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[摘 要]随着经济技术的发展与科学技术的进步，大型单元机组过热气温控制系统也得到不少发展，但其还是具有延迟性大、惯性大的特点。在机组运行中，能够影响机组运行的因素有很多，由于串级控制系统具有较好的快速性、抗干扰性、结构简单等优点，使得其在工业活动中得到较为广泛的应用。如果针对单元机组的气温控制对象对调节器进行设计，再结合实际的工程经验对其参数加以调节，如此一来，就可以克服生产过程中的各种干扰，使得单元机组能够稳定的运行。
[关键词]单元机组；串级控制系统；过热气温
中图分类号：V433 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0024-01
前言
大型单元机组的过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中温度的最高点。假若蒸汽温度过高，就会引起过热器和汽轮机高压缸由于热应力过高而损坏，造成机组系统不能安全稳定的运行。但是如果过热蒸汽的温度过低就会造成蒸汽含 水量较大，从而使得电厂的工作效率降低，缩短汽轮机叶片的使用寿命。也就是说，过热气温对电厂安全经济运行有着很重要的影响，就需要我们继续深入研究传统方法在汽温控制领域的应用。本文就单元机组过热汽温串级控制系统的设计进行探讨。
1.理论知识的研究探讨
1.1 串级控制系统的组成结构
串级控制系统主要是由两只调节器串联组合成的，其中的一个调节器起着输出的作用，它的输出可以作为后一个调节器的设定值，而后面的调节器的输出则直接的传送到调节阀。主调节器也就是前一个调节器，它的测量和控制的变量被称为主被控参数，整个主调节器的系统构成工艺控制指标；而后一个调节器则被称为副调节器，它的测量控制变量被称为副控制参数，它在起着稳定主变量的作用的同时，控制着整个系统的进行。在整个系统中，串级控制系统主要包括两个控制回路过程，其中一个是主回路，主回路主要由主变量检送器进行变送，包括主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程等几个过程构成；另一个是副回路，它是由副变量检送的，是由副调节器、调节阀和副过程等几个过程构成。相比于其他复杂的控制系统，串级控制系统的组成结构是比较简单的，它在实际工作中的应用是很广泛的。
1.2 单元机组过热汽温串级控制系统的结构
串级控制系统的结构较为简单，但其参数设置要求较为严格。单元机组过热汽温串级控制系统的主要工作流程是经过过热器低温段对系统产生的蒸汽进行初步降温，在蒸汽进入到减温器之后温度完全降低到要求的温度，然后通过过热器高温段对蒸汽进行加热，使得其充分的汽化，最后将热的蒸汽通入到去汽轮机中去，完成整个气温控制步骤。其中，减温器主要是通过喷水来实现减温的，而其他部分则是需要通过计算机设定参数来进行控制的。在参数设置过程中，两个调节器的调节值的设定是至关重要的。
2.单元机组过热汽温控制系统的负荷适应性
2.1 负荷调度控制策略
单元机组过热汽温控制系统的负荷适应能力是很有限的，主要是以主蒸汽流量作为调度变量来进行控制的。我们可以通过Hanus方法来实现有效的控制系统各局部控制器之间的紧随跟踪与无干扰、无扰动的切换。同时，单元机组过热汽温控制系统保留了传统串级控制系统克服内回路扰动、提高系统工作频率等优点，经许多试验证明该系统具有良好的负荷适应能力。关于负荷调度控制的策略，主要包括参数负荷极限的设定、过热器温度的设置、模型的试运行及建模过程等几个环节，复合调度控制策略主要就是指对这几个环节负荷调度的控制手段。
2.2 负荷调度控制系统设计
负荷调度控制系统的设计是比较精细的，主要是对于过热汽温系统在某一典型工作状况下的局部控制的设计，为了让我们更好地理解設计过程，就需要采用串级内模结构对其进行相应的简化。关于局部控制器的设计是需要按照串级内模控制结构来进行分析的，按照其设计原理充分的了解局部控制器的构造及设计原理，这样一来，我们就可以保留原高阶控制器主要的时域性能，其控制过程平稳，使其动态品质满足运行要求。此外，负荷调度控制系统的设计还包括全局控制器的集成，全局控制器集成中的关键工作是实现备用控制器的跟踪，以及工况变化时各局部控制器间的无扰切换。
2.3 仿真研究及结果分析
根据多年的经验、资料的查阅及长期的试验，我们对仿真进行了透彻的研究，现对其研究结果进行分析。在确定工况下的控制效果主要得到，定参数控制器的符合适应能力相对较差，有的时候甚至不稳定；负荷调度控制系统则相对具有较好的控制品质；在变负荷工况下系统的控制试验中，我们得到在此过程中，负荷调度控制系统能够对机组负荷的变化进行平稳地响应，而且在机组负荷变化范围较大时，仍然可以保持良好的控制效果，再加上控制器在切换过程中基本没有任何扰动。由此，我们可以得到在变负荷工况下的控制效果明显优于定参数控制器。
3.串级控制系统的设计及仿真
