中间一个点

课程实验总结报告

实验名称:中间点温度控制系统实践

课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计

及实现（3）

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1概述............................................................................................................................2

2控制原理....................................................................................................................2

2.1给水控制方案.................................................................................................2

2.2控制原理.........................................................................................................3

2.3中间点温度控制逻辑.....................................................................................3

2.3.1相关图纸..............................................................................................3

2.3.2控制系统原理......................................................................................4

2.3.3控制逻辑分析......................................................................................5

3实验过程....................................................................................................................6

3.1实验内容.........................................................................................................6

3.2开环特性试验.................................................................................................6

3.2.1给水流量扰动......................................................................................7

3.2.2给煤量扰动..........................................................................................7

3.3闭环特性试验.................................................................................................7

3.3.1内环定值扰动......................................................................................7

3.3.2内环内扰..............................................................................................8

3.3.3内环外扰..............................................................................................8

3.3.4外环定值扰动......................................................................................9

3.4参数优化.........................................................................................................9

3.4.1模型修改..............................................................................................9

3.4.2参数一................................................................................................10

3.4.3参数二................................................................................................10

3总结..........................................................................................................................11

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1概述

直流锅炉没有汽包，给水一次性经过各个受热面，其蒸发点不是固定的，不

像汽包炉。给水流量和燃料量任一变化或煤质变化都将导致出口汽温的大幅变化

（燃/水比变化），为此要选取一个固定点的温度来监视，在不同的负荷下将其

维持在一个与负荷对应的温度，然后通过喷水减温来微调，从而保证过热器出口

温度的稳定，如果这个点选的靠后的话将不能迅速反映燃水比和煤质的变化，靠

前的话汽温反映太延时，因为分离器出口温度既可以迅速反映燃水比和煤质的变

化，又能及时反映出汽温的变化，所以一般去分离器出口作为温度监视点，又称

为中间点温度，有时又用焓值表示的中间点温度。

2控制原理

2.1给水控制方案

双鸭山600MW超临界机组给水控制方案采用中间点焓值信号进行修正。

图2-1采用中间点焓值信号的给水控制方案

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2.2控制原理

1.一级减温器前后温差修正

用一级减温器前后温差对中间点温度焓值进行修正。修正的原理是：一级减

温器前后温差过大，说明喷水量大。由于过热汽温主要靠燃水比粗调，如果燃水

比调整适当，则喷水量量应该不会很大。喷水量大，说明燃水比失调已经比较严

重。引入一级减温前后温差信号，可将调整燃水比与喷水减温两种控制手段结合

起来，使一级减温喷水调节阀工作在适中位置，保证减温水适量。

2.焓值计算

采用中间点焓值信号的给水控制在给水控制中，除了采用分离器出口过热蒸

汽温度（中间点温度）作为反馈量以外，还可以采用分离器出口过热蒸汽的焓值

信号。焓值计算框图中，通过分离器出口温度和分离器出口压力计算对应压力下

的分离器出口焓值。

采用焓值计算的原因是：（1）能快速反应燃水比；（2）出口过热蒸汽为微

过热蒸汽，微过热蒸汽焓值比温度在反应燃水比的灵敏度和线性度方面具有明显

优势。

3.中间点焓值信号

保证中间点焓值在合适的值，从而间接保证主蒸汽温度在合理范围内。中间

点焓值最终给定值SP

2

的形成：

中间点焓值最终给定值SP

2

=分离器出口焓值+一减温差对给定焓值修正

4.给水指令SP的形成

给水指令SP=给水基本指令+中间点焓值指令校正（PID2的输出）

给水基本指令：锅炉指令BD经动态延时环节f（t）和函数发生器f1（x）后给

出给水流量基本指令。f1（X）作用是确定煤水比，当锅炉指令变化时，给水量

和燃料量可以粗略地按一定比例变化，以控制过热汽温在一定范围内。

2.3中间点温度控制逻辑

2.3.1相关图纸

SPCS-3000控制策略管理-8号站-158、159页

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2.3.2控制系统原理

158页的给水控制一主要实现给水流量设定值的控制，控制策略采用串级

PID。主回路控制器通过一级减温器前后温差对分离器出口中间点温度进行修

正。主回路控制输出信号加上对应分离器出口压力下适当的过热度和分离器出口

饱和温度作为中间点温度设定值送到副回路控制器SP端。副PID输出中间点焓

值修正信号与由锅炉主控指令计算得到的给水主指令求和得到给水流量设定值。

主PID

+

PID2一减温器

+

分离器出口

温度

PID1

分离器

变送器

设定值

-

变送器

-

一减温器前后

温差

图2-2给水流量设定值控制回路框图

158和159页两个给水控制系统则一起采用了三个PID控制器实现串级控制，

PID1实现通过一级减温器前后温差对分离器出口中间点温度进行修正；PID2输

出中间点焓值修正信号与由锅炉主控指令计算得到的给水主指令求和得到给水

流量设定值；PID3控制给水泵实现给水流量的调节。

在本次实验中，我们主要探究给水流量和给煤量对中间点温度和主汽温的影

响，所以我们只讨论后两个PID控制器的串级控制，即PID2和PID3构成的串

级控制回路。

PID2

+

-PID3

变送器

分离器

+

-

分离器出口

温度

汽机

变送器

中间点温度

设定值

给水流量

图2-3中间点温度控制回路框图

给水流量控制指令=给水主指令（煤水比计算得到）+中间点温度校正

中间点温度给定值=汽水分离器压力对应的饱和温度+适当的过热度+

一级减温器前后温差

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2.3.3控制逻辑分析

图2-4给水流量定值逻辑

逻辑分析：

、PV设定值

SP=①+②+③

①主控制器得到的一级减温器温差校正信号

②分离器出口饱和温度

③分离器出口压力拟合过热度信号。

由于机组运行初期，主蒸汽温度低，所以校正值高，为28；机组运行一旦时

间以后，主蒸汽温度压力升高，此时校正值低，为14。

分离器出口温度与煤水比失调信号作和送入副PID控制器PV端进行运算。

PV=分离器出口温度+煤水比失调信号

2.跟踪与无扰切换

自动情况下，M/A站输出等于PID控制器的输出，PID跟踪M/A站输出指令；

手动情况下，PID输出跟踪M/A站的输出，同时M/A站切换为跟踪状态，跟踪给

水流量控制指与给水主指令（锅炉主控指令计算得到）的差值。

3.信号校正

锅炉主控指令经过两个超前滞后环节和一个分段线性功能块拟合得到给水

主指令。分段线性功能块即对应图1-1中的f1(x)、两个超前滞后环节即对应f1(t)。

4.下限限幅

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在启动给水模式下或给水控制在手动的情况下，给水流量定值信号=实际给

