(山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100)
摘要：本文研究汽轮机数字式电液调速系统，针对数字电液控制系统中的非线性环节，完成了一种基于模糊内模控制策略的调速系统的设计。具体是将广义被控对象通过粒子群算法的使用完成模型简化处理，然后将其通过内模控制原理的运用完成内模ＰＩＤ的设计，使用最大灵敏度函数选取初始参数，并对参数采用模糊控制器完成在线整定过程。系统仿真结果表明本文设计的方法使参数选取的效率得以有效提升，在减少超调量的同时显著提高了系统响应速度及抗干扰能力，从而使汽轮机调速系统的整体控制质量和效率得以有效提升，为汽轮机调速系统的优化和完善提供参考。
关键词：汽轮机；数字电液控制系统；调速系统；模糊内模控制
引言
随着汽轮机单机功率的不断增大，对机组安全性和运行调节的稳定性提出了更高的要求，老机组原来全液压调节系统存在着调节系统部套易卡涩、迟缓率大、控制精度差等缺点。而先进的数字式电液调节系统(digitalelectrichydrauliccontrol，DEH)可以实现机炉协调控制和阀门管理，信号传动和放大环节没有机械部件，因此迟缓率大大降低，大大提高了系统的安全性、可靠性。本文调查研究了汽轮机调节系统从纯机械液压调节到电液并存，从模拟电调到数字电调的发展历史，分析目前国内常用的各种改造方案，指出各种改造方案的优缺点，为承德环能电厂进行汽轮机调节系统改造提供可行性改造方案。
1汽轮机及其电液调速系统模型构成
汽轮机及其电液调速控制系统模型构成主要由汽轮机模型、调节系统（控制系统）模型、电液伺服系统模型等组成。典型的结构的“电液伺服系统”，与“汽轮机调速控制系统”以及“串联组合、单再热器汽轮机模型”串联组成，即一次调频转速偏差信号Δω经过“汽轮机调速控制系统”输出汽轮机高压调门总指令PCV，PCV输入“电液伺服系统”后开高压调门，高压调门打开后通过“串联组合、单再热器汽轮机模型”后转换为发电机功率。
2低压透平油电液调节控制改造
液压的转速感应机构和传动放大机构取消。采用数字调节器，即数据采集后由计算机综合处理输出控制信号，送给液压执行机构。数字调节器的控制信号通过电液转换器与油动机构成的电液油动机接口，实现对机组的闭环控制。电液转换器输出液压信号，油动机脉动油直接由电液转换器控制，构成了电液伺服油动机。将原液压调节系统的机械液压调速器、中间放大滑阀、反馈滑阀和同步器全部取消。该方案原有的保护系统仍保留，保留了油动机及其后面的执行机构，多为凸轮式配汽机构。其中电液伺服器结构，其工作原理为:转速感应机构采集速度变化信号经过DEH系统逻辑运算，输出须调整的阀位电信号。电信号输入控制线圈，产生旋转力矩，使可动衔铁带动弹簧管及挡板转动，改变了喷嘴与挡板之间的喷油间隙。间隙的变化，使得断流式滑阀移动，打开油动机通往高压油及回油的油口，使油动机活塞移动，控制调速阀门的开度，从而将电信号转换为油动机的液压信号。
2.1电液伺服系统非线性分析
作为热工况系统的一种汽轮机的相关参数具有时变、干扰、复杂的特点，非线性环节（包括饱和、死区等）在电液伺服系统中表现明显，传统的研究领域中大多忽视了调速系统的数学模型及对应参数的运用，准确模型的构建对电网等领域的长期稳定及性能的控制具有重要意义，对控制系统通过辨识汽轮机调速系统参数实现优化过程，在实现汽轮机组故障诊断会和状态监测的同时使控制系统功能得以有效提升，本文主要在简化系统模型的基础上，完成完成内模ＰＩＤ的设计及有效初始参数的选取，进一步提升汽轮机数字式电液调速系统的控制性能。