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【摘要】基于直接能量平衡（Direct Energy Balance，DEB）协调控制系统广泛的应用于不同类型和不同容量机组的机、炉协调控制领域，本文对汽包炉、发电负荷300MW级别机组的协调控制系统进行分析和研究，提出改进和优化策略，通过仿真表明优化策略的合理性和可行性，大大提高了协调控制系统的调节品质。
【关键词】DEB；协调；改进；优化；仿真
DEB coordinated control system based on the optimization and simulation
Yao Zheng
（Shenhua East Power Company shop tower power plant production preparation department Shenmu Shaanxi 719316）
【Abstract】Based on direct energy balance （Direct Energy Balance, DEB） coordination and control systems are widely used in different types and units of machine capacity, coordination and control furnace area, the paper drum furnaces, power generation capacity of 300MW unit coordinated control system level analysis and study, suggest improvements and optimization strategies, through simulation optimization strategy that is reasonable and feasible, greatly improving the coordination of the regulation of quality control system.
【Key words】DEB;Coordination;Improvement;Optimization;Simulation
1. 前言
机炉协调控制是单元机组的核心控制部分，协调控制方案优劣及其调节品质直接影响机组的安全、稳定和经济运行。基于DEB方式为基础的协调控制系统是目前火电机组普遍采用的控制效果较为理想的炉跟机协调控制方案，而常规的机跟炉协调系统则是其互补的协调控制方式，这两种协调控制方式各有其优、缺点，以下将对基于DEB方式为基础的协调控制系统进行优化研究，并提出优化策略中有关参数的具体整定方法。
2. 基于DEB的机组协调控制系统
目前国内300MW级别的汽包锅炉单元机组协调控制系统普遍采用基于DEB方式为基础的协调控制系统，炉跟机协调控制方案中以汽轮机能量需求信号（*PT0 ）作为炉跟机协调方式的机、炉协调的基本信号，直接对锅炉输入能量进行控制，机、炉并行动作共同适应负荷需求变化，实现了机组的协调控制。控制方式上，炉主控负责维持机前压力，机主控控制机组负荷，机组负荷反应快、负荷控制精度高，但机前压力波动较大，其中：
式（1）、（2）中：P1 为调节级压力；PT 为主蒸汽压力测量值； PT 0为主蒸汽压力设定值； Pd 为汽包压力；K1为动态过程燃烧变化增益； Cb为锅炉蓄热系数。
机跟炉协调控制方案作为基于DEB的炉跟机协调控制方案的运行控制方式的补充，采用常规的机跟炉协调控制方式， 机主控维持机前压力，炉主控控制机组负荷，由于采用反应快速的汽机调门控制机前压力，机前压力波动比较小，但负荷的响应特性较差。
3. 协调控制系统改进
基于DEB的机组协调控制系统投入状况是：投入炉跟机协调，负荷响应快，但负荷波动稍大，随之机前压力波动大；投入机跟炉协调，机前压力持续在较小值范围内波动，负荷响应特性较差，负荷控制精度也较低。
