摘要：主蒸汽溫度控制多采用帶導(dǎo)前汽溫微分信號的汽溫控制系統(tǒng)，也有采用引入代表負(fù)荷變化的微分前饋信號的汽溫控制系統(tǒng)，并考慮蒸汽焓值校正系數(shù)、蒸汽過熱度的保護(hù)功能等。但是，由于過熱蒸汽溫度控制對象具有時變性和非線性的特點，為了提高控制精度，德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略通過計算過熱器蒸汽的燴值確定噴水減溫閥出口溫度的設(shè)定值，使系統(tǒng)具有良好的控制品質(zhì)，同時主蒸汽溫度隨負(fù)荷而改變，以適應(yīng)不同運行工況下過熱蒸汽溫度動態(tài)特性的變化。
　　
　　一、德國西門子公司主蒸汽溫度控制系統(tǒng)
　　
　　1.1控制原理
　　
　　德國西門子公司主蒸汽溫度控制系統(tǒng)原理如圖1所示。　　
　　由減溫水階躍擾動試驗得到主蒸汽溫度和二級減溫器出口汽溫（導(dǎo)前汽溫）的階躍響應(yīng)曲線，再由主蒸汽溫度和導(dǎo)前汽溫響應(yīng)曲線估算出惰性區(qū)的傳遞函數(shù)?？捎锰匦詤?shù)：　　
　　估算惰性區(qū)傳遞函數(shù)的階值數(shù)，并按表1設(shè)定各T，將各環(huán)節(jié)串聯(lián)可得到PTn模塊的傳遞函數(shù)。各T值隨Tg變化，如某電廠300MW機(jī)組通過試驗得出二級減溫控制系統(tǒng)Tg=150－0.5D，一級減溫控制系統(tǒng)Tg=300－D，其中D為主蒸汽流量，0～100％。
　　
　　圖1中，Υθ1為主蒸汽溫度變送器傳遞函數(shù)；Υθ2為導(dǎo)前汽溫變送器傳遞函數(shù)；G01（s）為惰性區(qū)對象傳遞函數(shù)；G02（s）為導(dǎo)前區(qū)對象傳遞函數(shù)；GPI（s）為主調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Kz、Kμ，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)；W為減溫水流量擾動；θ1為主蒸汽溫度；θ2為導(dǎo)前汽溫；K為一階慣性環(huán)節(jié)的放大系數(shù)；T為一階慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)；n為一階慣性環(huán)節(jié)的對象階數(shù)。只要Υθ1=Υθ2滿足：　　
　　則系統(tǒng)由原雙回路控制系統(tǒng)（圖1）簡化為單回路控制系統(tǒng)（圖2）。　　
　　1.2PTn模塊的整定
　　
　　為了便于對主蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行整定，德國西門子公司給出了PTn模塊的擬合參數(shù)（表1），本文選擇對象階數(shù)n=5。
　　
　　表1中，Tu為鍋爐減溫水流量的線性函數(shù)；Tg為鍋爐負(fù)荷（主蒸汽流量）的線性函數(shù)。
　　
　　1.3變增益回路的整定
　　
　　在不同運行工況減溫水流量擾動下蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性存在較大差異，為了獲得較好的調(diào)節(jié)效果，應(yīng)在不同工況下進(jìn)行試驗，采用變參數(shù)調(diào)節(jié)。圖1中內(nèi)回路的作用是根據(jù)過熱器的運行工況對控制器參數(shù)K進(jìn)行增益調(diào)整，文獻(xiàn)給出了德國西門子公司變增益回路的經(jīng)驗整定方法。
　　
　　1.4根據(jù)焙差變化進(jìn)行變增益控制
　　
　　根據(jù)水蒸氣熱力性質(zhì)表，在不同蒸汽壓力和溫度下過熱蒸汽焓差變化不同，因此蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性隨運行工況而發(fā)生改變。根據(jù)主蒸汽焓差變化進(jìn)行變增益控制（對控制器的參數(shù)K進(jìn)行增益調(diào)整），是近年來德國西門子公司在蒸汽溫度控制中多采用的方法。
　　
　　蒸汽溫度每變化1℃所需的減溫水量取決于在不同蒸汽壓力和溫度下過熱蒸汽恰差變化。在一定的蒸汽壓力和溫度范圍內(nèi)，增益調(diào)整值是焓差的線性函數(shù)。
　　
　　根據(jù)減溫水作用的區(qū)域，取導(dǎo)前汽溫作為焓差計算的蒸汽溫度參數(shù)，蒸汽壓力參數(shù)則取主蒸汽壓力信號，輸入焓值計算表可得到蒸汽溫度每變化1℃的焙差值。
　　
　　二、控制策略及其控制效果
　　
　　德國西門子公司主蒸汽溫度控制系統(tǒng)如圖3所示。
　　