3.1 串级控制主、副控制器的设计
为了充分的发挥串级控制的作用使系统的性能达到满意的要求，我们需要根据串级控制的特点对串级控制主、副控制器加以设计。一般来说，设计过程需要遵循几个为基本的原则，系统的主要扰动是需要控制在负控制回路之中的，如此一来便可是扰动造成的影响大大减小；副控回路应当尽量包含积分环节，这样有利于系统品质的调节；此外，为了避免主控制器与副控回路之间的干扰与共振，主、副控制器的采样周期是确定不变的。只有遵循一定的原则，并在此原则上按照相应的整定方法进行设计，才能够更好地优化设计串级控制的主、副控制器。
3.2 Simulink仿真
Simulink是MATLAB最重要的组建之一，它能提供一个动态建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 ，充分的简化了Simulink的仿真建模过程。同时，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，使用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink仿真在整个单元机组过热汽温串级控制系统中占有极其重要的地位，它的应用可以优化该控制系统，使得控制过程方便，更为有效。
3.3 串级控制的改进
为了更好地控制二次扰动对系统性能的影响，将不能被副回路包含的那部分扰动加以去除，这就需要将串级控制加以改进。我们可以将前馈-串级控制系统中的设计函数方程进行改进，由于内环相应比外环相应快，这就需要将前馈-串级控制器的负面影响控制为零，只有这样才能有效的消除扰动对系统的影响。此外，串级控制对进入副回路的扰动有很强的克服能力，由于副回路的存在，充分的减小了控制对象的时间参数，提高了系统的响应速度。再者串级控制提高了系统的工作频率，改善了系统的控制质量，从而充分的改进串级控制。
在我国的经济技术的不断发展过程中，对于单元机组过热汽温串级控制系统的使用要求也越来越高，这就需要我们对单元机组过热汽温串级控制系统进行改进设计。在大型的机组运行中，普遍的存在着汽温控制方面的问题，这也为研究人员的研究创造了条件，供给了较大的研究平台，设计方案的可行可以充分的实现单元机组过热汽温串级控制系统的设计应用。
参考文献
[1] 范永胜，徐治皋，陈来九.基于动态特性机理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统研究[J].中国电机工程学报，2010，17（1）：23～28.
[2] 谈英姿.免疫PID控制器在汽温控制系统中的应用研究 [J].中国电机工程学报，2012，22（10）：148～152.
[3] 彭刚，闫凯峰.引进机组过热蒸汽温度控制系统分析[J].热力发电，2011（9）.
[关键词]单元机组；串级控制系统；过热气温
中图分类号：V433 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0024-01
前言
大型单元机组的过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中温度的最高点。假若蒸汽温度过高，就会引起过热器和汽轮机高压缸由于热应力过高而损坏，造成机组系统不能安全稳定的运行。但是如果过热蒸汽的温度过低就会造成蒸汽含 水量较大，从而使得电厂的工作效率降低，缩短汽轮机叶片的使用寿命。也就是说，过热气温对电厂安全经济运行有着很重要的影响，就需要我们继续深入研究传统方法在汽温控制领域的应用。本文就单元机组过热汽温串级控制系统的设计进行探讨。
1.理论知识的研究探讨
1.1 串级控制系统的组成结构
串级控制系统主要是由两只调节器串联组合成的，其中的一个调节器起着输出的作用，它的输出可以作为后一个调节器的设定值，而后面的调节器的输出则直接的传送到调节阀。主调节器也就是前一个调节器，它的测量和控制的变量被称为主被控参数，整个主调节器的系统构成工艺控制指标；而后一个调节器则被称为副调节器，它的测量控制变量被称为副控制参数，它在起着稳定主变量的作用的同时，控制着整个系统的进行。在整个系统中，串级控制系统主要包括两个控制回路过程，其中一个是主回路，主回路主要由主变量检送器进行变送，包括主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程等几个过程构成；另一个是副回路，它是由副变量检送的，是由副调节器、调节阀和副过程等几个过程构成。相比于其他复杂的控制系统，串级控制系统的组成结构是比较简单的，它在实际工作中的应用是很广泛的。
1.2 单元机组过热汽温串级控制系统的结构
串级控制系统的结构较为简单，但其参数设置要求较为严格。单元机组过热汽温串级控制系统的主要工作流程是经过过热器低温段对系统产生的蒸汽进行初步降温，在蒸汽进入到减温器之后温度完全降低到要求的温度，然后通过过热器高温段对蒸汽进行加热，使得其充分的汽化，最后将热的蒸汽通入到去汽轮机中去，完成整个气温控制步骤。其中，减温器主要是通过喷水来实现减温的，而其他部分则是需要通过计算机设定参数来进行控制的。在参数设置过程中，两个调节器的调节值的设定是至关重要的。
