亞臨界燃煤機組動態(tài)建模及非線性控制應用研究.pdf

1、電網用電量的高峰和低谷的頻繁變動要求聯(lián)網發(fā)電的燃煤火電機組的運行工況不斷地改變。在這個過程中，機組展現(xiàn)出的強非線性、耦合性及參數(shù)的時變性等常常造成現(xiàn)有的控制系統(tǒng)性能下降，有時會造成控制系統(tǒng)失靈而被迫采用手工調節(jié)，嚴重的影響了機組運行的安全性和經濟性。應對措施之一就是引進適應性強的高性能控制系統(tǒng)。為此，研究機組的動態(tài)特性并建立模型是研發(fā)高性能控制系統(tǒng)成功的關鍵。 過熱系統(tǒng)是大型燃煤機組中的重要組成部分，其輸出的主蒸汽壓力和溫度是要

2、控制的主要參數(shù)。本文先提出一種能夠確定具有兩個獨立自變量函數(shù)關系式的新方法－雙線性擬合法，并予以證明。然后，從過熱蒸汽的熱力特性入手導出過熱蒸汽的比焓函數(shù)和密度函數(shù)的簡化計算式。在此基礎之上，依據(jù)質量平衡和能量平衡原理建立了過熱器的數(shù)學模型，揭示了蒸汽流量、吸熱量和減溫器噴水流量對主蒸汽壓力和溫度動態(tài)特性的影響。 燃料系統(tǒng)的延遲時間、動態(tài)系數(shù)以及蒸發(fā)系統(tǒng)的熱慣性是影響鍋爐響應負荷指令變化速度的主要因素。本文依據(jù)守恒定律建立了這兩

3、個系統(tǒng)的模型。利用爐膛輻射能信號能夠及時反映燃料燃燒釋放出的熱量的特點，可以確定燃料系統(tǒng)的延遲時間及高溫段過熱器吸熱量；燃料系統(tǒng)的動態(tài)系數(shù)由辨識方法確定；通過分析和擬合將復雜的蒸發(fā)系統(tǒng)熱慣性表達式轉化為簡便的計算式。利用一臺300MW燃煤機組運行數(shù)據(jù)和計算對de Mello的簡化模型中汽包出口蒸汽流量的計算式進行了修正。在驗證模型方面，本文僅用實際機組變負荷運行條件下測量的數(shù)據(jù)。這樣，可以避免外加試驗信號對機組正常運行的干擾。

4、將適當?shù)姆蔷€性控制方法引入到火電機組的控制設計中對提高機組控制系統(tǒng)的性能大有裨益。微分幾何非線性控制和非線性模型預測控制是兩種令人感興趣的控制方法，它們適于處理運行條件變化大的非線性過程的控制問題。本文利用微分幾何非線性控制方法對一臺300MW燃煤機組非線性模型進行了解耦線性化控制設計。在設計方案中，考慮到實際控制執(zhí)行機構具有幅值約束條件的限制，增加了指令處理器的設計，通過減緩指令的軌跡以使控制約束條件得到滿足。由于非線性機組模型被解耦

5、線性化，因此，該控制系統(tǒng)能夠使機組在大范圍內跟隨指令要求且保持穩(wěn)定。 基于泰勒級數(shù)展開式的非線性模型預測控制方法可以導出解析形式的控制規(guī)律，避免了在線滾動優(yōu)化的計算負擔。因而，在復雜的過程控制中具有明顯的優(yōu)點。本文將這種控制方法引入到一臺燃油火電機組的控制研究中。為了克服機組的某一狀態(tài)變量不可測量的缺陷，將控制器的實現(xiàn)形式采用為模型狀態(tài)反饋內模控制結構。這樣，一方面可以避免設計非線性觀測器的麻煩，另一方面也增強了控制系統(tǒng)的抗干擾