3.1 炉跟机协调控制方案的改进。炉跟机协调是典型的基于直接能量平衡（DEB）思想的控制方案。热量指令由（ ）* PT0与 K1（ ）* PT0 * d （（ ）* PT0）/ dt组成，前者为能量平衡信号代表汽机预期的输入功率，后者代表由于汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。热量信号作为锅炉主控调节器的被调量反映的是单位时间内燃料燃烧传给锅炉的热量。
分析作为锅炉主控调节器的被调量的热量信号， P1表征锅炉汽包和过热器输出热量（功率）的能力，C （d ）表征锅炉汽包蓄热输出热量的能力，综合表征单位时间内锅炉输出热量（功率）的能力，作为锅炉主控调节器的被调量如果能反映汽机功率的预期变化对锅炉输出热量能力的影响，则锅炉侧能在同时刻做出蒸汽流量的调整来预期跟随汽机功率的变化，这样蒸汽流量和汽机功率就能在较短的时间内预期对应，则主汽压力在一定负荷的变化中能保持稳定趋势，这就弥补了原炉跟机协调控制方案的机前压力波动较大的不足。综合考虑把代表汽机预期的输入功率的能量平衡信号（ ）* PT0也作为锅炉主控调节器的被调量一部分，表示如下：
式（3）中 PV表示锅炉热量的测量值。
3.2 机跟炉协调控制方案的改进。机跟炉协调控制方式，机主控维持机前压力，炉主控控制机组负荷，同基于直接能量平衡（DEB）思想的炉跟机协调控制方式比较，由于机主控通过反应快速的汽机调门控制机前压力，机前压力波动比较小，炉主控只是基于常规的控制方式，给定功率为指令，被调量为测量功率，使功率的调节过程不可避免的由于锅炉的热惯性大导致较大迟延，由于不能利用锅炉的蓄热，负荷响应性能恶化，同时不能克服由于燃料扰动引起的实发功率的波动。
考虑到利用锅炉的蓄热和克服由于燃料扰动引起实发功率波动，在炉主控增加形式如 K3（MWSP - MW）- K4（d ）前馈，静态时 MWSP等于MW ，Pd 为定值，以上前馈值为零。增负荷时，炉主控在K3 （MWSP -MW）正向增大的前馈作用下加快正向调节速度，迅速增加燃料量，提高了负荷的正向反应速度。减负荷时，炉主控在 K3（ MWSP -MW）负向增大的前馈作用下，迅速减少燃料量，从而提高了负荷的负向反应速度。前馈项- K4（d ）在增负荷时作用为负，在减负荷时作用为正，正好与 - K3（MWSP -MW）作用相反，为了消除在增、减负荷时- K4（d ）的反向作用，设置（MWSP -MW）的绝对值小于5MW 时，前馈项-K4 （d ）才作用，前馈项- K4（d ）的作用一定程度上消除了炉主控在前馈项 K3（MWSP -MW）和炉主控比例、积分作用下负荷控制的过调，从而提高了负荷控制精度。稳态时即（MWSP -MW）的绝对值小于5MW ，由于燃料和燃烧扰动导致Pd 变化，炉主控前馈分项- K5（d ）的作用和Pd变化趋势相反，很好的克服了锅炉侧内扰引起的功率扰动。
4. 参数的确定与优化
4.1 和 整定和优化。热量信号中的 Cb（Kg/MPa）为锅炉蓄热系数，表示当锅炉汽包压力每改变1MPa时锅炉所释放出的蒸汽量，一般的求取方式是作汽机调门正、反方向阶跃扰动，热量信号的代数和应该保持不变，依据以下式求得：
Cb （4）
式（4）本文中不作详细解释，从一些资料和组态中了解到300MW左右机组的汽包锅炉（蒸发量1050t/h）锅炉蓄热时间常数一般设为90s～100s。
式（5）可认为（1）的简化形式，比较式（2）和式（5），两式的数学结构形式基本相同，如果两式微分时间相同，（2）和式（5）如能渐趋相同，则可认为 Cb与 K1* P1基本相同或者 Cb/（K1 * P1）和（P1 / Pd）的比值相同。式 K1（ ）*PT0 * d（（）*PT0 ）/ dt的参数含义表示由于汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热，其简化形式的系数K1* P1 也应该和Cb 大致相同，如相差过大，则表示汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热和锅炉在单位时间内蓄热能力不相适应，那么调节过程将会产生震荡。
