一般来说，火电厂高加和低加系统都采用单回路调节，通常选用单回路PID调节器。在不考虑系统耦合的情况下，它们是火电厂最简单的自动调节系统了。调节原理框图如1所示。
图1 单回路调节原理框图
20世纪90年代以前，国内的调节系统都采用单元组合式仪表，也就是说有比例调节器，有积分调节器。如果使用无差调节的话，需要使用两个调节器：比例和积分调节器。这种情况下，尽可能使用少的调节功能就比较重要。一方面节省了费用，另一方面节省了宝贵的空间-当时几乎所有控制测量设备都很庞大，控制间一般都比较拥挤。所以这个时候，高低加调节系统都采用纯比例调节。也有的电厂感觉高加系统更加重要，就把高加系统也加上了积分调节器。
20世纪90年代左右，国内引进了组件式控制系统，叫MZ-Ⅲ型组件控制系统。目前许多教科书在讲述自动调节系统的时候，还大量用MZ-Ⅲ作为基础来讲述控制策略。
这个系统的调节器功能多了，既有单独的比例、积分、微分调节器，又有组合了比例积分、比例微分、比例积分微分的调节器，可以不用过多考虑空间限制了。可是该组件故障率较高，即使是多功能调节器，也是把比例、积分、微分三种功能叠加到一个调节器内部，所以故障率还是有的，购买成本还是偏高的。所以当时也有纯比例调节系统的存在。
后来，国内电厂掀起大规模的DCS改造和应用风潮。对于DCS来说，增加一个积分运算功能不涉及到任何费用，并且DCS内每个调节器一般都要加上比例积分作用，就看用户愿不愿意使用了。那么在使用积分不会带来费用和空间问题的情况下，纯比例作用渐渐要绝迹了。
但是对于积分作用的应用，理论上还有必要搞清楚一个概念：自平衡能力。
2、自平衡能力
还是前面说的那个水池。上面一个进水管，下面一个出水管(见图2)，如果进水管流量增大一些，水池水位会增高，导致出水口压力增大，出水阀前后差压增大，出水流量也增大，一直增大到进出水流量相等，水位在新的高度不再变化。这说明这个水池不需要经过调节，水位就可以自动稳定在一个水平。我们说：这个水池具有自平衡调节能力。
图2 水池液位有自平衡能力 图3 水池液位无自平衡能力
还是这个水池。如果把排水阀换成了水泵(图3)，当进水流量做一次改变的时候，不管入口压力多大，泵的出水量高始终不变化，那么水池的水位会一直改变下去。很简单，这个水池没有自平衡能力。
那么自平衡能力有什么用处呢? 我们来看：当进水阀开大后，流量增加，水位升高。调节器调节使得出水泵开大，让水位降低。当出水泵开到一定地步，进出口流量相等的时候，水位保持平衡。可是这个时候因为积分的存在，积分使得泵以最大的速度继续开大，一直到水位等于设定值泵的流量才停止变化。而此时，出口流量又远大于进口流量，故此水位不能稳定，形成震荡。
这个描述存在如下两个问题：
①积分的速度与积分参数和输入偏差有关。进出口流量相等的时候不是水位偏差最大的时候，而是水位略微有所回调。所以此时泵的改变速度不是最大。
②如果比例积分设置参数合适，这个系统是个逐渐收敛的过程。在手动状态下，出水流量通过增加一降低的反复调节，最终水位可以稳定在任何一个值，而不是某一个特定值。那么比例、积分作用使得出水流量的反复波动，最终应该可以稳定，并且实现无差。
所以，实际上，不管有无自平衡能力，都可以使用积分作用。只是有自平衡能力的调节对象的参数更容易整定，调节更容易稳定。
3、随动调节系统
有人曾经提过：电厂有一种随动调节系统，也就是自动投入时候只要在正常水位范围内，可以稳定在任何一个定值。要实现这个功能很简单，就是去掉积分作用，用纯比例调节。因为纯比例调节没有消除静态偏差的功能，当然可以稳定在任何一个值了。
对于与随动调节系统，应该还有一种方式：设定值是经常变动的。这样的系统很多：火电厂的滑压运行方式，这个滑压就是压力需要平滑的波动，其设定值就应该是个波动的函数。还有在中调控制下的机炉协调(专业术语叫做AGC)、的机组负荷设定值，应该也算是经常变动的。
电力行业之外，这种系统也很多。比如管道焊接中，为了消除热应力，需要对焊接点进行控制下降温度法，这个控制下降的温度设定值，就应该是经常变化的，甚至是用时间函数来确定的。