水流量。给水流量定值信号与800取大，MAX块的作用是低限限幅，使给水流

量定值最小为800。MAX模块输出信号即为给水流量定值信号，送到给水控制

逻辑二中。

5.过热度计算

过热度=分离器出口温度-分离器出口饱和温度。同时需要设置限幅功能

模块，保证信号在合理正确的范围内，限幅为0-500。

6.启动给水模式

该逻辑中包含一个RS触发器，优先级设计为S端优先，即置位优先。所以

当省煤器入口流量小于0或者投启动给水模式指令发出，触发器复位，输出端

Q为0，则不发出启动给水模式指令。

3实验过程

3.1实验内容

在本次实验中，以双鸭山600MW机组给水系统为对象，主要探究给水流量

和给煤量对中间点温度和主汽温的影响。

①在开环状态即手动状态下的进行扰动试验，包括定制扰动、内扰和外扰，

获取对象的开环特性；

②在闭环状态下即自动状态下，同样进行扰动试验，观察控制器的控制效

果，然后优化其内外环PID参数；

③对比优化参数前后给水系统的控制性能，并测试其抗外扰、内扰的能力。

3.2开环特性试验

调入初始条件，待给水流量主汽温度等各项参数稳定（所调取的条件基本都

是很稳定的），进行给水流量和给煤量扰动试验，观察响应曲线根据曲线，使用

斜率法或者将相关数据导入MATLAB即可辨识出汽机转速与给水量的模型。

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3.2.1给水流量扰动

改变小汽机的转速来实现给水流量设定值的定值扰动，将汽机转速由

4835r/min提高到5000r/min，观察过热度（中间点温度）和主汽温的变化情况。

增加汽机转速，给水流量迅速上升，主蒸汽过热度下降，响应时间较快，而主汽

温度一段时间之后才开始下降，这是因为其有一定的惯性，即给水需要先加热变

成蒸汽才能影响主汽温度。

3.2.2给煤量扰动

继续运行一段时间待系统稳定后，将磨煤机F磨的给煤量由21t提高至31t，

即燃料量PV增加10，观察过热度（中间点温度）和主汽温的变化情况。随着给

煤量的增加，过热度增加，响应很快；主汽温度有一点点迟延但是也响应很快；

给水流量基本没有发生变化。

图3-1开环给水流量和给煤量扰动曲线

3.3闭环特性试验

使用原始PID参数进行闭环特性试验，PID参数如下：

内回路比例带0.1，积分时间12，微分时间0

外回路比例带0.1，积分时间150，微分时间0

试验中我们首先对内环进行扰动试验，然后在进行外环的扰动试验。

3.3.1内环定值扰动

将控制器投自动，运行一段时间待系统稳定后，给水流量设定值从1800t/h

提高至1850t/h，观察其他曲线变化情况。从给水流量实际曲线可以看到，其值

在上升一段时间后有回落之后才继续上升，稳态时间长达360s。同样主蒸汽温

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度由于惯性，一段时间之后才逐渐下降。

3.3.2内环内扰

我们通过改变给水泵A循环门开度改变给水流量实现对系统的内部扰动实

验。加入内扰后，实际值同样出现回落现象，而且达到稳定时出现了稳态误差，

控制效果不好，内环回路没有有效的消除内扰。

图3-2内环定值扰动和内扰

3.3.3内环外扰

我们同样适用燃料量作为外扰，在给煤量增加后，可以看到给水流量设定值

首先增加，这是因为信号校正的产生，即燃料量变化，伴随着锅炉主控指令的改

变，根据其得到给水基本指令经过外环PID得到的给水指令校正得到新的给水

指令设定值信号。显然加入外扰，系统重新达到稳态的时间较长约为390s，且

稳定后存在稳态误差，约为8t/h。

图3-3内环外扰

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3.3.4外环定值扰动

内环扰动完成后进行外环扰动试验，运行一段时间待系统稳定后，我们将中

间点温度设定值从403℃提高至408℃，观察响应曲线。运行20多分钟之后，中

间点温度都没有达到设定值，给水也没有稳定，控制效果非常差。因此我们便没

有继续进行之后的扰动试验，直接进入下一步的参数优化。

图3-4外环定值扰动

综上，原始的PID参数的控制效果不理想，系统的控制品质差，外环控制相

应太慢，内环不能有效的消除扰动对系统的影响，因此需要对系统的参数进行优

化。

3.4参数优化

3.4.1模型修改

由于外环响应时间太长，修改了一次系统控制结构模型，将分离器出口压力

和锅炉主控指令后的超前滞后环节改成惯性延迟，延迟传递函数为

s501

1



。我们

依然采用现场试凑的方法进行参数优化。

图3-5修改后的系统模型

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3.4.2参数一

内回路比例带0.05，积分时间50，微分时间0

外回路比例带0.05，积分时间20，微分时间0

稳定后，将中间点温度403加到415，观察响应曲线，显然相较于之前的PID

参数系统的控制效果变好，但是依然不是很理想，继续进行参数优化。

图3-5参数一定值扰动

3.4.3参数二

内回路比例带0.05，积分时间5，微分时间0

外回路比例带0.6，积分时间6，微分时间0

这组的参数就明显优于原始参数与参数一的控制效果，所以就参用这组参数

继续进行了内扰与外扰实验，控制品质如下：

超调量Mp=26%上升时间Tr=90s稳态时间Ts=300s

图3-6参数二扰动试验

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从仿真结果来看，虽然在定值扰动出现了超调，但是超调量为26%在允许的

范围内，上升时间和稳态时间都远低于之前参数控制效果，然后我们加入内扰和

外扰后，系统能快速消除内扰并重新达到稳定状态，控制效果较为理想。

3总结

通过本次实验，我对超临界锅炉的给水控制系统有了更加深入的了解。本系

统是一个典型的串级控制系统，内环调节给水流量，外环调节分离器出口温度。

采用串级控制，能够迅速克服进入副回路的二次扰动，有效改善过程的动态特性，

提高系统的工作频率与系统控制质量，使系统对负荷变化的适应性加强，调节更

加快速稳定。