过程因传输距离的存在而产生的响应滞后现象。离的存在而产生的响应滞后现象。离的存在而产生的响应滞后现象。离的存在而产生的响应滞后现象。2(t)1(t)10(t)t2(t)迟延时间：迟延时间：迟延时间：迟延时间：纯迟延纯迟延纯迟延纯迟延有自平衡能力对象的动态特性有自平衡能力对象的动态特性CR单容对象：单容对象：单容对象：单容对象：0+(t)单容对象传递函数：单容对象传递函数：单容对象传递函数：单容对象传递函数：k放大系数：放大系数：放大系数：放大系数：时间常数：时间常数：时间常数：时间常数：飞升速度：飞升速度：飞升速度：飞升速度：自平衡率：自平衡率：自平衡率：自平衡率：h0+h(t)q10+q1(t)q20+q2(t)有自平衡能力对象的动态特性有自平衡能力对象的动态特性单容对象传递函数：单容对象传递函数：单容对象传递函数：单容对象传递函数：放大系数：放大系数：放大系数：放大系数：时间常数：时间常数：时间常数：时间常数：飞升速度：飞升速度：飞升速度：飞升速度：自平衡率：自平衡率：自平衡率：自平衡率：t单位阶跃输入下输出响应曲线单位阶跃输入下输出响应曲线单位阶跃输入下输出响应曲线单位阶跃输入下输出响应曲线TKh(t)h0t0有自平衡能力对象的动态特性有自平衡能力对象的动态特性双容对象：双容对象：双容对象：双容对象：放大系数：放大系数：放大系数：放大系数：时间常数：时间常数：时间常数：时间常数：C1R1C2R2h10+h1(t)q10+q1(t)q20+q2(t)q30+q3(t)h20+h2(t)0+(t)k有自平衡能力对象的动态特性有自平衡能力对象的动态特性C1R1C2R2kt(t)0t0tq(t)q0t0q1(t)q2(t)q3(t)th1(t)h10t0th2(t)t0h20h10+h1(t)q10+q1(t)q20+q2(t)q30+q3(t)h20+h2(t)0+(t)有自平衡能力对象的动态特性有自平衡能力对象的动态特性C1R1C2R2kC3R3th(t)t0123h10+h1(t)q10+q1(t)q20+q2(t)q30+q3(t)h20+h2(t)0+(t)h30+h3(t)q40+q4(t)容积迟延容积迟延容积迟延容积迟延无自平衡能力对象的动态特性无自平衡能力对象的动态特性q20C单容对象：单容对象：单容对象：单容对象：单容对象传递函数：单容对象传递函数：单容对象传递函数：单容对象传递函数：k积分时间：积分时间：积分时间：积分时间：飞升速度：飞升速度：飞升速度：飞升速度：0+(t)h0+h(t)q10+q1(t)无自平衡能力对象的动态特性无自平衡能力对象的动态特性单容对象动态响应单容对象动态响应单容对象动态响应单容对象动态响应在单位阶跃输入下：在单位阶跃输入下：在单位阶跃输入下：在单位阶跃输入下：t1t2t3(t)0tt0th(t)t0h01/TiTi+t0双容对象：双容对象：双容对象：双容对象：C1R1C2h10+h1(t)q10+q1(t)q20+q2(t)q30h20+h2(t)0+(t)k无自平衡能力对象的动态特性无自平衡能力对象的动态特性无自平衡能力对象的动态特性无自平衡能力对象的动态特性双容对象动态响应双容对象动态响应双容对象动态响应双容对象动态响应在单位阶跃输入下：在单位阶跃输入下：在单位阶跃输入下：在单位阶跃输入下：(t)0tt0th2(t)t0h0tq(t)q0t0q1(t)q30q2(t)小小 结结 被控制量的响应曲线大多是不振荡的；被控制量的响应曲线大多是不振荡的；被控制量的响应曲线大多是不振荡的；被控制量的响应曲线大多是不振荡的；容量系数、阻力系数、传递迟延是典型的结构性质；容量系数、阻力系数、传递迟延是典型的结构性质；容量系数、阻力系数、传递迟延是典型的结构性质；容量系数、阻力系数、传递迟延是典型的结构性质；被控制量在扰动的初始阶段通常表现出迟延和惯性；被控制量在扰动的初始阶段通常表现出迟延和惯性；被控制量在扰动的初始阶段通常表现出迟延和惯性；被控制量在扰动的初始阶段通常表现出迟延和惯性；过程对象通常分为有自平衡和无自平衡两类；过程对象通常分为有自平衡和无自平衡两类；过程对象通常分为有自平衡和无自平衡两类；过程对象通常分为有自平衡和无自平衡两类；描述对象动态特性的两组特征参数：描述对象动态特性的两组特征参数：描述对象动态特性的两组特征参数：描述对象动态特性的两组特征参数：放大系数放大系数放大系数放大系数K K K K、时间常数、时间常数、时间常数、时间常数T T T T、迟延时间、迟延时间、迟延时间、迟延时间；飞升速度飞升速度飞升速度飞升速度、自平衡率、自平衡率、自平衡率、自平衡率、迟延时间迟延时间迟延时间迟延时间。过程对象的特点：过程对象的特点：过程对象的特点：过程对象的特点：由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数 机理建模：机理建模：机理建模：机理建模：根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律，列根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律，列根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律，列根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律，列写物质平衡、能量平衡、动量平衡及反映流体流动、传写物质平衡、能量平衡、动量平衡及反映流体流动、传写物质平衡、能量平衡、动量平衡及反映流体流动、传写物质平衡、能量平衡、动量平衡及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程，从中获得数学模型。