随着汽包压力的增加，锅炉蓄热能力也随之增大，可以认为锅炉蓄热系数也是渐趋增大，从（7）可得出在 Cb和P1 都增大基础上， K2能保持不变。从调节原理分析，调节过程应该有一定的过调，即动态的表示汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热要稍大于锅炉在单位时间内蓄热能力，这样调节的响应特性才能比较好，调节过程才能比较快，因此从式（5）和式（6）可得出，在系数的设置上， K1应该大于K2 ，在工程实践中， K1取1.3* K2到1.5* K2是比较合适的。
4.2 K3 、K4 整定和优化。前馈控制系统是一种按照扰动进行补偿的开环系统，它的优点是控制速度快、控制精度高，有很强的稳定性和自平衡性。对于机跟炉协调控制方案中的（MWSP -MW）的K3系数 设置事实上就是对负荷设定和实测负荷之差这种扰动进行的补偿。
系数 K3确定的意义是负荷扰动变化量对应的煤量，以某机组为例计算，某机组设计负荷330MW ，设计煤量180t/h，正常工况4台磨运行，取负荷变化率3%/MIN，则K3 0.109，取正常运行工况最大负荷变化率5%/MIN，计算 K3（MWSP -MW）绝对值的最大变化率为1.6/MIN，设置为1.8/MIN，根据现场实际煤种以及磨运行台数，取 K3 0.1。
系数K4 确定的意义是汽包压力扰动变化量对应的煤量，而汽包压力变化对应的煤量无法确定，根据锅炉极热态启动曲线，汽包压力变化量约为0.6MPa/MIN（汽包压力变化范围为10MPa至18MPa，时间变化范围15MIN），对应负荷变化量为约10MW /MIN（负荷变化范围为165 MW至330MW ，时间变化范围15MIN），按负荷变化量对应煤量变化量的定量补偿，以某机组为例计算，设计负荷330MW ，设计煤量180t/h，正常工况4台磨运行，取汽包压力波动变化量在0.6MPa/MIN工况下负荷变化量为10MW /MIN，取微分常数35S，组态微分形式为（） ，则K4 132，根据现场实际煤种以及磨运行台数，取K4 135。
5. 仿真模型和仿真分析
5.1 仿真模型。以下仿真系统为炉跟机DEB协调控制方案的仿真，机跟炉协调控制方案的优化重点在于前馈控制，前馈项K3 （MWSP -MW）将加快机跟炉协调调节速率，前馈项- K4（d ）将消除调节过调，控制调节负荷精度，两个前馈项作用是明确的，主要在是系数的整定上，前面给出了整定方法，所以机跟炉协调控制方案的优化不做仿真。
仿真系统由控制对象和协调控制系统两部分组成，控制对象模型模拟锅炉、汽机的热力动态过程，协调控制系统模拟控制系统的调节过程。
控制对象模型主要包括燃料动态模型、汽机阀门特性及锅炉核心模型三部分。燃料动态模型由三部分组成：燃料系统惯性时间常数；燃料系统纯迟延时间；水冷壁惯性时间常数。汽机阀门特性可按照一阶惯性进行模拟。锅炉核心模型有热量释放信号和汽机调节阀阀位两个输入量，经过锅炉核心模型计算后输出相应的汽包压力、主蒸汽压力和实发功率信号。
仿真模型建立在Simulink平台上，图1为锅炉核心模型组态图。
图2为DEB协调控制系统组态图，锅炉侧根据能量需求调节进入锅炉燃料量，汽机侧根据负荷调节阀位开度。
5.2 仿真结果分析。仿真系统采用的机组的额定参数为：主蒸汽压力17.5MPa，汽包压力18.9 MPa，主蒸汽流量1050 t/h，负荷330MW 。DEB能量平衡中的锅炉蓄热系数设置参数为95秒，锅炉主控PID调节器参数在仿真系统中实际设置参数比例增益为1.46，积分增益为0.06，汽机主控PID调节器参数在仿真系统中实际设置参数比例增益为为0.78，积分增益为0.26，负荷速度限制参数为设置负荷升降的速率限制，仿真系统中实际设置参数分别为0.3和-0.3。汽机调节阀速率限制在仿真系统中实际设置参数分别为0.0035和-0.0035。
图3为热量指令为（1）式、热量信号为（2）式的DEB协调控制系统的主蒸汽压力、汽包压力和实发功率的响应曲线，图4为热量指令为（1）式、热量信号优化为（3）式的 K1和K2 相同的DEB协调控制系统的响应曲线，图5为热量指令为（1）式、热量信号为（3）式优化K1 和 K2关系的DEB协调控制系统的响应曲线。系统仿真是分别进行负荷阶跃扰动，总仿真时间为5000秒，在仿真时间200秒处加由320 MW到200 MW的降负荷阶跃扰动。
