大型电站蒸汽锅炉汽鼓给水三冲量串级控制系统 开题报告[5篇材料]

第一篇：大型电站蒸汽锅炉汽鼓给水三冲量串级控制系统 开题报告

.燕 山 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：学 院：年级专业：学生姓名：指导教师：填写日期： 大型电站蒸汽锅炉汽鼓给水三冲量串级控制系统 电气工程学院自动化系 13级计控2班 牛培峰 2017年3月22日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1、国内外研究动态: 锅炉朝大容量、高参数发展，给水系统采用自动控制系统是必不可少的，它可以减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。对于大容量高参数锅炉，其给水系统是非常复杂和比较完善的。大型电站锅炉将是国家未来的发展方向，给水系统是其中的重要环节。随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停过程中需要监视的参数及控制的项目越来越多，大型电站锅炉给水控制系统是机组控制系统中的重点和难点。近些年来，研究大型电站锅炉给水的文献相应增多，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高[1]。

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。目前已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。生产过程自动化是保证生产稳定、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是21世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。

锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用。现今火电厂大型单元机组中，锅炉的类型有自然循环汽包炉、多次循环强制汽包炉、低循环倍率炉和强制循环纯直流炉。300MW以下的单元机组多采用汽包炉；300MW-600MW亚临界压力机组国内多采用低循环倍率炉和强制循环汽包炉；超临界压力机组均采用直流锅炉。不论采用哪种类型的锅炉，在给水、汽温、燃烧控制的基本方案设计大同小异[2]。

本篇论文研究题目为大型电站蒸汽锅炉给水三冲量串级控制系统，该控制系统相对单级单冲量控制系统而言更加安全、可靠。

2、选题依据和意义

电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。锅炉汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷和给水量的平衡关系。维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机正常工作的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分含量过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过热蒸汽温度急剧变化，直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低，可能破坏锅炉水循环，导致水冷壁管被烧坏 [3]。因此，对锅炉给水控制系统的研究具有重要意义。

二、研究的基本内容，主要问题

研究内容：

设计给水控制系统。汽包锅炉给水控制系统的任务是使汽包中水位维持在一定的范围内。它以汽包水位为被控量，以调节给水流量作为控制手段。由于汽包水位同时受锅炉侧和汽轮机侧的影响，因此，当锅炉负荷变化或者汽轮机用汽量变化时，给水控制系统都能够实现维持水位在一定范围的功能。给水控制系统常采用三冲量系统。三冲量指汽包出口蒸汽流量、汽包水位和给水流量这三个信号，其中给水流量W和蒸汽流量D是影响汽包水位H的两种主要扰动，前者来自调节侧，称为内扰；后者来自负荷侧，称为外扰。由于大型锅炉存在严重的“虚假水位”现象，在设计给水自动控制系统时必须予以考虑。常用的系统有单级三冲量给水控制系统（前馈-反馈控制系统）和串级三冲量给水控制系统[4]。

讨论分析给水调节对象的动态特性，然后对这两种控制系统的设计和整定参数分别加以说明。

拟解决主要问题：

1、分析汽包锅炉给水调节对象的动态特性；

2、掌握前馈-反馈复合控制系统的设计方法，设计单级和串级三冲量给水控制系统；

3、为上述的控制系统选择合适的控制器结构，分别采用工程方法和理论计算方法整定控制器参数。

4、掌握采用仿真技术分析和设计控制系统的步骤及具体实现方法。

5、比较出两种控制方案的控制品质。

三、研究步骤、方法及措施

1、首先明确汽包水位被控对象的动态特性

汽包的流入量（即给水量）W由给水调节机构调节，而其流出量（蒸汽量）D由汽轮机进气门控制。所以汽包水位H不仅反映其流入量和流出量间的平衡关系，而且还受液面下汽泡体积的影响。因为在水循环系统中充满着大量带有体积可变的蒸汽汽泡的水，即汽包的流入量和流出量均没有变化，水位也会改变。查阅资料分析得出蒸发量D和给水量W扰动下的水位H动态变化曲线[5]。

2、设计并对比单级和串级三冲量给水控制系统

二者都有三个控制回路。不同之处在于：单级三冲量只采用一个调节器，接受D、H、W三个信号；串级三冲量采用两个调节器，主调节器（PI控制）只接受水位H一个反馈信号，主要任务是校正水位；副调节器（比例控制）接受D、W信号。在给水量W和蒸汽量D扰动下，迅速动作，保持汽包给水量与蒸汽量平衡，维持水位不变。

从理论上看，和常规单级系统相比，串级系统工作相对更合理，补偿虚假水位的作用更明显，调节质量更好。另外，串级系统可以在D与W由于信号变送器故障而导致平衡关系失去的情况下，暂时维持系统工作，因而安全性也更好[6]。串级系统还可以接入其他冲量信号（如燃烧信号等）形成多参数串级系统。缺点是在汽轮机甩负荷时，它的过渡过程和响应速度不如单级系统快。

3、系统主、副控制器参数的分析和整定

采用试探法选择副调节器的比例带，先整定内回路。主回路仍按单回路系统的整定方法整定，如通过试验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线，再按响应曲线法中给定公式求整定参数。最后选择蒸汽流量前馈装置传递函数，可根据锅炉“虚假水位”的严重程度确定。

4、经过系统分析后搭建给水控制系统Simulink仿真图进行仿真，观察效果。

四、研究工作进度

1-4周 资料查阅，查询有关锅炉给水控制的相关书籍和论文期刊，阅读理解 5-8周 完成单级三冲量和串级三冲量给水控制系统设计 9-12周进行系统仿真，分析两种系统的控制品质

13-16周 完善总结前面的系统设计分析过程，绘图，撰写毕业论文 17-18周 准备论文答辩

五、主要参考文献

[1] 边立秀，周俊霞，赵劲松，杨建蒙．热工控制系统[M].北京：中国电力出版社,2002． [2] 李晓燕，孙建平，王立军.汽包锅炉给水串级三冲量控制系统[J].机械工程与自动化，2010(2):155-157.[3] 黎兵，汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB仿真[J]，东北电力技术，2006(6):21-23.[4] 杨献勇，热工过程自动控制[M].北京：清华大学出版社，2000.[5] 吴明永，杨素娟.基于PLC的锅炉串级三冲量给水控制系统[J],研究与开发，2008(6)1-4.[6] 于鹏娟，王付生.三冲量给水控制系统实际应用分析[J],山东电力技术，2003(2):44-45.[7] 刘吉臻.协调控制与给水全程控制[M].北京.中国电力出版社.1998：108-213 [8] 冯伟．600MW 机组锅炉给氺自动控制系统分析与改进[J]．华中电力,2007.[9] 韩赓．600MW超临界机组给水控制系统的研究[D]．华北电力大学硕士学位论文．2007 [10] 孙德友,等.锅炉给水泵汽轮机控制系统研究与应用[J].汽轮机技术, 2000 [11] 李继峰，曾汉才.国内外600MW机组锅炉的技术特点[J].华中电力.2001 [12] Berenji H R.An Introduction to Fuzzy Logic Application inIntelligent Systems [M].New York: Kluwer Academic Publishers,1992, 69-96.[13] Takagi T, Sugeno M.Fuzzy identification of system and itsapplication to modeling and control [J].IEEE Transactions onSystems, Man and Cybernetics, 1985, 15(1): 16-32.[14] 李运泽，杨献勇．超临界直流锅炉长期动态特性的建模与仿真[J]．热能动力工程，2003，18（103）

六、指导教师意见

指导教师签字：

年 月 日

七、系级教学单位审核意见：

开题考核分数：

考核组长签字：

年

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