300mw单元机组控制对象建模及控制算法分析

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1、第1章绪论1.1选题背景及其意义随着机组容量的增加,白动化控制在发屯生产中的作用显得越來越重要,特别是机组的安全、经济性能越来越依赖于自动控制,加之电网自动化水平的提高,各网调陆续要求各电厂投入自动控制,以便其自动根据电网负荷的情况分配负荷,这要求各电厂自动和协调控制效果良好,特别对负荷的响应速度有一定的要求。网调一般要求变负荷较大,对于直吹式锅炉是很大的考验。锅炉具有大迟滞大惯性的特点,大大的降低了机组的响应速度。传统的PID控制方法不能满足这种快速的负荷变动要求,能量平衡法可加快锅炉的响应速度,但是效果不是很理想。因此有许多专家提出建立锅炉模型,使用模型的--些数据预测机组

2、参数的变化特别是主蒸汽压力变化趋势,从而做到提前调整锅炉燃烧状况,这就有效地克服了锅炉的迟滞性。按照建立的锅炉模型,构建一个基木系统,然后使用锅炉实际测量的参数和构建的系统的输击参数之差作为修正变量来修正原系统。硏究大型火电机组锅炉的动态特性,对完善和指导锅炉的设计、控制系统的设计与整定、培训运行人员等都具有重要意义。先进控制是现代大工业生产过程中最重要的技术z—,先进控制技术应用得当,可带来显著的经济效益。所谓先进控制是那些不同于常规单回路PID控制,并具有比常规PID控制具有更好的控制效果的策略的统称,而非指某种计算机控制算法。它主要用来处理采用常规控制效果不好,甚至无法控

3、制的复杂工业过程控制的问题。其中在工业界已有应用的算法包括模型预测控制、内模控制、自适应控制、非线性过程控制以及智能控制方法等。实际的大多工业控制过程常具有非线性、时变性和不确定性,且大多数工业控制过程是多变量的,利用常规的控制方法难以达到良好的控制效果,因此建立在数学模型基础之上的各种高级控制策略逐步应用到实际中。1.2国内外研究动态1.2.1锅炉热力系统建模机组仿真模型的核心是建立数学模型。电站对象的数学模型包括锅炉本体模型和汽轮机模型、汽包水位、二次风系统、锅炉过热器系统等各个系统的动态模型。瑞典学者K.J.Astrom和澳大利亚学者R.D.Bell对自然循环汽包锅炉蒸发

4、系统动态特性进行了长期的研究和试验工作,他们应用基木物理定律建立了蒸发过程的非线性动态模型,进行了阶跃扰动响应仿真,并与电厂试验数据进行了比较,仿真结果与电厂试验数据有着很好的一致性。就火电机组模型的用途而言,建模的目的主要有三种:一种是精确度要求很高的复杂模型,如炉膛的三维传热模型、循环硫化床的精确模型等,这些模型主要用于分析设备的特性,为改进设计提供必要的依据,建模时依据的理论以及公式比较复杂,建立的模型也非常的复杂,一般是针对机组的某一部分建立模型;另一种是用于仿真培训及运行规程优化的模型,这种模型的精度一般耍求不高,但应能够反映各种扰动的因素,以达到预期的培训效果。建模

5、吋一般采用机理法进行,依据基本的守衡定律及热力学定律建立系统的基本模型,再依据试验求得模型的参数,无法求得的参数一般根据经验设定。这种模型一般运行于仿真机上,使用者一般不关心模型的内部结构及参数,只关心模型输出对各种操作(输入)的反应;第三种是用于控制系统集成和控制算法研究的模型。这种模型一般要比仿真机上的模型更加精确,其系数的确定应以实际数据为基础。建立这种模型的方法一般有两种:一种是通过现场实验得到系统对各种输入的响应,再通过系统辨识得到传递函数描述,这种模型的缺点是使用范围较小,不能反映模型的非线性。另一种是依据基本定律建立系统的基本模型,再通过现场扰动试验找出所需要的参

6、数。如果想便于研究控制系统,建立模型时,一般应将热工系统模型与控制系统模型分开。所谓协调控制,一般是说利用反馈冋路的信号来纠正控制器的输出信号进而使得汽轮机和锅炉能够步调一致的工作,另外还要给锅炉自动控制系统和汽机自动控制系统传送指令,这样做的好处是可以很快的追踪上负荷变化的要求,将发挥机组的调频、调峰能力的潜力尽可能的发掘出来,当然跟踪负荷要求的大前提是保证电厂的安全生产,这就要求控制器调整的参数不能够超过各个仪器要求的安全范围。众多文献均说明了改造后的系统使原来许多不能实现的联锁、顺序控制逻辑均得以实现,其可靠性、纳入的范围大大提高,既保证了机组的安全运行,乂减轻了运行人员

7、操作的强度。现代大型工业过程及设备结构复杂,具有非线性、强耦合、大吋滞等特点,回路之间的耦合常常使得单回路控制器失效,给过程控制带来很大的困难。因此,通过分析协调控制系统的作用、组成、运行方式,剖析各组成部分的工作原理,分析机炉协调控制过程,研究和开发能在DCS中实现的多变量解耦控制策略,并与常规PID算法结合,设计适合于火电厂单元机组的机炉协调控制系统方案,对于改造不同容量的新老机组,进一步发挥DCS的功能,保证质量、提高产量、降低能耗,提高热工过程的自动化水平,具有重要的现实意义,是迫切