比较图3和图4降负荷响应曲线，可以得出优化热量信号的DEB协调控制系统降负荷响应速率略慢于未优化热量信号的DEB协调系统，同时负荷超调较小，比较式（3）、式（2）在汽包压力变化之后，（）为相对增大值，在式（1）值相同的状况下，式（3）值比式（2）大，也就是在汽包压力变化之后，优化热量信号的锅炉主控PID调节器的指令和测量值之差较小，减缓了调节速率，因此图4可以看出优化热量信号的DEB协调控制系统主蒸汽压力和汽包压力超调都较小，上升趋势比较平稳，稳定后波动很小。
比较图4和图5降负荷响应曲线，可以得出优化 和 关系的DEB协调控制系统升负荷响应速率快于未优化K1 和K2 关系的DEB协调系统，优化后 K1是原系数的1.35倍，相当于加强热量指令，同时利用锅炉蓄热负荷响应相对快，在汽包压力变化增大之后，由于调节开始阶段进入炉膛燃料相对多，此时热量信号微分项随汽包压力变化增大而增加，锅炉主控PID调节器的指令和测量值之差渐减小，减缓了调节速率，图5中的负荷、主蒸汽压力和汽包压力相对于图4在调节过程中前阶段响应速率较快，调节过程中后阶段响应速率稍慢，超调较小，稳定后波动都很小，K1 优化后使DEB协调控制系统在调节的负荷变化率和主蒸汽压力稳定性上得到较好的统一。
6. 结束语
机炉协调控制方案作为整个单元机组燃煤、汽水、负荷协调控制的上层控制策略，其核心思想是协调锅炉和汽轮机间的能量平衡，基于DEB方式为基础的协调控制系统在单元机组协调控制方面是一种非常有效的能量平衡的协调控制方案。本文通过对DEB方式为基础的协调控制系统的分析，提出改进和优化方案，分析了有关参数的整定方法，在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真，获得了对炉跟机DEB协调系统进一步认识，对协调控制系统的有关参数整定有一定的指导意义。
参考文献
［1］ 罗德柱，马宪民，卢文科 600MW机组协调控制系统分析［J］ 热力发电 2006.10.
［2］ 李遵基 热工自动控制系统［M］ 中国电力出版社 1997.
［3］ 张建生，曾德良，赵征，刘吉臻 协调控制系统能量指令及参数整定［J］ 华北电力大学学报 2002.12.
［4］ 赵志丹，陈志刚，王晓勇等 直接能量平衡在协调控制中的应用及优化［J］ 热力发电 2008.4.
［文章编号］1006-7619（2011）08-17-823
［作者简介］ 姚正，职称：工程师，工作单位：神华神东电力公司生产准备部。
【关键词】DEB；协调；改进；优化；仿真
DEB coordinated control system based on the optimization and simulation
Yao Zheng
（Shenhua East Power Company shop tower power plant production preparation department Shenmu Shaanxi 719316）
【Abstract】Based on direct energy balance （Direct Energy Balance, DEB） coordination and control systems are widely used in different types and units of machine capacity, coordination and control furnace area, the paper drum furnaces, power generation capacity of 300MW unit coordinated control system level analysis and study, suggest improvements and optimization strategies, through simulation optimization strategy that is reasonable and feasible, greatly improving the coordination of the regulation of quality control system.
【Key words】DEB;Coordination;Improvement;Optimization;Simulation
