2 РАСЧЕТ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ АСР МОЩНОСТИ ЭНЕРГОБЛОКА
На основании разработок, представленных в гл. 3, приведем основные результаты оптимизации структуры и параметров настройки АСР мощности энергоблоков для предусмотренных режимов работы.
Оптимизация структуры и параметров настройки АСР мощности в режиме «после себя».
Анализ возмущений в данном режиме работы энергоблоков с барабанными котлами показал, что существенное влияние оказывают внутренние возмущения, обусловленные переключением горелок. Объясняется это своеобразием наиболее распространенной структурной схемы АСР процесса совместного сжигания газа и мазута. При построении структурной схемы системы процесса горения рассматриваются два требования: возможность совместного сжигания газа и мазута при любом соотношении этих топлив, а также равенство тепловых нагрузок работающих горелок. Последнее требование может быть выполнено двумя способами: индивидуальным регулированием каждой горелки или поддержанием одинакового давления топлива перед ними.
Первый способ неприемлем из-за большого количества горелок (на котле типа ТГМ-94 их насчитывается 28 шт.), поэтому на котле устанавливают регуляторы давления газа и мазута, которые поддерживают давление газа и мазута в общих трубопроводах перед горелками в соответствии с заданием регулятора давления пара (регулятора котла РК). Регулирование расхода воздуха осуществляют по давлению воздуха перед горелками. Недостатком такой схемы регулирования процесса горения является появление внутренних возмущений по топливу при отключении и включении горелок. Переключение горелок наблюдается часто (при изменении нагрузки энергоблока, шлаковании мазутных форсунок, переходе с одного вида топлива на другой, подгорании газовых горелок, устранении температурных перекосов на малых нагрузках и т. д.). Изменение расхода топлива при переключении горелок происходит практически скачком.
Для решения задачи построения оптимального РК необходимо выбрать критерий оптимальности. Система регулирования должна обеспечивать минимально возможные потери на энергоблоке, которые складываются из потерь, связанных с колебаниями параметров пара перед турбиной, и потерь топочного процесса. Минимуму потерь, связанных с регулированием давления пара, соответствует минимальное значение критерия (13). Искомая передаточная функция оптимального РК в режиме «после себя» определяется по выражению [138]
(81)
где 
Передаточная функция (S1) представляет собой передаточную функцию ПИД-регулятора с коэффициентом усиления ftpю, временем предворения Тп]0 и временем изодрома Гию. Соотношения между оптимальными параметрами настройки имеют вид
Из выражений (82) — (84) следует, что коэффициент усиления обратно пропорционален весовой константе, время предворения регулятора
и время изодрома
Выражение (81) передаточной функции оптимального регулятора является известным при выбранном значении
константы δк критерия (13). Принимая соответствующие значения константы δк, получаем необходимые показатели качества оптимального переходного процесса (например, степени затухания ѱ и др.). Определить простые математические зависимости показателей качества регулирования от величины константы δκ затруднительно, поэтому возникает необходимость в построении соответствующих графиков, которые рассчитываются на вычислительных машинах.
Расчет параметров оптимальною РК по выражению (81) произведен на ЭВМ «Минск-2». Результаты расчетов для нагрузки 80 и 150 МВт (кривые 1 и 2) представлены на рис. 22 и 23 (δ — δк). Программа предусматривает также возможность расчета оптимального РК исходя из заданных значений максимального отклонения давления пара, приходящегося на единицу возмущения,
и перерегулирования по расходу топлива σ. При этом значение константы δκ (согласно которой производится расчет параметров оптимального РК) находим из выражений:
где δд, δт — значения весовых констант, соответствующие заданным максимальному отклонению давления пара,приходящемуся на единицу возмущения по топливу, и перерегулированию по расходу топлива; Ад, Ат. Вд, Вт — весовые коэффициенты, определяющие ущерб отклонения расчетных значений от заданных показателей качества оптимального переходного процесса (Ад + Ат = 1, Вд + В г = 1).
Рис. 23
Параметры настройки оптимального РК зависят от динамических характеристик котла, которые являются функциями нагрузки энергоблока. Представляет интерес исследование влияния изменения нагрузки энергоблока на оптимальную настройку регулятора, которое было проведено па моделирующей установке типа МНБ. Оптимальные параметры настройки регулятора, рассчитанные при конкретных значениях константы δк для одной нагрузки энергоблока, использовались для других его нагрузок (табл. 5).
В таблице приведены оптимальные параметры настройки ПИД-регулятора при δκ, равном 92,16 и 28,62 (кгс/см2)2/(%/с)2, полученные по выражению (81)
для нагрузок 80 п 150 МВт. При этом для оптимальной настройки, соответствующей нагрузке 80 МВт, приводятся основные показатели качества переходного процесса в случае нагрузки 150 МВт и наоборот. В результате установлено, что оптимальные параметры настройки регулятора, рассчитанные для минимальной нагрузки, дают хорошие показатели качества регулирования и на других нагрузках.
Для подтверждения правильности теоретических положений и сделанных допущений проведена опытно-промышленная проверка настройки РК по критерию (13). Проверен ряд оптимальных настроек по ПИД-схеме для минимальной и максимальной нагрузок энергоблока. Результаты динамических испытаний совпадают с результатами расчетов с точностью ±15%.
