DEH的主要任务就是调节汽轮机的蒸汽转矩，使之维持等转速运行，与外界负荷相适应。在讨论汽轮发电机组的控制控制系统时，通常将汽轮发电机轴系看作一个整体旋转刚体，建立一个系统较为完善的数学模型，然后对该系统进行较准确的分析和设计。汽轮机控制系统设计的依据就是转子的能量平衡方程式，大家都知道转子的转动方程为：


J×dω/dt = MT -MG -Mf (2-1)


式中：J—汽轮发电机组转子的转动惯量(Kg.m.s2 )


ω—转子的旋转角速度(s-1 )


MT—汽轮机蒸汽转矩(N.m)


MG—发电机电磁转矩(N.m)


Mf—各种阻力矩(N.m)


转动惯量对于特定的机组安装完成后，即为一常数，DEH要控制的转速n与角速度ω成正比。


ω=2πf=2πn/60


其中：f—频率(s-1)


n—转速(r/min)


由汽轮机工作原理知，蒸汽转矩MT 为：


MT =4.73×D×H0×η0e/n (N.m) (2-2)


式中：D—进入汽轮机的蒸汽流量(Kg/h)


H0—绝热焓降(KJ/Kg)


η0e—汽轮机相对效率


n—转速(r/min)


发电机电磁转矩MG，它主要取决于负载的特性，可表示为：


MG =K1+K×n+K3×n2 (2-3)


式中，K1，K2，K3为随机变量，且均为正值。


各种阻力矩Mf，它与转速、真空、轴系油温等很多因素有关，可视随转速增大的随机变量。


图1 表示汽轮机和发电机的转矩特性，其中曲线MT1 及曲线MT2表明了蒸汽轮机转矩和转速的关系曲线，称为汽轮机的内特性。曲线MT1 及曲线MT2 对应于两个不同的进汽量。其中曲线MG1 及曲线MG2表明了发电机阻力转矩和转速的关系曲线，称为发电机的特性。曲线MG1 及曲线MG2 对应于两个不同的电负载。曲线MT1和曲线MG1的交点a即为汽轮机带发电机运转，在转速na时一个稳定状态。


首先从图1和式(2-1)可知，汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，比如当发电机的阻力矩MG1变为MG2时，若汽轮机进汽量保持不变，那么新的平衡工况点即为b，即汽轮发电机组以nb转速稳定运行，也就是说汽轮发电机组具有一定的自平衡能力，此时工作转速nb和na相差较大。但汽轮机、发电机和电网负载是不允许网频（汽轮机转速）有大幅度的变化的，这就要求当发电机的阻力矩MG1变为MG2时，汽轮机进汽量能跟随变化，那么新的平衡工况点就可变为c，汽轮发电机组以nc转速稳定运行，此时工作转速nc 和na相差不大，这是电气设备允许的，而这只有靠汽轮机调节系统才能实现。


汽轮机调节系统控制汽轮机的D，即能改变MT ，使MT 始终跟随MG 变化，以维持转速n即供电频率在规定的范围内，满足国家对供电品质的要求。


实际汽轮机控制系统都是通过执行机构(油动机)来控制安装在进汽口上的调节汽阀来改变MT，以调节汽轮机的转速和功率的。汽轮机控制流程框图见图2，图2表示汽轮机控制的整个过程及整个控制过程中的各个物理对象的数学描述，是做系统稳定性分析的基础。汽轮机控制原理图见图3，图3则是根据上述原理进行DEH系统设计的依据。


从图3可以看出机组在启动和正常运行过程中，DEH接收到操作人员通过人机接口所发出的增、减指令、CCS指令、汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈信号等进行分析处理，综合运算，输出控制信号到伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。


机组在升速过程中（即机组没有并网），DEH控制系统通过转速调节回路来控制机组的转速，功率控制回路不起作用。这点可从原理图中看出，当没有并网信号时，控制信号就为1，则输出等于输入1(即转速回路调节器输出)。在此回路下，DEH控制系统接收现场汽轮机的转速信号，经DEH三取二逻辑处理后，作为DEH的反馈信号。此信号与DEH的转速设定值进行比较后，送到转速回路调节器进行偏差计算，PID调节，然后输出油动机的开度给定信号到伺服卡。此给定信号在伺服卡内与现场LVDT油动机位置反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，控制油动机的开度，即控制调节阀的开度，从而控制机组转速。升速时，操作人员可设置目标转速和升速率。


机组并网后，DEH控制系统便切到功率控制回路，转速调节回路便不起作用。这点可从原理图中看出:当有并网信号时，控制信号就为0，则输出等于输入2(即功率控制回路的输出)。在此回路下有三种调节方式（此三种模式下，一次调频回路，始终存在）：


(1) 负荷反馈不投入，调节级压力反馈也不投入。


在这种情况下，阀门开度直接由操作员设定进行控制。设定所要求的开度后，DEH输出阀门开度给定信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，以满足要求的功率。


(2) 负荷反馈投入。


这种情况下，负荷回路调节器起作用。DEH接收现场功率信号经DEH三取二逻辑处理后与给定功率进行比较后，送到负荷回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。


(3) 调节级压力反馈投入。


在这种情况下，调节级压力回路调节器起作用。DEH接收汽轮机调节级压力信号与给定信号进行比较后，送到调节级压力回路调节器进行差值放大，综合运算，PID调节输出阀门开度信号到伺服卡，与阀位反馈信号进行比较后，输出控制信号到伺服阀，从而控制阀门的开度，满足要求的功率。


上述三种模式下，一次调频回路，始终存在与每一个回路中，只是有死区而已，在网频（汽机转速）波动较小时，它不产生作用。运行时，操作人员可设置目标值和升负荷率。DEH控制系统逻辑设定负荷反馈投入方式和调节级压力投入方式不能同时投入， 投入一种反馈时另一种反馈自动切除。


机组启动时可选用高中压联合启动方式和中压缸启动方式里的任何一种方式。当选择高中压联合启动方式时，阀切换系数等于1，阀门开度信号同时输出到高压调节阀和中压调节阀。当选择中压缸启动方式时，阀切换系数等于0，则阀门开度信号送高压调节阀的指令乘系数0，值为0，则高调阀开度为0。因此，阀位开度信号便送到中压调阀控制回路，从而控制中调阀的开度，满足中压缸启动方式。在阀切换过程中，阀切换系数由0逐渐变到1，机组便转换为高中压联合进汽形式。对汽轮发电机组来讲，由于调节阀的开度同蒸汽流量存在非线性，因此要进行阀门的线性修正，DEH控制系统设计了阀门修正函数F(x)来进行阀门的线性修正。