单元机组协调控制系统设计摘要在单元制机组的不断发展，协调控制系统作为单元制机组的控制核心，已然成为电厂自动化系统中最为关键的组成单元。
随着机组类型的不同，各个机组的参数也越来越高，容量也在逐渐增进，机组的动态特征和控制难度也随机组型号的不同而改动，因此不同机组的协调控制系统也是不同的。
所以在设计协调控制系统时，应该综合考虑所研究机组的动态特征和生产流程，针对不同类型机组的进行相应的方略。
在火电厂现场中，单元机组协调控制系统是一个具有强耦合、大时滞、大迟延、非线性等特征的一个多变量系统。
所以，这些复杂的动态特征，使得创建单元机组的非线性动态模型成为一个难点，而且使协调控制及其参数整定变得复杂起来，往往使调节品质下降，不能得到令人中意的控制品质。
本文首先阐述了单元机组协调控制系统的结构和功能，并对机组的动态特征和负荷指令管理系统进行了描述。
然后以一个300MW机组为研究对象，由分析得出该机组的模型结构，再对辨识出的协调系统的对象进行静态解耦控制，用工程正定法对解耦控制器参数进行整定，并用Matlab软件做了系统仿真。
仿真结果表明，解耦后的协调控制系统可以达到令人满意的控制品质和效果。
关键词：协调控制；解耦控制；Matlab仿真；PID整定；300MW机组Design of Coordinated Control Systemfor UnitAbstractIn the continuous development of unit system, coordinated control system as a unit system control core, has become the power plant automation system, the most critical component. With the different types of units, the parameters of each unit are getting higher and higher, the capacity is gradually increasing, the dynamic characteristics of the unit and the difficulty of control are also different types of change, so different units of the coordinated control system is different. Therefore, in the design of coordinated control system, should consider the selected units of the dynamic characteristics and process, for different types of units for the corresponding design. In the field of thermal power plant, the unit control system is a multivariable system with strong coupling, time variability, large delay and non-linearity. Therefore, these complex dynamic characteristics make the nonlinear dynamic model of the unit unit become a difficult point, and make the coordination control and its parameter setting become complicated, and the adjustment quality is often reduced, and the satisfactory control effect can not be obtained.In this paper, the structure and function of the unit control system are described, and the dynamic characteristics and load command management system of the unit are described. Then, a 300MW unit is taken as the object of study, and the model structure of the unit is obtained. The decoupling control of the identified coordinate system is carried out. The parameters of the decoupling controller are set by engineering positive definite method. Software to do the system simulation. The simulation results show that the coordinated control system