1. 前言
机炉协调控制是单元机组的核心控制部分，协调控制方案优劣及其调节品质直接影响机组的安全、稳定和经济运行。基于DEB方式为基础的协调控制系统是目前火电机组普遍采用的控制效果较为理想的炉跟机协调控制方案，而常规的机跟炉协调系统则是其互补的协调控制方式，这两种协调控制方式各有其优、缺点，以下将对基于DEB方式为基础的协调控制系统进行优化研究，并提出优化策略中有关参数的具体整定方法。
2. 基于DEB的机组协调控制系统
目前国内300MW级别的汽包锅炉单元机组协调控制系统普遍采用基于DEB方式为基础的协调控制系统，炉跟机协调控制方案中以汽轮机能量需求信号（*PT0 ）作为炉跟机协调方式的机、炉协调的基本信号，直接对锅炉输入能量进行控制，机、炉并行动作共同适应负荷需求变化，实现了机组的协调控制。控制方式上，炉主控负责维持机前压力，机主控控制机组负荷，机组负荷反应快、负荷控制精度高，但机前压力波动较大，其中：
式（1）、（2）中：P1 为调节级压力；PT 为主蒸汽压力测量值； PT 0为主蒸汽压力设定值； Pd 为汽包压力；K1为动态过程燃烧变化增益； Cb为锅炉蓄热系数。
机跟炉协调控制方案作为基于DEB的炉跟机协调控制方案的运行控制方式的补充，采用常规的机跟炉协调控制方式， 机主控维持机前压力，炉主控控制机组负荷，由于采用反应快速的汽机调门控制机前压力，机前压力波动比较小，但负荷的响应特性较差。
3. 协调控制系统改进
基于DEB的机组协调控制系统投入状况是：投入炉跟机协调，负荷响应快，但负荷波动稍大，随之机前压力波动大；投入机跟炉协调，机前压力持续在较小值范围内波动，负荷响应特性较差，负荷控制精度也较低。
3.1 炉跟机协调控制方案的改进。炉跟机协调是典型的基于直接能量平衡（DEB）思想的控制方案。热量指令由（ ）* PT0与 K1（ ）* PT0 * d （（ ）* PT0）/ dt组成，前者为能量平衡信号代表汽机预期的输入功率，后者代表由于汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。热量信号作为锅炉主控调节器的被调量反映的是单位时间内燃料燃烧传给锅炉的热量。
分析作为锅炉主控调节器的被调量的热量信号， P1表征锅炉汽包和过热器输出热量（功率）的能力，C （d ）表征锅炉汽包蓄热输出热量的能力，综合表征单位时间内锅炉输出热量（功率）的能力，作为锅炉主控调节器的被调量如果能反映汽机功率的预期变化对锅炉输出热量能力的影响，则锅炉侧能在同时刻做出蒸汽流量的调整来预期跟随汽机功率的变化，这样蒸汽流量和汽机功率就能在较短的时间内预期对应，则主汽压力在一定负荷的变化中能保持稳定趋势，这就弥补了原炉跟机协调控制方案的机前压力波动较大的不足。综合考虑把代表汽机预期的输入功率的能量平衡信号（ ）* PT0也作为锅炉主控调节器的被调量一部分，表示如下：
式（3）中 PV表示锅炉热量的测量值。
3.2 机跟炉协调控制方案的改进。机跟炉协调控制方式，机主控维持机前压力，炉主控控制机组负荷，同基于直接能量平衡（DEB）思想的炉跟机协调控制方式比较，由于机主控通过反应快速的汽机调门控制机前压力，机前压力波动比较小，炉主控只是基于常规的控制方式，给定功率为指令，被调量为测量功率，使功率的调节过程不可避免的由于锅炉的热惯性大导致较大迟延，由于不能利用锅炉的蓄热，负荷响应性能恶化，同时不能克服由于燃料扰动引起的实发功率的波动。
考虑到利用锅炉的蓄热和克服由于燃料扰动引起实发功率波动，在炉主控增加形式如 K3（MWSP - MW）- K4（d ）前馈，静态时 MWSP等于MW ，Pd 为定值，以上前馈值为零。增负荷时，炉主控在K3 （MWSP -MW）正向增大的前馈作用下加快正向调节速度，迅速增加燃料量，提高了负荷的正向反应速度。减负荷时，炉主控在 K3（ MWSP -MW）负向增大的前馈作用下，迅速减少燃料量，从而提高了负荷的负向反应速度。前馈项- K4（d ）在增负荷时作用为负，在减负荷时作用为正，正好与 - K3（MWSP -MW）作用相反，为了消除在增、减负荷时- K4（d ）的反向作用，设置（MWSP -MW）的绝对值小于5MW 时，前馈项-K4 （d ）才作用，前馈项- K4（d ）的作用一定程度上消除了炉主控在前馈项 K3（MWSP -MW）和炉主控比例、积分作用下负荷控制的过调，从而提高了负荷控制精度。稳态时即（MWSP -MW）的绝对值小于5MW ，由于燃料和燃烧扰动导致Pd 变化，炉主控前馈分项- K5（d ）的作用和Pd变化趋势相反，很好的克服了锅炉侧内扰引起的功率扰动。