热、传质等基本规律的运动方程，从中获得数学模型。热、传质等基本规律的运动方程，从中获得数学模型。热、传质等基本规律的运动方程，从中获得数学模型。试验建模：试验建模：试验建模：试验建模：根据过程的输入输出实测数据进行某种数学处理根据过程的输入输出实测数据进行某种数学处理根据过程的输入输出实测数据进行某种数学处理根据过程的输入输出实测数据进行某种数学处理后得到模型。该方法通常只用于建立输入后得到模型。该方法通常只用于建立输入后得到模型。该方法通常只用于建立输入后得到模型。该方法通常只用于建立输入/输出模型，输出模型，输出模型，输出模型，建模过程不需要深入掌握系统内部机理。建模过程不需要深入掌握系统内部机理。建模过程不需要深入掌握系统内部机理。建模过程不需要深入掌握系统内部机理。建立数学模型的基本方法：建立数学模型的基本方法：建立数学模型的基本方法：建立数学模型的基本方法：过热器冷段过热器冷段过热器冷段过热器冷段过热器热段过热器热段过热器热段过热器热段t(t)t00(t)t(t)0t0施加扰动施加扰动施加扰动施加扰动记录数据记录数据记录数据记录数据分析曲线分析曲线分析曲线分析曲线由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数试验中的注意事项：试验中的注意事项：试验中的注意事项：试验中的注意事项：试验前系统处于需要的稳定工况，留出变化裕量；试验前系统处于需要的稳定工况，留出变化裕量；试验前系统处于需要的稳定工况，留出变化裕量；试验前系统处于需要的稳定工况，留出变化裕量；扰动量大小适当，既克服干扰又不影响正常运行；扰动量大小适当，既克服干扰又不影响正常运行；扰动量大小适当，既克服干扰又不影响正常运行；扰动量大小适当，既克服干扰又不影响正常运行；采样点间隔足够小，真实记录响应曲线的变化；采样点间隔足够小，真实记录响应曲线的变化；采样点间隔足够小，真实记录响应曲线的变化；采样点间隔足够小，真实记录响应曲线的变化；试验在主要工况下进行，每一工况重复几次试验；试验在主要工况下进行，每一工况重复几次试验；试验在主要工况下进行，每一工况重复几次试验；试验在主要工况下进行，每一工况重复几次试验；进行正反两个方向的试验，减小非线性的影响。进行正反两个方向的试验，减小非线性的影响。进行正反两个方向的试验，减小非线性的影响。进行正反两个方向的试验，减小非线性的影响。由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数有自平衡对象：有自平衡对象：有自平衡对象：有自平衡对象：无迟延一阶对象无迟延一阶对象无迟延一阶对象无迟延一阶对象有迟延一阶对象有迟延一阶对象有迟延一阶对象有迟延一阶对象高高高高 阶阶阶阶 对对对对 象象象象切线法切线法切线法切线法0 0.632.632法法法法切线法切线法切线法切线法两点两点两点两点法法法法切线法切线法切线法切线法两点两点两点两点法法法法无自平衡对象：无自平衡对象：无自平衡对象：无自平衡对象：一一一一 阶阶阶阶 近近近近 似似似似 法法法法高高高高 阶阶阶阶 近近近近 似似似似 法法法法由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数有自平衡无迟延一阶对象有自平衡无迟延一阶对象有自平衡无迟延一阶对象有自平衡无迟延一阶对象c(t)c0t0(t)0tt0tTt1由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数有自平衡有迟延一阶对象有自平衡有迟延一阶对象有自平衡有迟延一阶对象有自平衡有迟延一阶对象c(t)c0t0(t)0tt0tTt2t1切切切切线线线线法法法法0.63c*(t)0tt11坐标平移坐标平移坐标平移坐标平移标么化标么化标么化标么化00.39t2由阶跃响应曲线求取对象传递函数由阶跃响应曲线求取对象传递函数c(t)c0t0t0.870.55t3t4两两两两点点点点法法法法小小 结结 先确定传递函数形式，再辨识相关参数；先确定传递函数形式，再辨识相关参数；先确定传递函数形式，再辨识相关参数；先确定传递函数形式，再辨识相关参数；各方法都有各自的优缺点，根据实际选择；各方法都有各自的优缺点，根据实际选择；各方法都有各自的优缺点，根据实际选择；各方法都有各自的优缺点，根据实际选择；有自平衡过程对象阶次一般不高于三阶；有自平衡过程对象阶次一般不高于三阶；有自平衡过程对象阶次一般不高于三阶；有自平衡过程对象阶次一般不高于三阶；无自平衡过程对象通常用积分和一阶惯性环无自平衡过程对象通常用积分和一阶惯性环无自平衡过程对象通常用积分和一阶惯性环无自平衡过程对象通常用积分和一阶惯性环节节节节 串联来近似描述；串联来近似描述；串联来近似描述；串联来近似描述；不必过分追求传递函数与曲线拟合的精确度。不必过分追求传递函数与曲线拟合的精确度。