energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-3-223-235energy-1959Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGCинтез котельных регуляторов системы автоматического управления мощностью энергоблоковSynthesis of Boiler Controllers of the Automatic Power Control System of Power UnitsКулаковГ. Т.KulakovG. T.

Адрес для переписки: Кулаков Геннадий Тихонович - Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65/2, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 293-91-45

tes_bntu@tut.by

 

Address for correspondence: Kulakov Gennady T. - Belаrusian National Technical University, 65/2, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 293-91-45

tes_bntu@tut.byАртёменкоК. И.ArtsiomenkaK. I.

 г. Минск

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202028052020633223235Copyright © Кулаков Г.Т., Артёменко К.И., 20202020Кулаков Г.Т., Артёменко К.И.Kulakov G.T., Artsiomenka K.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1959

Статья посвящена вопросу структурно-параметрической оптимизации каскадной системы автоматического регулирования на примере котельного регулятора мощности и регулятора топлива. Каскадная система автоматического регулирования, являющаяся составной частью системы автоматического управления мощностью энергоблоков, состоит из двух контуров: внутреннего, предназначенного для стабилизации системы, и внешнего, предназначенного для корректирования, а также из двух регуляторов: внешнего (основного), необходимого для стабилизации выходной величины объекта (в рассматриваемом случае – фактической мощности энергоблока), и внутреннего (вспомогательного), назначением которого является регулирование расхода топлива. Внутренний регулятор формирует управляющее воздействие регулятором нагрузки котла энергоблока. По сравнению с одноконтурными системами автоматического регулирования каскадная система обеспечивает лучшее качество регулирования переходного процесса из-за более высокого быстродействия внутреннего контура системы. Данное преимущество особенно заметно при компенсации возмущений, которые поступают по каналу регулирующего воздействия. Каскадная система автоматического регулирования предназначена для автоматического управления объектами с большим запаздыванием по каналу регулирующего воздействия. Предложены два метода настройки: регулятора топлива и котельного регулятора мощности. Использование этих методов позволяет повысить качество регулирования мощности и снизить расход топлива в переходных режимах по сравнению с настройкой данных регуляторов типовой системы автоматического управления мощностью энергоблоков. Результаты компьютерного моделирования переходных процессов в каскадной системе автоматического регулирования при скачке задания и внутреннем возмущении подтверждают преимущества предлагаемых методов.

The article concerns the problem of structure-and-parametric optimization of a cascade automatic control system (CACS) by an example of a boiler power controller and a fuel controller. This CACS, which is a part of automatic control systems for power units, consists of two loops, viz. of an inner loop (which purpose is stabilization of the system) and an outer loop (designed for the adjustment) and, also, of two controller, viz. an outer controller (which is a basic one) provided for stabilization of the output value of the object (in our case, of the actual power unit capacity) and of an inner controller (which is an auxiliary one) provided to regulate fuel consumption. The internal controller builds up the control action with the aid of the boiler load controller of the power unit. As compared to single-loop automatic control systems, the cascade  system provides better quality of transient control due to the higher performance of the internal loop of the system. This advantage is especially noticeable when compensating for disturbances that come through the channel of regulating impact. The article presents two methods of setting, viz. the fuel controller and the boiler power controller. The application of these methods can improve the quality of power control and reduce fuel consumption in transient modes in comparison with the setting of these controllers of a typical power unit automatic power control system. The results of computer simulation of transient processes in CACS for input step surge and internal perturbation confirm the advantages of the methods are presented in this article.