本文根据实际汽轮机的死区特性，通过模糊内模控制策略的设计和应用，使汽轮机数字电液控制系统（ＤＥＨ）中非线性环节的影响得以有效降低，先将广义被控对象通过粒子群算法（ＰＳＯ，易于工程应用）的使用完成到一阶惯性加时滞系统的逼近过程，并在此基础上完成内模控制器的设计，实现以较少参数应用提高搜索速度。然后采用最大灵敏度函数，以函数同可调参数（由τｃ表示）间的关系为依据完成参数的初始选取。再对内模控制器的参数通过模糊控制特性的应用完成自适应在线调整过程。从而使具备非线性特点的控制系统的动静态特性及抗干扰性能得以有效提高，实现汽轮机调速系统的进一步优化。本文以中小型汽轮机作为研究对象，将其简化为系统数学模型，ＤＥＨ系统中的非线性特性以主要由库仑摩擦和滑阀正重叠量引起的死区为代表，系统稳定性及控制精度受到其稳定影响。
在分析死区对系统的影响时，具体在ＭＡＴＬＡＢ环境下构建仿真模型如式（１）。图１为存在死区的系统响应输出情况，输出结果表明系统的响应速度受到死区的影响产生了一定的延时，一定程度上降低了系统的稳态精度和动静态特性，并且影响程度同死区宽度呈正比；死区在不同频率下对系统产生的影响也不同，频率与幅值成反比，同静差呈正比，静差越大则代表影响程度越明显。
.png)
.png)
图１ 死区对系统响应输出的影响曲线
3经济性评估
选取燃煤决策系统在珠江电厂应用 1 个月的数据进行经济性评估。评估期间机组燃煤总量为28.80×10 4 t，其中主烧煤种为神木混煤和山西优混煤，加权热值为 22 862.86 kJ/kg，煤炭加权平仓价为580.00 元 /kg，煤量为 14.90×10 4 t。掺烧煤种为伊泰煤和低热值神木煤，加权热值为 21 411.84 kJ/kg，煤炭加权平仓价为 530.00 元 /kg，煤量为 13.90×10 4 t。与机组燃用高热质的主烧煤种相比，掺烧电煤的总燃煤成本明显降低，节省了约 183.33 万元；而制粉系统、风机等风烟系统辅机系统电耗相应有所增加，折合电耗费用增加值为 1.98 万元。通过经济性评估，得出电厂采用燃煤掺烧决策系统后，机组的总运行成本节省大约 181.35 万元，全年为 2176.19 万元。电厂机组采用该系统取得了明显的经济效益。
结语
传统对决汽轮机ＤＥＨ控制系统采取的控制策略大多由于复杂程度高、涉及到的待整定参数繁多而限制了整体控制功能的有效实现，为满足复杂系统的控制要求，有效解决汽轮机ＤＥＨ控制系统中非线性环节存在的问题，本文完成了模糊内模策略的构建和应用，显著降低了参数整定工作，在时设计流程得以显著简化的同时降低了计算过程的复杂程度，通过ＭＡＴＬＡＢ建模及仿真试验对比本文控制策略同其它方法的结果，证明了本文设计的模糊内模控制方案可快速达到设定值，能够对干扰影响进行有效抑制，具有较佳的动静态特性，具有较高的实际应用价值。
参考文献：
[1]张宝，樊印龙，顾正皓，等．汽轮机调速系统中影响电力系统低频振荡的关键因素[J].中国电力，2017（1）：105-110．
[2]翟江，夏天，田芳，等．PSASP用户自定义建模混合步长仿真机制的实现与应用[J].电网技术，2016（11）：3497－3502．
[3]上海新华控制技术有限公司．电站汽轮机数字式电液控制系统—DEH［M］．北京:中国电力出版社，2005．
[4]颜新华.脱困之道—大唐长春第二热电有限责任公司配煤掺烧的现状调查[N].中国电力报，2010-09-01（4）.
[5]王祥薇，张红飞，宋振梁.1150t/h锅炉掺烧褐煤的性能试验研究[J].动力工程，2009，29（12）:1088-1092.