　　該控制系統(tǒng)是具有導(dǎo)前溫度信號的雙回路蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。與典型的具有導(dǎo)前微分信號的雙回路蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，其內(nèi)回路采用了［（1一PTn值）火導(dǎo)前溫度］作為反饋信號。
　　
　　圖3中，回路①相當(dāng)于一個實際微分環(huán)節(jié)，動態(tài)時使PTn模塊的輸出近似于主蒸汽溫度，從而改善了主蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性；穩(wěn)態(tài)時回路①輸出為零，使過熱器出口蒸汽溫度等于設(shè)定值?；芈发诟鶕?jù)過熱器的運行工況，對控制器的參數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整。為了改善煙氣側(cè)擾動下控制系統(tǒng)的響應(yīng)能力，引入了總?cè)剂狭课⒎智梆佇盘柡腿紵鲀A角微分前饋信號。除法模塊A/B的增益調(diào)整值B由回路②輸出。B是蒸汽壓力和溫度的線性函數(shù)，對于一級、二級減溫控制系統(tǒng)，文獻(xiàn)給出了B的函數(shù)關(guān)系。設(shè)二級減溫器后蒸汽溫度為470℃，回路②中的各系數(shù)可以設(shè)定為：K1=7,K2=0.012,
　　
　　K3=1.02。以同樣方法可對二級減溫控制系統(tǒng)變增益回路進(jìn)行整定。
　　
　　根據(jù)主蒸汽熔差變化進(jìn)行變增益控制的主蒸汽溫度控制策略是根據(jù)過熱器的運行工況對控制器的參數(shù)進(jìn)行增益調(diào)整。根據(jù)減溫水作用的區(qū)域，取導(dǎo)前汽溫作為焓差計算的蒸汽溫度參數(shù)，蒸汽壓力參數(shù)（取主蒸汽壓力信號）輸入熔值計算表所給的值，便可得到蒸汽溫度每變化1℃的焓差值。根據(jù)焓差值，由K2、K3構(gòu)成了B的線性函數(shù)，B值的下限由K1給出。
　　
　　以某300MW機(jī)組為例，對德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略進(jìn)行驗證，并與串級蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，試驗曲線如圖4所示。　　
　　圖4中，常規(guī)串級汽溫控制系統(tǒng)主蒸汽溫度設(shè)定值擾動量為5℃，過渡過程衰減率傘－0.8，穩(wěn)態(tài)時間為40min，調(diào)節(jié)過程中穩(wěn)態(tài)偏差太大（2℃），不能*主蒸汽溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的要求（DL/T77一2004）。德國西門子公司的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)主蒸汽溫度控制設(shè)定值擾動量為5℃，過渡過程衰減率ψ=0.75～0.9，穩(wěn)態(tài)時間為30min，調(diào)節(jié)過程穩(wěn)態(tài)偏差為0.5℃，能夠滿足主蒸汽溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的要求（DL/T774一2004）。由此可見，德國西門子公司的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)較常規(guī)串級蒸汽溫度控制系統(tǒng)具有更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，由于僅對過熱蒸汽溫度惰性區(qū)的傳遞函數(shù)構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，所以受對象特性變化的影響較小，系統(tǒng)的魯棒性較好。如果在上述試驗條件下對德國西門子公司的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)參數(shù)略微調(diào)整，其控制品質(zhì)將會進(jìn)一步改善。因此，采用德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略對模型的不確定因素和內(nèi)外擾動均有很好的適應(yīng)能力，其控制品質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)串級控制。
　　
　　三、結(jié)論
　　
　　針對主蒸汽溫度存在大慣性、大延遲的特性，常規(guī)串級控制難以取得良好的控制效果。采用德國西門子公司的主蒸汽溫度控制策略，克服了單純串級控制對大慣性、大延遲對象調(diào)節(jié)品質(zhì)差、抗干擾性弱的缺點。實際測試結(jié)果表明，該控制策略具有較好的魯棒性和抗干擾性，對主蒸汽溫度具有較好的控制效果。