структурно-параметрическая оптимизациякаскадная система автоматического регулированиякотельный регулятор мощностирегулятор топливаоптимальный регуляторПИ-регуляторреальный ПИД-регуляторstructure-and-parametric optimizationcascaded automatic control systemboiler power controllerfuel controlleroptimal controllerPI-controllerreal PID-controllerReferencesКулаков, Г. Т. Параметрическая оптимизация системы автоматического управления мощ-ностью энергоблоков 300 МВт в режиме постоянного давления пара перед турбиной / Г. Т. Кулаков, А. Т. Кулаков, К. И. Артёменко // Энергетика. Известия высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. № 5. С. 451–462. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-5-451-462.Kulakov G. T., Kulakov A. T., Artsiomenka K. I. (2018) Parametric Optimization for Au-tomatic Control System of 300 MW Power Units at a Constant Steam Pressure Upstream of the Turbine. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (5), 451–462 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-5-451-462Кулаков, Г. Т. Параметрическая оптимизация системы автоматического управления мощ-ностью энергоблоков 300 МВт в режиме переменного давления пара перед турбиной / Г. Т. Кулаков, А. Т. Кулаков, К. И. Артёменко // Энергетика. Известия высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. № 6. С. 540–551. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-539-551.Kulakov G. T., Kulakov A. T., Artsiomenka K. I. (2018) Parametric Optimization for Au-tomatic Control System of Power Units of 300 MW for the Mode of Variable Pressure of Turbine Inlet Steam. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (6), 539–551 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-539-551Артёменко, К. И. Структурно-параметрическая оптимизация системы автоматического управления мощностью энергоблоков 300 МВт в широком диапазоне изменения нагрузок / К. И. Артёменко // Энергетика. Известия высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. № 5. С. 459–471. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-469-481.Artsiomenka K. I. (2019) Structural-and-Parametric Optimization of Automatic Control System for Power Units of 300 MW in Wide Range of Load Variations. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations], 62 (5), 469–481 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-469-481Фрер, Ф. Введение в электронную технику регулирования / Ф. Фрер, Ф. Орттенбургер. М.: Энергия, 1973. 192 с.Frer F., Orttenburger F. (1973) Introduction to Regulating Electronic Technology. Mos-cow, Energiya Publ. 192 (in Russian).Лебедев, А. Т. Информационный метод расчета каскадных систем автоматического регули-рования / А. Т. Лебедев // Автоматика и телемеханика. 1980. № 6. С. 188–191.Lebedev A. T. (1980) Information Method for Computation of Cascade Automatic Control Systems. Avtomatika i telemekhanika = Automation and Remote Control, 6, 188–191 (in Russian).Мань, Н. В. Оптимальный синтез робастной каскадной автоматической системы управле-ния / Н. В. Мань // Теплоэнергетика. 2000. № 9. С. 22–28.Man’ N. V. (2000) Optimal Synthesis of a Robust Cascade Automatic Control System. Thermal Engineering, (47) 9, 783–791.Ротач, В. Я. К расчету каскадных систем автоматического регулирования / В. Я. Ротач, Н. З. Фыонг // Теплоэнергетика. 1999. № 10. С. 10–16.Rotach V. Ya., Fyong N. Z. (1999) On the Calculation of Cascade Automatic Control Systems. Thermal Engineering, 46 (10), 813–819.Кулаков, Г. Т. Теоретические основы экспресс-методов структурно-параметрической опти-мизации систем автоматического управления для повышения эффективности использования теплоэлектростанций в переменных режимах: дис. … д-ра техн. наук: 05.13.07; 05.14.14 / Г.Т. Кулаков. – Минск, 1990. 450 c.Kulakov G. T. (1990) Theoretical Fundamentals of Proximate Methods of Structural-Parametric Optimization of Automatic Control Systems to Improve Efficiency of the Use of Heat Power Plants in Variable Operation Modes. Minsk. 450 (in Russian).Давыдов, Н. И. Результаты испытаний и модельных исследований системы автоматическо-го управления мощностью газомазутного энергоблока 300 МВт / Н. И. Давыдов, Д. Г. Бояр-шинов, Н. В. Зорченко // Теплоэнергетика. 2005. № 10. С. 36–41.Davydov N. I., Boyarshinov D. G., Zorchenko N. V. (2005) Results from Tests and Model Investigations of the Automatic Power Governing System for a 300-MW Gas-and-Oil-Fired Power Unit. Thermal Engineering, 52 (10), 776–781.Aidan, O’Dwyer (2009) Handbook of PI and PID controller tuning rules / O’Dwyer Aidan. – 3rd Edition. – Dublin: Institute of Technology; Ireland, Imperial College Press. 529 p. https://doi.org/10.1142/p575AidanO’Dwyer (2009) Handbook of PI and PID controller tuning rules. 3rd Ed. Dublin, Institute of Technology; Ireland, Imperial College Press. 529. https://doi.org/10.1142/p575PID Controller Tuning in Simulink [Electronic Resource] // MathWorks. – 2019. – Mode of access: https://www.mathworks.com/help/slcontrol/gs/automated-tuning-of-simulink-pid-controller-block.html. – Date of access : 25.11.2019.PID Controller Tuning in Simulink. MathWorks (2019). Available at: https://www.mathworks.com/help/slcontrol/gs/automated-tuning-of-simulink-pid-controller-block.html. (accessed 25 November 2019).Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: учеб. пособие / Г. Т. Кулаков [и др.]; под общ. ред. Г. Т. Кулакова. Минск: Вышэйшая школа, 2017. 238 с.Kulakov G. T., Kulakov A. T., Kravchenko V. V., Kuchorenko A. N., Artsiomenka K. I., Kov-rigo Yu. M., Golinko I. M., Bagan T. G., Bunke A. S. (2017) Automatic Control Theory for Heat Power Processes. Minsk, Vysheishaya Shkola Publ. 238 (in Russian).Нормы участия энергоблоков тепловых электростанций в нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков активной мощности: СТО 59012820.27.100.002-2013. Введ. 25. 04.2013. М.: ОАО «СО ЕЭС», 2013. 36 с.Company Standard 59012820.27.100.002-2013. Norms of Participation of Thermal Power Plant Units in the Normed Primary Frequency Regulation and in the Automatic Secondary Fre-quency and Active Power Flows Regulation. Moscow, ОАО «SO EES», 2013. 36 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.