专利名称：火电厂单元机组协调控制系统被控对象动态参数整定方法
技术领域：
本发明涉及一种动态参数的整定方法，特别是一种单元机组协调控制系统被控对象动态参数整定方法，属于工业控制技术领域。
背景技术：
火电厂单元机组的被控对象锅炉—汽机是一个复杂的热力学过程，具有复杂的非线性、多变量和时变特征。一般只能采用现场扰动试验的方法来获取被控对象的动态参数。文献检索发现，沈邦盛、王世海等在青山电厂、焦作电厂分别进行了200MW单元机组被控对象动态特性试验(《热力发电》1982.1，1984.4)。由于被控对象本身内部多变量耦合及各种干扰因素，试验过程往往存在较大的偏差，获得的试验数据甚至无法表征出其正确的物理规律，获得有效数据很大程度依赖经验和偶然性。即便试验获取了一组较理想的参数，也很难满足不同机组、不同工况的仿真研究和现场调整需要。火电厂机组运行的安全性和经济性又不允许进行过多和反复的动态特性试验，因此，单纯由试验获取被控对象的动态参数受到很大的局限。进一步的文献检索发现，国内外对单元机组协调控制系统的分析和研究大多集中于协调控制回路和PID调节器参数的分析和整定。对被控对象的动态参数基本都局限于试验结果。迄今未能发现一种能够较好满足仿真研究或现场试验要求的整定方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于直接能量平衡原理的单元机组协调控制系统被控对象动态参数的整定方法。基于对一个2×4维的单元机组被控对象的多变量模型的分析，提出了在既有模型结构上，以最少和最容易测定的试验数据为前提，应用被控对象本身内在的物理规律和约束条件对其动态参数进行最优化求解，通过计算整定出其余的被控对象动态参数。
本发明是通过如下技术方案实现的，具体包括以下步骤 步骤一，根据现场扰动试验可复现性最好的原则，确定试验参数。具体为采用汽包锅炉—汽机的单元机组作为协调控制系统的被控对象时，其动态模型一般可简化表达为2×4结构。其中，汽机调门开度μT的扰动可以视作被控对象的外部扰动，而锅炉燃烧率指令μB的扰动则作为单元机组本身的内部扰动。机组功率NT的动态特性可以反映单元机组对电网负荷需求的响应能力。机前压力PT则反映了单元机组被控对象之间的能量和质量平衡，表征了机组运行的稳定性。
被控对象的传递函数结构可分别由锅炉燃烧率和汽机调门开度扰动试验确定，并表达为 (1)汽机调门开度μT扰动时各参数的传递函数 NT对μT扰动的传递函数
PT对μT扰动的传递函数
P1对μT扰动的传递函数 PD对μT扰动的传递函数 (2)锅炉燃烧率指令μB扰动时各参数的传递函数 NT对μB扰动的传递函数 PT对μB扰动的传递函数 P1对μB扰动的传递函数 PD对μB扰动的传递函数 式中NT______机组功率 PT______汽机机前压力 P1______汽机一级压力 PD，Pd______汽包压力 对燃煤机组WNB的二个极点基本相等，而燃油机组两极点相差较大。因此，对燃煤机组，上述传递函数中可以整理成具有二重极点的二阶惯性环节，即T′＝η3T。
对上述模型的阶跃响应求解析式 (1)在汽机调门μT扰动下 (2)在锅炉燃烧率指令μB扰动下
从模型结构中可以看出，需确定的参数共有十七个，其中九个比例增益系数K1～K5、a、b、c、d，五个时间常数T、T1～T4，三个时间常数的系数η1～η3。这些模型参数都包含了一定的热力学规律，因此，首先从这些众多的参数中选择出数目最少，同时又最容易测量的参数作为试验测量量。
根据实践经验，在μB和μT扰动下，△PT的复现度较高。这样，确定四个参数T，T1，K1，K2作为试验测量量。
步骤二，通过下述七个物理约束条件对十三个被控对象动态参数进行整定计算。
条件一μB阶跃扰动下，P1/PT理论上代表了汽机调门的开度，从动态扰动的角度看，它应不随时间变化。将上述条件改写成数学表达式即
(PT0和P10指基准工况下的运行参数)
可见只要选取η1≈1即可满足条件1。同样道理，因机组功率响应几乎与P1响应同步，故应选取η3≥η1，且η3≈η1。
条件二因为μT＝P1/PT，所以在μT阶跃扰动下，P1/PT应同比阶跃，即 化简可得① 上式左端是一常数，故应该满足 令，得函数 选用平方误差准则，即要求出一最佳值，使得
为最小，即F1(t)最接近零。显然，m应满足0<m<1，否则，F1(t)不收敛。