从这个意义上讲，设定值常变，有三种情况：
①随便让它变，不加控制；
②加以控制，根据时间或者其他情况，对设定值做有规律的修改；
③设定值是受其他因素控制的函数计算值。
4、高低加水位调节系统耦合的解决办法
昌晖仪表之所以专门介绍高低加水位调节系统，就是因为系统之间存在着耦合，而且这种状况在电厂中非常普遍。图3是一个电厂的低加系统耦合情况示意图。
图3 低加系统耦合情况示意图
4#低加的凝结水流入5#低加，5#低加的凝结水流入6#低加。对于4#低加来说，自动投入很简单，没有耦合，用一个简单的单回路调节系统足可以了。可是对于5#低加来说就不太好，因为它要接受4#低加来的凝结水。在有的系统中，上一级低加来的凝结水流量波动不太大，对本系统干扰不大。而如果上一级来的流量波动大，足以大幅度影响本系统的水位的时候，就必须要关注系统耦合了。
解决的办法前面已经说过，加一个前馈。可以对4#低加的输出增加一个流量测点。然后把此流量信号作为本系统的前馈。可是增加流量测点涉及到安装问题。如果用流量孔板测量，需要寻找一个数米长的直管段，拥挤的汽机空间不一定能够找到这么一个直管段；还需要投入一定的费用购买流量孔板和变送器。所以许多厂矿没有流量测量装置。那么，我们可以让4#低加输水的执行器反馈作为5#低加水位的前馈信号，控制策略原理框图如图4所示。
也有人会说：前馈信号到底带来多大干扰时，需要对干扰情况进行调节呢?这个问题在副调的PID调节器内就可以解决，也就是修改比例带的大小。不过也有很多人倾向于给副调的测量值加上一个系数，也可以。控制策略原理框图如图4所示。
图4 高低加水位自动串级调节系统
5、几个问题
①为什么要用串级调节，而不能用单PID，在单PID的输出叠加前馈信号?
因为跟踪不好实现。具体道理，在本站比例、积分、微分综合整定里面已经说过。
②如何设定死区?
前面讲过，死区的设置可以有效避免执行器的动作次数，提高执行器的寿命。但是死区设置过大，不但会影响调节系统的调节精度，而且会造成调节滞后，影响系统稳定性。图6就是死区过大影响系统稳定性的例子。
那么，死区设置多少合适呢?一般来说，对于高低加系统，其总量程都在1000-2000mm之间，可以在设定值±(10～20)mm之内不运算。那么死区可以设置为：(10～20)/(1000～2000)=0.5%-2%。在一般的PID调节器内，死区往往是百分量。所以就可以省略地写为0.5-2。如果实际整定过程中，还发现死区过大，可以设置更小。
③那么怎么判断调节系统是因为死区过大造成的不稳定?
很容易。我们可以观察被调量和输出的曲线。当死区存在的时候，输入偏差在死区以内，调节器的输出曲线是一条水平的直线。如果系统不稳定，并且水平直线过长，就可以判定为死区过大。
当被调量开始回调的时候，输出也跟着回调。可是回调到一定的地步，输出不变了，为什么?死区的存在所致。如果系统不能稳定，死区过大，死区的存在导致回调滞后，下一个回调的波峰推迟出现。如果系统能够稳定且波动较小，说明死区设置合理。合理的死区几乎不会造成回调滞后。
引起调节滞后的原因有很多种，最主要的是积分时间过小和死区过大。要注意二者之间的区别。
6、偏差报警与偏差切除
我们设计自动调节系统，目的就是为了让系统能够安全稳定运行。为防止出现意外，必须要有一个偏差报警和保护功能。
现在的调节系统已经比较完善，在调节器内往往都有偏差保护功能。所谓的偏差保护，就是当调节器的输入偏差达到一定值的时候，要把自动切换到手动状态的功能。
如果调节器内没有这个功能，就需要在控制策略中添加该功能。除了被调量与设定值的偏差保护外，还有一个输出与反馈的偏差保护功能：当调节器的输出与执行机构的反馈达到一定值的时候，说明执行机构出现了故障，要么执行机构误动，要么拒动，或者反馈故障。发生这样的异常，也必须要把系统切除到手动状态。
切除到手动状态，一方面是保护系统不致出更大的问题；另一方面是提醒运行操作员，系统出现故障，需要手动干预；同时需要检查系统，消除缺陷。