不必过分追求传递函数与曲线拟合的精确度。不必过分追求传递函数与曲线拟合的精确度。由阶跃响应曲线求对象传递函数的注意事项：由阶跃响应曲线求对象传递函数的注意事项：由阶跃响应曲线求对象传递函数的注意事项：由阶跃响应曲线求对象传递函数的注意事项：用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统 SAMA图是美国科学仪器制造协会（图是美国科学仪器制造协会（Scientific Apparatus Makers Association）所采用的绘制图例。）所采用的绘制图例。它易于理解，功能表示清楚，广为自动控制系统采用。它易于理解，功能表示清楚，广为自动控制系统采用。测量或信号显示测量或信号显示测量或信号显示测量或信号显示自动信号处理自动信号处理自动信号处理自动信号处理手动信号处理手动信号处理手动信号处理手动信号处理执行机构执行机构执行机构执行机构p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统测量或信号显示测量或信号显示测量或信号显示测量或信号显示FTFTLTLTPTPTTTTTZTZT流量变送器流量变送器流量变送器流量变送器液位变送器液位变送器液位变送器液位变送器压力变送器压力变送器压力变送器压力变送器温度变送器温度变送器温度变送器温度变送器位置反馈位置反馈位置反馈位置反馈IR R指示仪指示仪指示仪指示仪记录仪记录仪记录仪记录仪p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统自动信号处理自动信号处理自动信号处理自动信号处理开方开方开方开方乘法乘法乘法乘法除法除法除法除法偏量偏量偏量偏量偏差偏差偏差偏差加法加法加法加法积分积分积分积分微分微分微分微分均值均值均值均值比例增益比例增益比例增益比例增益d/dtd/dt/N/NK Kp 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统自动信号处理自动信号处理自动信号处理自动信号处理时间函数时间函数时间函数时间函数函数函数函数函数小选小选小选小选大选大选大选大选限速限速限速限速f(x)VV高限高限高限高限低限低限低限低限限幅限幅限幅限幅高报警高报警高报警高报警低报警低报警低报警低报警 H/H/L/Lf(t)p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统自动信号处理自动信号处理自动信号处理自动信号处理手手手手/自动切换自动切换自动切换自动切换切换切换切换切换跟踪跟踪跟踪跟踪模数转换模数转换模数转换模数转换数模转换数模转换数模转换数模转换TTRTRA/DD/A电流电流电流电流-气压气压气压气压电压电压电压电压-电流电流电流电流电流电流电流电流-电压电压电压电压热电阻热电阻热电阻热电阻-电压电压电压电压热电偶热电偶热电偶热电偶-电压电压电压电压V/II/VR/VMV/VI/PA/Mp 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统手动信号处理手动信号处理手动信号处理手动信号处理手动切换操作手动切换操作手动切换操作手动切换操作手动增减操作手动增减操作手动增减操作手动增减操作定值设置定值设置定值设置定值设置TAp 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统执行机构执行机构执行机构执行机构电动执行机构电动执行机构电动执行机构电动执行机构液动执行机构液动执行机构液动执行机构液动执行机构未注明执行机构未注明执行机构未注明执行机构未注明执行机构MOMOHOHOf(x)p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统其它特殊图例其它特殊图例其它特殊图例其它特殊图例信号来源信号来源信号来源信号来源气动执行机构气动执行机构气动执行机构气动执行机构p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统例例例例 1 1K KT测量值测量值测量值测量值给定值给定值给定值给定值调节器输出调节器输出调节器输出调节器输出求测量和给定信求测量和给定信号的偏差；号的偏差；对偏差值进行对偏差值进行PIPI运算；运算；手手/自动切换；自动切换；输出限幅。输出限幅。p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统例例例例 2 2ITAI控制器控制器控制器控制器输出值输出值输出值输出值控制器控制器控制器控制器给定值给定值给定值给定值测量值测量值测量值测量值 指示测量值与给定值；指示测量值与给定值；给定值设置与调整（自动状态下）；给定值设置与调整（自动状态下）；手手/自动切换；自动切换；手动给定调节器输出（手动状态下）；手动给定调节器输出（手动状态下）；调节器输出值指示。调节器输出值指示。p 用用SAMASAMA图表示的自动调节系统图表示的自动调节系统例例例例 3 3K KTFTFTV/II/VI/PITAIZTZT人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。