热应力控制汽轮机组启动过程的研究
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摘要
本文为已有的第三类边界条件下汽轮机转子温度、热应力的解析算
法作出了递推公式。并用C语言编制了程序，对朝阳电厂国产200MW
汽轮机的一次实测冷态启动进行了仿真。
本文为国产200MW汽轮机热应力控制启动提出一套方案，为朝阳
电厂200MW汽轮机的优化启停和运行提供了理论上的依据。
另外，本文针对锅炉及汽轮机热应力过程惯性大等特点，提出了对
热应力实行预监控方法，使启动过程中热应力真正能够实现在等热应力
带内波动。
本文对国产200MW汽轮机调节系统建立数学模型。同时，还对汽
轮机调节系统的控制器作了改善。由于汽轮机调节的难点在于影响汽轮
机输出参数（功率、转速）的扰动因素很多，且诸因素又具有严重的不
确定性，因而基于精确数学模型的传统PID控制难以满足要求。且由于
各扰动因素对汽轮机过程变化的惯性影响相差较大，结果使所设计的调
节系统不能在所有工况下都有满意的调节效果。为解决此问题，本文采
用自调整因子的模糊控制与传统PI控制相结合的方法。使该控制系统
不但具有响应快、超调小，而且具有鲁棒性强等特点。
In this paper, recurrence formula was proposed for the analytic method
of the temperature and thermal stress calculation of steam turbine rotor under
the condition of the third of boundary. The author drawn up software and
make a simulation experiment in the startup of the units of Chao Yang plant.
A set of scheme was drawn up for thermal control system of the
homemade 200MW steam turbine, so the paper provided theoretical grounds
for the optimization of the startup process and operation mode of the 200MW
units of Chao Yang plant.
In the paper, a method of forecasting and controlling control for thermal
stress was provided for the large delay of boiler and steam turbine. It is
realized to make the thermal stress actually vibrate in the zone of the equal
thermal stress during the startup of the steam turbine..
The mathematical models were built for control system of the homemade
200MW unit .At the same time, the paper improved the controller of the DEH
control system. The traditional PID control system based on exact
mathematical models could not meet the demand because the difficulties of
steam turbine control are many uncertain disturbing factors which affect the
output parameters (speed ,power).And because the great difference of the
delay of the process change was caused by disturbing factors, the designed
control system could not meet satisfied purposes under all working conditions.
One of the solving methods is change the control strategy. The author adopted
advanced control which integrates the self-turning factor fuzzy control and
traditional P1 control to build the controller .The system constructed by the
controller has fast response, small overresponding rate and strong resisting
disturbance etc.
法作出了递推公式。并用C语言编制了程序，对朝阳电厂国产200MW
汽轮机的一次实测冷态启动进行了仿真。
本文为国产200MW汽轮机热应力控制启动提出一套方案，为朝阳
电厂200MW汽轮机的优化启停和运行提供了理论上的依据。
另外，本文针对锅炉及汽轮机热应力过程惯性大等特点，提出了对
热应力实行预监控方法，使启动过程中热应力真正能够实现在等热应力
带内波动。
本文对国产200MW汽轮机调节系统建立数学模型。同时，还对汽
轮机调节系统的控制器作了改善。由于汽轮机调节的难点在于影响汽轮
机输出参数（功率、转速）的扰动因素很多，且诸因素又具有严重的不
确定性，因而基于精确数学模型的传统PID控制难以满足要求。且由于
各扰动因素对汽轮机过程变化的惯性影响相差较大，结果使所设计的调
节系统不能在所有工况下都有满意的调节效果。为解决此问题，本文采
用自调整因子的模糊控制与传统PI控制相结合的方法。使该控制系统
不但具有响应快、超调小，而且具有鲁棒性强等特点。
In this paper, recurrence formula was proposed for the analytic method
of the temperature and thermal stress calculation of steam turbine rotor under
the condition of the third of boundary. The author drawn up software and
make a simulation experiment in the startup of the units of Chao Yang plant.