4. 参数的确定与优化
4.1 和 整定和优化。热量信号中的 Cb（Kg/MPa）为锅炉蓄热系数，表示当锅炉汽包压力每改变1MPa时锅炉所释放出的蒸汽量，一般的求取方式是作汽机调门正、反方向阶跃扰动，热量信号的代数和应该保持不变，依据以下式求得：
Cb （4）
式（4）本文中不作详细解释，从一些资料和组态中了解到300MW左右机组的汽包锅炉（蒸发量1050t/h）锅炉蓄热时间常数一般设为90s～100s。
式（5）可认为（1）的简化形式，比较式（2）和式（5），两式的数学结构形式基本相同，如果两式微分时间相同，（2）和式（5）如能渐趋相同，则可认为 Cb与 K1* P1基本相同或者 Cb/（K1 * P1）和（P1 / Pd）的比值相同。式 K1（ ）*PT0 * d（（）*PT0 ）/ dt的参数含义表示由于汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热，其简化形式的系数K1* P1 也应该和Cb 大致相同，如相差过大，则表示汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热和锅炉在单位时间内蓄热能力不相适应，那么调节过程将会产生震荡。
随着汽包压力的增加，锅炉蓄热能力也随之增大，可以认为锅炉蓄热系数也是渐趋增大，从（7）可得出在 Cb和P1 都增大基础上， K2能保持不变。从调节原理分析，调节过程应该有一定的过调，即动态的表示汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热要稍大于锅炉在单位时间内蓄热能力，这样调节的响应特性才能比较好，调节过程才能比较快，因此从式（5）和式（6）可得出，在系数的设置上， K1应该大于K2 ，在工程实践中， K1取1.3* K2到1.5* K2是比较合适的。
4.2 K3 、K4 整定和优化。前馈控制系统是一种按照扰动进行补偿的开环系统，它的优点是控制速度快、控制精度高，有很强的稳定性和自平衡性。对于机跟炉协调控制方案中的（MWSP -MW）的K3系数 设置事实上就是对负荷设定和实测负荷之差这种扰动进行的补偿。
系数 K3确定的意义是负荷扰动变化量对应的煤量，以某机组为例计算，某机组设计负荷330MW ，设计煤量180t/h，正常工况4台磨运行，取负荷变化率3%/MIN，则K3 0.109，取正常运行工况最大负荷变化率5%/MIN，计算 K3（MWSP -MW）绝对值的最大变化率为1.6/MIN，设置为1.8/MIN，根据现场实际煤种以及磨运行台数，取 K3 0.1。
系数K4 确定的意义是汽包压力扰动变化量对应的煤量，而汽包压力变化对应的煤量无法确定，根据锅炉极热态启动曲线，汽包压力变化量约为0.6MPa/MIN（汽包压力变化范围为10MPa至18MPa，时间变化范围15MIN），对应负荷变化量为约10MW /MIN（负荷变化范围为165 MW至330MW ，时间变化范围15MIN），按负荷变化量对应煤量变化量的定量补偿，以某机组为例计算，设计负荷330MW ，设计煤量180t/h，正常工况4台磨运行，取汽包压力波动变化量在0.6MPa/MIN工况下负荷变化量为10MW /MIN，取微分常数35S，组态微分形式为（） ，则K4 132，根据现场实际煤种以及磨运行台数，取K4 135。
5. 仿真模型和仿真分析
5.1 仿真模型。以下仿真系统为炉跟机DEB协调控制方案的仿真，机跟炉协调控制方案的优化重点在于前馈控制，前馈项K3 （MWSP -MW）将加快机跟炉协调调节速率，前馈项- K4（d ）将消除调节过调，控制调节负荷精度，两个前馈项作用是明确的，主要在是系数的整定上，前面给出了整定方法，所以机跟炉协调控制方案的优化不做仿真。
仿真系统由控制对象和协调控制系统两部分组成，控制对象模型模拟锅炉、汽机的热力动态过程，协调控制系统模拟控制系统的调节过程。
