国电谏壁电厂超超临界机组控制系统优化技术方案（V5.0），华北电力大学
3.1 IMC控制器
与采用再热器减温水调节再热蒸汽温度的控制系统相比，采用调整燃烧器摆
角来控制再热蒸汽温度存在严重的滞后和惯性，采用普通PID已经无法达到控制目的。项目中燃烧器摆角的自动控制系统采用内模控制（Internal Model Control，简称IMC）。 内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。具有设计简单、控制性能好等优点。内模控制在工业过程控制中已获得成功应用，体现出在控制系统稳定性和鲁棒性的优势。内模控制还与许多其他控制算法，诸如动态矩阵控制（DMC）、模型算法控制（MAC）、线性二次型最优控制（LQOC）等之间存在很大的内在关系，尤其是多变量内模控制可以直接调整闭环系统的动态性能，并对模型误差具有良好的鲁棒性。
内模控制的基本结构框图如图 1所示。图中，F(s)为滤波器，一般为一阶惯性环节，G'(s)为估计模型。
d(s) r(s) y(s) F(s) 1/G'(s) G(s) G'(s)
图 1 IMC内模控制器结构
如果估计模型准确，即G'(s)＝G(s)，且没有外界扰动，则模型的输出与过程的输出相等，此时反馈信号为零。这样，在忽略模型不确定性和无未知输入的条件下，内模控制系统具有开环结构。这就清楚地表明，对开环稳定的过程而言，反馈的目的是克服过程的不确定性。也就是说，如果过程和过程输入都完全清楚，只需要前馈（开环）控制，而不需要反馈（闭环）控制。事实上，在工业过程控制中，克服扰动是控制系统的主要任务，而模型不确定性也是难免的。图1中d(s)反映了过程模型的不确定性和扰动的影响，从而构成了闭环控制结构。 内模控制的主要性质：对偶稳定、理想控制和零稳态偏差。IMC系统的这一零稳态偏差特性表明：IMC系统本身具有偏差积分作用，无需在内模控制器设计时引入积分环节。内模控制与传统反馈控制比较其主要优点为：容易获得良好的动态响应，同时也能兼顾稳定性和鲁棒性。
在工业过程中，简单的PID控制可以解决约90%的控制问题，然而对于强耦合多变量过程、强非线性过程和大时滞过程，常规PID控制难以得到满意的控制效果。PID控制器的各种优化设计方法和参数整定方法已成为解决上述过程
第3页，共41页
国电谏壁电厂超超临界机组控制系统优化技术方案（V5.0），华北电力大学
控制问题的一种途径。采用内模控制原理可以提高PID控制器的设计水平。与
经典PID控制相比，内模控制仅有一个整定参数，参数调整与系统动态品质和鲁棒性的关系比较明确，而且设计方法简单、调节性能好、鲁棒性强并能消除不可测干扰的影响，较适用于时滞系统的控制。
3.2 燃烧器摆角扰动试验及模型
选择典型的负荷区间，停吹灰，做燃烧器摆角扰动试验。通常是正向摆动，稳定后负向相同幅度摆动，分析试验数据。
为辨识方便，把再热器出口平均温度和燃烧器摆角放在一个曲线中加以比较，可以找到合适的辨识数据。参见下图。
图 2 再热器出口温度及燃烧器摆角
经辨识，对象模型可以被描述如下：
迟延时间：80秒，比例系数K= 0.1863，为2阶模型，时间常数为51S。，则可以描述为传递函数：
Ke??s 0.1863e?80sG(s)?? n(Ts?1)(51s?1)2仿真结果如下图所示。红色曲线为模型的响应曲线，蓝色曲线为实际温度曲
线。
第4页，共41页
国电谏壁电厂超超临界机组控制系统优化技术方案（V5.0），华北电力大学
图 3 再热汽温及模型响应
该模型比较好地逼近了实际对象的响应曲线。
试验获得的模型用于确定IMC控制器的预估模型。在调试之前，将IMC控
制器的滤波器常数设置为大于惯性时间常数和纯迟延时间之和。
3.3 燃烧器摆角调节和减温水调节联合设计方案
再热汽温采用燃烧器摆角和减温水联合调节，尽可能降低减温水流量，以提高锅炉燃烧经济性。
燃烧器摆角控制根据再热汽温和再热汽温设定值，采用IMC控制器进行控制，同时，将磨组合作为前馈信号。
当任一侧再热器减温水流量大于5吨、燃烧器摆角上摆至70°、再热汽温偏差超过3°，则燃烧器摆角控制器闭锁增。
当燃烧器摆角下摆至20°、再热汽温偏差超过3°，则燃烧器摆角控制器闭锁减。
再热器减温水的设定值根据再热汽温的变化率和燃烧器摆角的位置设定，当再热汽温变化率小，燃烧器摆角未为处于上下限时，减温水流量设定值较小，此时，燃烧器摆角作为再热汽温的主要控制手段。当再热汽温快速变化，或者燃烧器已处于最高或者最低处时，减温水流量增加，减温水对再热汽温的控制能力增强，以辅助燃烧器摆角进行控制。
当燃烧器摆角处于自动控制时，控制站采用IMC控制器的输出作为控制量，当任一侧再热汽温、热汽温平均值测点出现品质坏或失去任一火检，燃烧器摆角控制切为手动，IMC控制器设定值跟踪再热汽温平均值。当出现MFT时，燃烧器摆角强制摆动到一固定位置。
当燃烧器摆角控制处于自动状态且再热减温水控制也处于自动状态时，PID控制器的设定值采用减温水手操站给出的设定值，当再热减温水处于手动状态，PID控制器的设定值跟踪再热汽温度。当出现MFT时，减温水强制为一常数。
第5页，共41页
某电厂超超临界机组控制系统优化