can achieve satisfactory control quality and effect.Keywords:Coordination control system；Decoupling control；Matlab simulation；PID tuning ;300MW unit目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (4)1.1 研究背景 (4)1.1.1 单元机组的现状和发展 (4)1.1.2 协调控制系统及其任务 (5)1.1.3协调控制系统的优化 (5)1.2 课题的内容 (6)1.3 本章小结 (7)第二章协调控制系统分析和研究 (8)2.1 单元机组协调控制系统 (8)2.1.1 协调控制系统的组成 (8)2.1.2负荷指令处理回路（LDC）及其主要功能 (9)2.1.3机炉主控制器 (9)2.2单元机组的控制方式 (9)2.2.1锅炉追踪方式 (9)2.2.2汽机追踪方式 (10)2.2.3机炉协调方式 (11)2.3单元制机组负荷控制的特点 (12)2.4协调控制系统的动态特性 (13)2.4本章小结 (15)第三章单元机组协调控制系统数学模型的创建及解耦 (16)3.1 数学模型的建立 (16)3.2 多变量控制系统解耦 (16)3.2.1 前馈设计补偿器 (17)3.2.2 反馈设计补偿器 (18)3.2.3 对角矩阵解耦法 (18)3.2.4 单位矩阵解耦法 (19)3.3 协调系统仿真 (20)3.3.1被控对象的动态特征仿真试验 (20)3.3.2 控制器参数优化仿真 (25)3.4本章小结 (27)第四章结论 (28)第1章绪论1.1 研究背景1.1.1 单元机组的现状和发展从上个世纪90年代起，我国电力行业的研究深入度过了一个漫长的阶段。
由于国家的经济和整体实力的迅猛成长和壮大，电力产业也跟着壮大了起来。
火力发电厂是我国乃至在世界上都算核心的能源工业之一，在我国电力工业中更是盘踞了主要地位。
我国近期将以200MW和300MW的机组为骨干机组，并逐步发展为600MW的机组。
大型火电机组在世界上进步的势头十分快，因为它的生产量多、投资的花费少、自动控制的程度也高。
大型火力发电机组是经典的过程控制对象，它是由锅炉、汽轮发电机组和辅助设备组成的庞大又复杂的设备群。
由于其设备浩繁，管道纵横交错，生产流程复杂，甚至有上千万参数需要辨识、操纵和控制。
所以，维持一个机组能够合理运转，还要要求它的经济效益必须高并且产能品质高，那么，将计算机和电厂的运行绑在一起发展，目前，大型机组对于自动控制这一块儿特别看重。
一方面，是发电机组愈来愈多，还因为需求量的突飞猛进，导致机组的容量愈来愈大。
另一方面，由于汽轮机和锅炉这两个被控对象的物理属性以及生产流程和动态特征区别很大。
大型单元机组是一个锅炉和一个汽轮机的相对独立的单元，因为也带来它自己的特殊性；首先，锅炉和汽轮机作为蒸汽的供需两方，需要保持一定的均衡，否则就破坏了正常的运转[20]。
因此，想要处理既能维持主汽压的在一定范围内的波动值很小，又能提高机组跟踪外界的变化的能力，这两个问题中相互存在的矛盾，所以，常见的机跟炉或者炉跟机跟随方式是走不通的。
所以，在设计自动控制使，应把机炉作为一个全部统筹考虑，这就是所谓“协调控制”。
而且大型单元机组在运转时需要辨识和调节的参数很多，所以要使这个机组正常运转，对自动化程度的要求相当高。
简而言之，协调系统作为发电厂在最复杂和最中心的控制系统，就像大脑作为人体的最关键的部位一样，它的主要目标是单位效率的自动控制，有必要确保障单位输出功率快速满足外部负载要求，就像大脑提供指令让手足协调，还要尽快提供单位能量，以单位输出负荷适应，保持出口主蒸压的稳定，犹如身体整个的平衡。
如果必须使协调系统达到更好的控制要求，就像人体维持一个循环的状态，肢体，器官，大脑都得发挥做用，所以锅炉、汽机、辅机的安全运转状况和控制系统的卓越性都是必须的，还要适应在各种各样的条件和环境下，都必须能够安全可靠的一个运行的协调系统。
1.1.2 协调控制系统及其任务单元机组的协调控制系统（Coordinated Control Syestem ，CCS ）就是根据单元机组负荷控制的特点，为了处理负荷控制中的内外两个能量供求平衡关系而提出来的控制系统，也就是单元机组负荷控制系统。
在单元机组运转方式中，它是把锅炉和汽轮机作为一个全部进行控制，既要共同快速满足外界发电负荷的要求，同时又要保证机组安全经济的运转（主要反映在主蒸汽压力上）。
所以机组的输出功率E P 和主蒸汽压力T p 是单元机组负荷控制的两个主要参数。
分析被控对象的动态特征可知，锅炉惯性大、响应慢；而汽轮机响应快，如果只靠锅炉侧的控制必然不能获得迅速的负荷响应。
而汽轮机调节阀门开度的举动，可使机组释放（或储蓄）锅炉的部分蓄能，使输出功率有较快的响应。
因此为了升高机组的响应性能并且在保证安全运转的条件下，充分利用锅炉的蓄热能力，也就是在负荷变动时，通过汽轮机调门的适当举动，允许压力有一定的波动，既释放或利用了蓄能，又加速了机组初期负荷的响应速度；与此同时，根据外部负荷指令请求，加强对锅炉侧燃烧率的控制，及时复原蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致，就是协调控制的基本原则。