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1、第1章绪论1.1选题背景及其意义随着机组容量的增加,白动化控制在发屯生产中的作用显得越來越重要,特别是机组的安全、经济性能越来越依赖于自动控制,加之电网自动化水平的提高,各网调陆续要求各电厂投入自动控制,以便其自动根据电网负荷的情况分配负荷,这要求各电厂自动和协调控制效果良好,特别对负荷的响应速度有一定的要求。网调一般要求变负荷较大,对于直吹式锅炉是很大的考验。锅炉具有大迟滞大惯性的特点,大大的降低了机组的响应速度。传统的PID控制方法不能满足这种快速的负荷变动要求,能量平衡法可加快锅炉的响应速度,但是效果不是很理想。因此有许多专家提出建立锅炉模型,使用模型的--些数据预测机组

2、参数的变化特别是主蒸汽压力变化趋势,从而做到提前调整锅炉燃烧状况,这就有效地克服了锅炉的迟滞性。按照建立的锅炉模型,构建一个基木系统,然后使用锅炉实际测量的参数和构建的系统的输击参数之差作为修正变量来修正原系统。硏究大型火电机组锅炉的动态特性,对完善和指导锅炉的设计、控制系统的设计与整定、培训运行人员等都具有重要意义。先进控制是现代大工业生产过程中最重要的技术z—,先进控制技术应用得当,可带来显著的经济效益。所谓先进控制是那些不同于常规单回路PID控制,并具有比常规PID控制具有更好的控制效果的策略的统称,而非指某种计算机控制算法。它主要用来处理采用常规控制效果不好,甚至无法控

3、制的复杂工业过程控制的问题。其中在工业界已有应用的算法包括模型预测控制、内模控制、自适应控制、非线性过程控制以及智能控制方法等。实际的大多工业控制过程常具有非线性、时变性和不确定性,且大多数工业控制过程是多变量的,利用常规的控制方法难以达到良好的控制效果,因此建立在数学模型基础之上的各种高级控制策略逐步应用到实际中。1.2国内外研究动态1.2.1锅炉热力系统建模机组仿真模型的核心是建立数学模型。电站对象的数学模型包括锅炉本体模型和汽轮机模型、汽包水位、二次风系统、锅炉过热器系统等各个系统的动态模型。瑞典学者K.J.Astrom和澳大利亚学者R.D.Bell对自然循环汽包锅炉蒸发

4、系统动态特性进行了长期的研究和试验工作,他们应用基木物理定律建立了蒸发过程的非线性动态模型,进行了阶跃扰动响应仿真,并与电厂试验数据进行了比较,仿真结果与电厂试验数据有着很好的一致性。就火电机组模型的用途而言,建模的目的主要有三种:一种是精确度要求很高的复杂模型,如炉膛的三维传热模型、循环硫化床的精确模型等,这些模型主要用于分析设备的特性,为改进设计提供必要的依据,建模时依据的理论以及公式比较复杂,建立的模型也非常的复杂,一般是针对机组的某一部分建立模型;另一种是用于仿真培训及运行规程优化的模型,这种模型的精度一般耍求不高,但应能够反映各种扰动的因素,以达到预期的培训效果。建模

5、吋一般采用机理法进行,依据基本的守衡定律及热力学定律建立系统的基本模型,再依据试验求得模型的参数,无法求得的参数一般根据经验设定。这种模型一般运行于仿真机上,使用者一般不关心模型的内部结构及参数,只关心模型输出对各种操作(输入)的反应;第三种是用于控制系统集成和控制算法研究的模型。这种模型一般要比仿真机上的模型更加精确,其系数的确定应以实际数据为基础。建立这种模型的方法一般有两种:一种是通过现场实验得到系统对各种输入的响应,再通过系统辨识得到传递函数描述,这种模型的缺点是使用范围较小,不能反映模型的非线性。另一种是依据基本定律建立系统的基本模型,再通过现场扰动试验找出所需要的参

6、数。如果想便于研究控制系统,建立模型时,一般应将热工系统模型与控制系统模型分开。所谓协调控制,一般是说利用反馈冋路的信号来纠正控制器的输出信号进而使得汽轮机和锅炉能够步调一致的工作,另外还要给锅炉自动控制系统和汽机自动控制系统传送指令,这样做的好处是可以很快的追踪上负荷变化的要求,将发挥机组的调频、调峰能力的潜力尽可能的发掘出来,当然跟踪负荷要求的大前提是保证电厂的安全生产,这就要求控制器调整的参数不能够超过各个仪器要求的安全范围。众多文献均说明了改造后的系统使原来许多不能实现的联锁、顺序控制逻辑均得以实现,其可靠性、纳入的范围大大提高,既保证了机组的安全运行,乂减轻了运行人员

7、操作的强度。现代大型工业过程及设备结构复杂,具有非线性、强耦合、大吋滞等特点,回路之间的耦合常常使得单回路控制器失效,给过程控制带来很大的困难。因此,通过分析协调控制系统的作用、组成、运行方式,剖析各组成部分的工作原理,分析机炉协调控制过程,研究和开发能在DCS中实现的多变量解耦控制策略,并与常规PID算法结合,设计适合于火电厂单元机组的机炉协调控制系统方案,对于改造不同容量的新老机组,进一步发挥DCS的功能,保证质量、提高产量、降低能耗,提高热工过程的自动化水平,具有重要的现实意义,是迫切

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