2.单元机组过热汽温控制系统的负荷适应性
2.1 负荷调度控制策略
单元机组过热汽温控制系统的负荷适应能力是很有限的，主要是以主蒸汽流量作为调度变量来进行控制的。我们可以通过Hanus方法来实现有效的控制系统各局部控制器之间的紧随跟踪与无干扰、无扰动的切换。同时，单元机组过热汽温控制系统保留了传统串级控制系统克服内回路扰动、提高系统工作频率等优点，经许多试验证明该系统具有良好的负荷适应能力。关于负荷调度控制的策略，主要包括参数负荷极限的设定、过热器温度的设置、模型的试运行及建模过程等几个环节，复合调度控制策略主要就是指对这几个环节负荷调度的控制手段。
2.2 负荷调度控制系统设计
负荷调度控制系统的设计是比较精细的，主要是对于过热汽温系统在某一典型工作状况下的局部控制的设计，为了让我们更好地理解設计过程，就需要采用串级内模结构对其进行相应的简化。关于局部控制器的设计是需要按照串级内模控制结构来进行分析的，按照其设计原理充分的了解局部控制器的构造及设计原理，这样一来，我们就可以保留原高阶控制器主要的时域性能，其控制过程平稳，使其动态品质满足运行要求。此外，负荷调度控制系统的设计还包括全局控制器的集成，全局控制器集成中的关键工作是实现备用控制器的跟踪，以及工况变化时各局部控制器间的无扰切换。
2.3 仿真研究及结果分析
根据多年的经验、资料的查阅及长期的试验，我们对仿真进行了透彻的研究，现对其研究结果进行分析。在确定工况下的控制效果主要得到，定参数控制器的符合适应能力相对较差，有的时候甚至不稳定；负荷调度控制系统则相对具有较好的控制品质；在变负荷工况下系统的控制试验中，我们得到在此过程中，负荷调度控制系统能够对机组负荷的变化进行平稳地响应，而且在机组负荷变化范围较大时，仍然可以保持良好的控制效果，再加上控制器在切换过程中基本没有任何扰动。由此，我们可以得到在变负荷工况下的控制效果明显优于定参数控制器。
3.串级控制系统的设计及仿真
3.1 串级控制主、副控制器的设计
为了充分的发挥串级控制的作用使系统的性能达到满意的要求，我们需要根据串级控制的特点对串级控制主、副控制器加以设计。一般来说，设计过程需要遵循几个为基本的原则，系统的主要扰动是需要控制在负控制回路之中的，如此一来便可是扰动造成的影响大大减小；副控回路应当尽量包含积分环节，这样有利于系统品质的调节；此外，为了避免主控制器与副控回路之间的干扰与共振，主、副控制器的采样周期是确定不变的。只有遵循一定的原则，并在此原则上按照相应的整定方法进行设计，才能够更好地优化设计串级控制的主、副控制器。
3.2 Simulink仿真
Simulink是MATLAB最重要的组建之一，它能提供一个动态建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 ，充分的简化了Simulink的仿真建模过程。同时，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，使用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink仿真在整个单元机组过热汽温串级控制系统中占有极其重要的地位，它的应用可以优化该控制系统，使得控制过程方便，更为有效。
3.3 串级控制的改进
为了更好地控制二次扰动对系统性能的影响，将不能被副回路包含的那部分扰动加以去除，这就需要将串级控制加以改进。我们可以将前馈-串级控制系统中的设计函数方程进行改进，由于内环相应比外环相应快，这就需要将前馈-串级控制器的负面影响控制为零，只有这样才能有效的消除扰动对系统的影响。此外，串级控制对进入副回路的扰动有很强的克服能力，由于副回路的存在，充分的减小了控制对象的时间参数，提高了系统的响应速度。再者串级控制提高了系统的工作频率，改善了系统的控制质量，从而充分的改进串级控制。
在我国的经济技术的不断发展过程中，对于单元机组过热汽温串级控制系统的使用要求也越来越高，这就需要我们对单元机组过热汽温串级控制系统进行改进设计。在大型的机组运行中，普遍的存在着汽温控制方面的问题，这也为研究人员的研究创造了条件，供给了较大的研究平台，设计方案的可行可以充分的实现单元机组过热汽温串级控制系统的设计应用。
参考文献
[1] 范永胜，徐治皋，陈来九.基于动态特性机理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统研究[J].中国电机工程学报，2010，17（1）：23～28.
[2] 谈英姿.免疫PID控制器在汽温控制系统中的应用研究 [J].中国电机工程学报，2012，22（10）：148～152.
[3] 彭刚，闫凯峰.引进机组过热蒸汽温度控制系统分析[J].热力发电，2011（9）.