A set of scheme was drawn up for thermal control system of the
homemade 200MW steam turbine, so the paper provided theoretical grounds
for the optimization of the startup process and operation mode of the 200MW
units of Chao Yang plant.
In the paper, a method of forecasting and controlling control for thermal
stress was provided for the large delay of boiler and steam turbine. It is
realized to make the thermal stress actually vibrate in the zone of the equal
thermal stress during the startup of the steam turbine..
The mathematical models were built for control system of the homemade
200MW unit .At the same time, the paper improved the controller of the DEH
control system. The traditional PID control system based on exact
mathematical models could not meet the demand because the difficulties of
steam turbine control are many uncertain disturbing factors which affect the
output parameters (speed ,power).And because the great difference of the
delay of the process change was caused by disturbing factors, the designed
control system could not meet satisfied purposes under all working conditions.
One of the solving methods is change the control strategy. The author adopted
advanced control which integrates the self-turning factor fuzzy control and
traditional P1 control to build the controller .The system constructed by the
controller has fast response, small overresponding rate and strong resisting
disturbance etc.
引文
[1] 李康、杜秉乾、林宝庆，“大型汽轮机启动控制准则的探讨”，中国电机工程学报，1987(4)
[2] 刘思平，“提高电站自动化水平，加速研制汽轮发电机组程控自动启停装置”，汽轮机技术，1984(4)
[3] H.Matsumoto Y. sato 等, "Turbine Control System Based On Prediction of Rotor Thermal Stress" IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol.PAS-101,No8 Aaugust, 1982
[4] 汪洋，“国外大功率汽轮机技术发展综述”，动力工程，1991(12)
[5] 杨昆，“高压大容量汽轮机转子热应力解析计算与寿命管理的研究”，华北电力学院北京研究生部硕士论文，1986
[6] 黄仙，“汽轮机转子热应力“复频法”建模与机组运行寿命管理研究”，清华大学工学博士学位论文，1995．12
[7] 黄雅罗、夏礼言，“国产200MW汽轮机转子寿命监测装置的安装和运行”，汽轮机技术，1990(2)
[8] 倪维斗、黄以腾、汤云柯、寇可新，“汽轮机转子优化运行的热应力在线实时监控系统”，动力工程，1997(2)
[9] 叶春、钟芳源等，“汽轮机寿命特征温度测点的选择”，汽轮机技术，1994(2)
[10] 刘静静，“元宝山电厂600MW汽轮机组热应力控制系统的设计”，华北电力大学(北京)硕士学位论文，1996．11
[11] 杨昆、张保衡，“汽轮机转子暂态热应力控制最佳汽温变化率条件”，中国电机工程学报，1990(1)
[12] 许得刚，“汽轮机最佳启动方式的研究”，河南科学，1996(4)
[13] 张保衡，“大容量火电机组寿命管理与调峰运行”，水利电力出版
[14] H.Matsumoto Y. Sato ,Turbine Control System Based on Prediction of Rotor Thermal Stress, IEE Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol.PAS0-101,No.8 August 1982
[15]葛晓霞，缪国钧，“汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较”，汽轮机技术，2000(4)
[16]叶荣学，“汽轮机调节”，水利电力出版社，1988．11
[17]张栾英、谷俊杰，“汽轮机数字电液控制与保护”，华北电力学院，1994．11
[18]钟启新，“汽轮机调节”，华中工学院出版社，1983．9
