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摘要：模糊控制是近年来发展起来的一种智能控制方法。汽轮机是一种具有时变参数、干扰和复杂性的热力系统。在电液伺服系统中，还存在饱和、死区非线性环节。传统PID控制算法成熟、设计方便、稳定性好，在工业过程控制中得到了广泛的应用，但不能满足汽轮机这一典型复杂系统的具体控制要求。在此基础上，重点讨论了汽轮机调速系统的模糊控制。
关键词：汽轮机；调速系统；模糊控制；研究
前言
随着工业的快速发展，中小型汽轮机广泛应用于石化、冶金、造纸、环保等工业领域。汽轮机作为大型高转速机械，数字电液控制系统（DEH）的控制性能直接影响着机组的安全性与可靠性以及企业的经济效益等。随着电液式调速系统取代机械液压式调速系统，电站汽轮机调速系统的传动机构发生了重大改进，人们已经逐步认识到汽轮机不仅对改善电力系统的动态稳定性方面有着极其重要的作用，而且在改善系统微动态稳定、抑制系统的低频振荡等方面也有不可低估的作用。针对汽轮机调速系统的特点，设计了一种简单、实用的PI型模糊控制器，给出了它的解析表达式，分析了它的工作机理，说明了它的优越性；并根据基于增益和相位裕度的线性PI控制器参数的整定规则，给出了模糊控制器参数的整定公式，解决了模糊控制器的参数整定问题，使这种模糊控制器更加实用化。最后，通过仿真实验验证了这种方法的可行性
1、汽轮机调速系统概述
机组并网运行时，调速系统通过控制调节汽门开度来改变机组的功率输出，服务于电网负荷-频率的一、二次控制。一次调频与二次调频对应的功率指令叠加，形成机组瞬时功率需求指令；液压伺服执行机构根据瞬时功率指令，产生符合功率要求的调节汽门开度；汽轮发电机组实现蒸汽机械能到电能的转化。
绝大部分现代大型火力发电机组的汽轮机调节控制任务，都交由自动发电控制系统（AGC），AGC控制算法交由协调控制系统（CCS）完成，汽轮机数字电液调节系统（DEH）退化为CCS中汽轮机主控回路的执行机构，即控制算法由CCS协调控制系统来完成，其计算结果送到DEH电液控制系统的阀位指令处，由油动机等伺服执行机构来完成最终的调节任务（图1）。
图 1 现代汽轮机组调速系统控制原理图
根据机组的运行方式，能够在较短时间内完成一次调频功能的控制方式有以下几种模式：
（1）单DEH控制模式：CCS切除时一次调频控制；
（2）单CCS控制模式：DEH侧一次调频功能切除（转速偏差死区过大）时的一次调频控制；
（3）CCS+DEH控制模式：机组一般运行方式。现代汽轮机调速系统通常运行在DEH+CCS调节模式（如图1所示），如果机组运行在单DEH调节模式，则去除相应的CCS控制部分；如果机组运行在单CCS调节模式，则去除相应的DEH控制部分。
2、汽轮发电机组数学模型
考虑带主汽门调节的单机无穷大系统。假设：发电机用暂态电抗后的恒定的电压源；不记入调节汽门开度的限幅作用，再热器输出恒定，并以高压缸调节汽门为调节对象；励磁系统采用了理想的励磁调节器，不考虑励磁系统的动态特性。则某300MW火电机组汽轮机调速器负荷被控对象的数学模型可近似描述为[1]：
?u为一个模糊控制器的中间变量，它具有控制器输出的增量特性；在设计规则基时，可按照控制器的增量来设计。?u在?u的论域上，把?u分成五个等级，记为：[uNL，uNM，uZ，uPM，uPL]，它们分别为一个确定的数值；采用对称设计，即uPL=?uNL，uPM=?uNM，并取uZ=0。针对典型的有自平衡能力的被控对象，模糊控制规则设计见表1。
表 1 模糊控制规则表
3.2非线性校正项的特性分析
从式（6）可以看出，在区域x1（）[，]，keLLe?∈???∈?x2（）[，]keLL?e中，?u的非线性特性最明显。?u的非线性项只在x1（k）?x2（k）相平面的第一、三象限起作用，并且数值相同，但符号相反；在x1（k）?x2（k）相平面的第二、四象限非线性项为零，模糊控制器相当于一个线性控制器。可以近似地认为?u中的非线性项是对线性项的一种校正，因此，在研究模糊控制器参数的整定问题时，可以不考虑非线性项的影响，只考虑线性部分的作用。这样，这种模糊控制器的参数可按相应的线性PI控制器的参数整定方法来计算。在所研究的论域中，模糊控制器的线性部分的输出可计算为：
5、结论
本文针对汽轮机调速系统数学模型的特点，设计了一种简单的模糊控制器，给出了所设计的模糊控制器的解析表达式，分析了它的工作机理，从理论上证明了它较传统线性PI控制器的优越性；基于增益裕度和相位裕度原理，参照线性PI控制器的参数整定方法，给出了这种模糊控制器参数的整定公式，使这种模糊控制器更加实用化。最后仿真结果证明了它的优越性。
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论文作者:孟德坤
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/9
标签：汽轮机论文; 控制器论文; 系统论文; 模糊论文; 机组论文; 线性论文; 参数论文; 《防护工程》2019年10期论文;