Автором проведена оптимизация структуры и параметров настройки АСР давления пара барабанного котла исходя из внутренних и внешних возмущений. При малых внешних возмущениях (перемещениях регулирующих клапанов) вид оптимальной передаточной функции регулятора котла, обеспечивающей минимальное значение критерия (13), практически не зависит от выбора вида, основного возмущения.
Коэффициенты передаточной функции (параметры настройки) определяются соответствующими величинами, характеризующими динамические свойства рассматриваемых каналов. При больших внешних возмущениях, связанных с регулированием мощности энергоблока, расположение точки приложения возмущения влияет на оптимальную передаточную функцию регулятора котла (вид и коэффициенты). В этом случае для более точного нахождения структуры и параметров настройки АСР давления пара необходимо учитывать вместе с точками приложений возмущений их величины и знаки, а также интервалы между возмущениями и нагрузку энергоблока. Функциональная схема системы регулирования давления пара, позволяющая учитывать указанные факторы, кроме интервалов между возмущениями (учет интервалов между возмущениями несколько усложняет схему), приведена в работе [271]. Изменение структуры и параметров настройки регулятора в зависимости от характера возмущающих воздействий, т. е. от подачи топлива в котел, изменения расхода пара на турбину, нагрузки энергоблока, а также от всевозможных комбинаций указанных возмущений, производится логическим устройством, которое представляет собой диодный дешифратор, работающий на принципе схем совпадения. На вход дешифратора подаются преобразованные в двоичный код сигналы, а выход представляет собой контактные или бесконтактные устройства, позволяющие изменять структуру и параметры настройки регулятора. Структура и параметры настройки регулятора давления пара для каждого конкретного возмущающего воздействия могут быть получены известными методами.
Оптимизация структуры и параметров настройки АСР мощности в режиме «до себя».
При работе АСР мощности энергоблока в режиме «до себя» в ряде случаев имеем Δρтф(0) = 0, Δртф(0)=0. Рассматривая при таких начальных условиях интегральную оценку (89), можно показать, что для уменьшения I0 необходимо уменьшить значения коэффициентов а0 и b0 и увеличить значения коэффициентов а1 и b1.
Таким образом, для обеспечения в системе регулирования при соответствующих начальных условиях монотонного переходного процесса следует использовать П-регулятор, монотонного и апериодического — ПИ-регулятор, колебательного — П-регулятор (реальный). Параметры настройки регуляторов могут быть определены исходя из минимального значения интегральных оценок (86) и (89).
Оптимизация структуры и параметров настройки АСР мощности в режиме "совместно".
Проведение в общем виде аналитического расчета оптимальных структуры и параметров настройки АСР мощности вызывает существенные затруднения, связанные с решением в общем случае нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка. Значительно сокращаются затраты труда при решении данной задачи, используя вычислительные машины, которые позволяют получить результат в численном виде и исследовать большое количество вариантов решения [272]. В отдельных случаях простота алгоритма решения задачи и необходимость исследования всей области пространства параметров настройки определяют метод перебора как наиболее приемлемый по сравнению с другими математическими методами целенаправленного поиска [273]. Также показано (274], что поиск, основанный на равномерном разбиении интервала изменения параметра, лучше поиска в случайных точках рассматриваемого интервала. В связи с этим для расчетов, приведенных ниже, был принят метод перебора.
Для построения АСР мощности энергоблока необходимо выбрать законы регулирования регуляторов котла Wp1(s) и турбины WP2(s), получить значения параметров настройки этих регуляторов, а также коэффициентов связи k2-k7-8. Исходя из требований, предъявляемых эксплуатацией к рассматриваемой системе регулирования, построенные на рис. 7 для всех режимов работы области допустимых отклонений фактической мощности, давления пара перед турбиной и расхода топлива на котел примем в качестве оценок устойчивости и качестве переходных процессов в АСР мощности энергоблока.
На основании систем уравнений (10) и (36), описывающих работу АСР мощности, и сформулированных требований к устойчивости и качеству переходных процессов, представленных в виде областей допустимых отклонений регулируемых величин (ем. рис. 7), разработана программа расчета структур и параметров настройки регуляторов для рассматриваемого вида многоконтурных систем регулирования с помощью ЭВМ «Минск-22М». Блок-схема расчета показана на рис. 24. В общем случае выбор структур и диапазонов изменений параметров настройки соответствующих регуляторов в режимах «после себя» и «до себя» может быть произведен исходя из результатов, приведенных в параграфе 3 гл. 3 (по необходимому запасу устойчивости) или параграфе 4 гл. 3 (по требуемым показателям качества переходного процесса); в режиме «совместно» с целью увеличения срока службы основного оборудования — по минимальному значению максимальной скорости изменения мощности, для удовлетворения требований энергосистемы — по максимальному значению максимальной скорости изменения мощности ΔΝфмакС|макс. Ниже приведены результаты расчетов для АСР мощности энергоблока котел типа ТГМ-94 — турбина типа К-160-130.
Для исходных данных, приведенных в параграфах 1 и 2 гл. 2, были проанализированы следующие законы регулирования.