[19]上海汽轮机厂，“汽轮机电液调节”，水利电力出版社，1984．4
[20]彭钢，“热工PID控制算法的适应性与局限性分析”，河北电力技术，1997(6)
[21] Lee C C.Fuzzy Logic in control systems:fuzzy logic controller-Part Ⅰ & Ⅱ [J].IEEE Trans. on Systems.Man and Cybernetics, 1990,20(2):404-435
[22]刘向杰、周孝信、柴天佑，“模糊控制研究的现状与新发展”，信息与控制，1999(4)
[23]李士勇，“模糊控制及智能控制理论与应用”，哈尔滨工业大学出版社，1988
[24]诸静，“模糊控制原理及应用”，机械工业出版社，1995．7
[25]赵慧、韩俊伟、曾祥荣，“一种新型的模糊控制器的设计方法”，黑龙江自动化技术与应用，1999(5)
[26]景效国，“专家自适应模糊控制器参数自整定及其在单元机组汽包水位控制中的应用”，热力发电，1993(4)
[27]杨永滨，“一种参数自调整模糊调节器”，黑龙江自动化技术与应用，1990(3)
[28]鲍新福、都志杰、王芳君，“自调整比例因子模糊控制器”，自动化学报，1987(2)
[29]施阳，“MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK”，西北工业大学出版社，1997
[30]楚定宇，“控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用”，清华大学出版社，1996
[31]曹楠，“多变量广义预测控制在单元机组协调控制系统中的应用研究”，华北电力大学(北京)硕士学位论文，1999．12
[32]程卫国、冯峰、王雪梅、刘艺，“MATLAB5，3精要编程及高级应用”，机械工业出版社，2000
[33]朝阳发电厂，西安热工研究所，“20万千瓦汽轮机的运行”，中国电力出版社，1990
[34]“复变函数”，西安交通大学高等数学教研室，1981．6
[35]王竹溪、郭敦仁，“特殊函数概论”，人民教育出版社，1982
[2] 刘思平，“提高电站自动化水平，加速研制汽轮发电机组程控自动启停装置”，汽轮机技术，1984(4)
[3] H.Matsumoto Y. sato 等, "Turbine Control System Based On Prediction of Rotor Thermal Stress" IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol.PAS-101,No8 Aaugust, 1982
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[13] 张保衡，“大容量火电机组寿命管理与调峰运行”，水利电力出版
[14] H.Matsumoto Y. Sato ,Turbine Control System Based on Prediction of Rotor Thermal Stress, IEE Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol.PAS0-101,No.8 August 1982
[15]葛晓霞，缪国钧，“汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较”，汽轮机技术，2000(4)
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[17]张栾英、谷俊杰，“汽轮机数字电液控制与保护”，华北电力学院，1994．11
[18]钟启新，“汽轮机调节”，华中工学院出版社，1983．9
[19]上海汽轮机厂，“汽轮机电液调节”，水利电力出版社，1984．4
[20]彭钢，“热工PID控制算法的适应性与局限性分析”，河北电力技术，1997(6)
[21] Lee C C.Fuzzy Logic in control systems:fuzzy logic controller-Part Ⅰ & Ⅱ [J].IEEE Trans. on Systems.Man and Cybernetics, 1990,20(2):404-435
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[23]李士勇，“模糊控制及智能控制理论与应用”，哈尔滨工业大学出版社，1988
[24]诸静，“模糊控制原理及应用”，机械工业出版社，1995．7
[25]赵慧、韩俊伟、曾祥荣，“一种新型的模糊控制器的设计方法”，黑龙江自动化技术与应用，1999(5)
[26]景效国，“专家自适应模糊控制器参数自整定及其在单元机组汽包水位控制中的应用”，热力发电，1993(4)
[27]杨永滨，“一种参数自调整模糊调节器”，黑龙江自动化技术与应用，1990(3)
[28]鲍新福、都志杰、王芳君，“自调整比例因子模糊控制器”，自动化学报，1987(2)
[29]施阳，“MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK”，西北工业大学出版社，1997
[30]楚定宇，“控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用”，清华大学出版社，1996
[31]曹楠，“多变量广义预测控制在单元机组协调控制系统中的应用研究”，华北电力大学(北京)硕士学位论文，1999．12
[32]程卫国、冯峰、王雪梅、刘艺，“MATLAB5，3精要编程及高级应用”，机械工业出版社，2000
[33]朝阳发电厂，西安热工研究所，“20万千瓦汽轮机的运行”，中国电力出版社，1990
[34]“复变函数”，西安交通大学高等数学教研室，1981．6
[35]王竹溪、郭敦仁，“特殊函数概论”，人民教育出版社，1982