上式中再令，则有 要使
最小，必须满足 即-3m-4(1-m)-1-m-3(1-m)-2＝0 ∴T2＝0.75T1 将T2带入式①，取该式右端为最大值，可解出 条件三在μT扰动下，达到稳态时，因蒸汽流量不变，故有ΔPd(∞)＝ΔPT(∞)。
K1，K2值可由试验得出，这样同时可求得K4之值。
条件四在μT扰动下，热量应保持不变，即 仍用平方误差准则，即寻求合适Ck和T3值，使得
为最小，即接近于零。
同样，令，则有 上式中再令则 要使
为最小，则必须满足 即 解此方程组得 条件五在μB扰动下，热量信号近似为阶跃响应。
假设
的阶跃值为b。
可寻求一个最佳的η2值，使得
为最小。
要使
为最小，必须满足
假设η1≈1，η2≈1， 条件六作为一种无因次线性化模型，当μB和μT分别从0增至100％时，即
条件七、因μT扰动时，P1与NT的响应特性几乎相同，故有 ∴ 至此，根据步骤一，由μB和μT试验测定动态参数T，T1，K1，K2，其余待定参数均由本方法确定，各参数整定结果可以归结如下 (1)η3≥η1≥1，η3≈1，η1≈1 (2)T2＝0.75×T1 (3) (4) (5)K4＝K1+K2 (6) (7)T4≥T2，T4≈T2 (8) (9)a＝PT0+(K1+K2) (10)b＝P10 (11)c＝Pd0+K4 (12)d＝NT0 (13) 本发明的有益效果 本发明的方法以最少和最容易测定的试验数据为前提，应用被控对象本身内在的物理规律和约束条件对其动态参数进行最优化求解，通过计算整定出被控对象其余动态参数。减少了确定协调控制系统被控对象动态参数过程中要求进行大量现场扰动试验的制约。为协调控制系统的仿真研究和现场整定提供了一种便捷的方法。
图1是单元机组协调控制系统被控对象2×4维动态模型示意图； 图2是通过本发明整定出的协调控制系统被控对象动态特性示意图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述，如图1、图2所示。本发明的具体实施步骤如下 步骤一，分别由μB和μT试验获取如图一所示的被控对象动态参数T，T1，K1，K2。
步骤二，通过计算公式可以求得其余的被控对象动态参数， (1)η3≥η1≥1，η3≈1，η1≈1 (2)T2＝0.75×T1 (3) (4) (5)K4＝K1+K2 (6) (7)T4≥T2，T4≈T2 (8) (9)a＝PT0+(K1+K2) (10)b＝P10 (11)c＝Pd0+K4 (12)d＝NT0 (13) 可以得到图2所示的满足被控对象仿真研究和现场整定所需的动态特性。
权利要求
1、一种火电厂单元机组协调控制系统被控对象动态参数整定方法，其特征在本发明是基于直接能量平衡原则，从单元机组被控对象物理机理的约束条件入手，通过最优化方法求得协调控制系统被控对象的十七个动态参数，其步骤为
步骤一，根据现场扰动试验可复现性最好的原则，确定通过试验得到的参数为T，T1，K1，K2；
步骤二，通过七个物理约束条件对其余十三个被控对象动态参数进行计算，得出十三个被控对象动态参数为
(1)η3≥η1≥1，η3≈1，η1≈1
(2)T2＝0.75×T1
(3)
(4)
(5)K4＝K1+K2
(6)
(7)T4≥T2
(8)
(9)a＝PT0+(K1+K2)
(10)b＝P10
(11)c＝Pd0+K4
(12)d＝NT0
(13)
全文摘要
火电厂单元机组协调控制系统被控对象动态参数整定方法，属于工业控制技术领域。具体步骤为一，根据现场扰动试验可复现性最好的原则，确定通过试验得到的参数为T，T1，K1，K2；二，通过七个物理约束条件对其余十三个被控对象动态参数进行计算，得出十三个被控对象动态参数。本发明以最少和最容易测定的试验数据为前提，应用被控对象本身内在的物理规律和约束条件对其动态参数进行最优化求解，通过计算整定出被控对象全部动态参数。减少了确定协调控制系统被控对象动态参数过程中要求进行大量现场扰动试验的制约，为协调控制系统的仿真研究和现场整定提供了一种便捷的方法。
文档编号G05B13/00GK101520642SQ20091004872
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者敏 叶, 忻建华, 春 叶, 明 苏 申请人:上海交通大学