控制对象模型主要包括燃料动态模型、汽机阀门特性及锅炉核心模型三部分。燃料动态模型由三部分组成：燃料系统惯性时间常数；燃料系统纯迟延时间；水冷壁惯性时间常数。汽机阀门特性可按照一阶惯性进行模拟。锅炉核心模型有热量释放信号和汽机调节阀阀位两个输入量，经过锅炉核心模型计算后输出相应的汽包压力、主蒸汽压力和实发功率信号。
仿真模型建立在Simulink平台上，图1为锅炉核心模型组态图。
图2为DEB协调控制系统组态图，锅炉侧根据能量需求调节进入锅炉燃料量，汽机侧根据负荷调节阀位开度。
5.2 仿真结果分析。仿真系统采用的机组的额定参数为：主蒸汽压力17.5MPa，汽包压力18.9 MPa，主蒸汽流量1050 t/h，负荷330MW 。DEB能量平衡中的锅炉蓄热系数设置参数为95秒，锅炉主控PID调节器参数在仿真系统中实际设置参数比例增益为1.46，积分增益为0.06，汽机主控PID调节器参数在仿真系统中实际设置参数比例增益为为0.78，积分增益为0.26，负荷速度限制参数为设置负荷升降的速率限制，仿真系统中实际设置参数分别为0.3和-0.3。汽机调节阀速率限制在仿真系统中实际设置参数分别为0.0035和-0.0035。
图3为热量指令为（1）式、热量信号为（2）式的DEB协调控制系统的主蒸汽压力、汽包压力和实发功率的响应曲线，图4为热量指令为（1）式、热量信号优化为（3）式的 K1和K2 相同的DEB协调控制系统的响应曲线，图5为热量指令为（1）式、热量信号为（3）式优化K1 和 K2关系的DEB协调控制系统的响应曲线。系统仿真是分别进行负荷阶跃扰动，总仿真时间为5000秒，在仿真时间200秒处加由320 MW到200 MW的降负荷阶跃扰动。
比较图3和图4降负荷响应曲线，可以得出优化热量信号的DEB协调控制系统降负荷响应速率略慢于未优化热量信号的DEB协调系统，同时负荷超调较小，比较式（3）、式（2）在汽包压力变化之后，（）为相对增大值，在式（1）值相同的状况下，式（3）值比式（2）大，也就是在汽包压力变化之后，优化热量信号的锅炉主控PID调节器的指令和测量值之差较小，减缓了调节速率，因此图4可以看出优化热量信号的DEB协调控制系统主蒸汽压力和汽包压力超调都较小，上升趋势比较平稳，稳定后波动很小。
比较图4和图5降负荷响应曲线，可以得出优化 和 关系的DEB协调控制系统升负荷响应速率快于未优化K1 和K2 关系的DEB协调系统，优化后 K1是原系数的1.35倍，相当于加强热量指令，同时利用锅炉蓄热负荷响应相对快，在汽包压力变化增大之后，由于调节开始阶段进入炉膛燃料相对多，此时热量信号微分项随汽包压力变化增大而增加，锅炉主控PID调节器的指令和测量值之差渐减小，减缓了调节速率，图5中的负荷、主蒸汽压力和汽包压力相对于图4在调节过程中前阶段响应速率较快，调节过程中后阶段响应速率稍慢，超调较小，稳定后波动都很小，K1 优化后使DEB协调控制系统在调节的负荷变化率和主蒸汽压力稳定性上得到较好的统一。
6. 结束语
机炉协调控制方案作为整个单元机组燃煤、汽水、负荷协调控制的上层控制策略，其核心思想是协调锅炉和汽轮机间的能量平衡，基于DEB方式为基础的协调控制系统在单元机组协调控制方面是一种非常有效的能量平衡的协调控制方案。本文通过对DEB方式为基础的协调控制系统的分析，提出改进和优化方案，分析了有关参数的整定方法，在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真，获得了对炉跟机DEB协调系统进一步认识，对协调控制系统的有关参数整定有一定的指导意义。
参考文献
［1］ 罗德柱，马宪民，卢文科 600MW机组协调控制系统分析［J］ 热力发电 2006.10.
［2］ 李遵基 热工自动控制系统［M］ 中国电力出版社 1997.
［3］ 张建生，曾德良，赵征，刘吉臻 协调控制系统能量指令及参数整定［J］ 华北电力大学学报 2002.12.
［4］ 赵志丹，陈志刚，王晓勇等 直接能量平衡在协调控制中的应用及优化［J］ 热力发电 2008.4.
［文章编号］1006-7619（2011）08-17-823
［作者简介］ 姚正，职称：工程师，工作单位：神华神东电力公司生产准备部。