增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)與電站協(xié)調(diào)控制策略研究.pdf

1、船舶動(dòng)力及發(fā)電裝置是船舶能夠完成運(yùn)輸航行等任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備。汽輪發(fā)電機(jī)具有經(jīng)濟(jì)效益高、可靠性強(qiáng)、功率大、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是船舶主要發(fā)電機(jī)的形式之一。為了使汽輪發(fā)電機(jī)的電站負(fù)載在負(fù)荷突變時(shí)能與增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，本文以實(shí)際科研項(xiàng)目為課題研究背景，以各裝置的工作原理和智能控制策略為基礎(chǔ)，針對(duì)增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)與電站協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行了探討。
　　本文首先結(jié)合增壓鍋爐及其輔助設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行深入研究。遵

2、循能量守恒定律和質(zhì)量守恒定律，以及汽水的流向，對(duì)增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行建模。在簡(jiǎn)化機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，還考慮了工況變化時(shí)參數(shù)變化，建立了燃燒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。仿真結(jié)果表明，增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)在不同負(fù)荷變化下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)符合增壓鍋爐基本運(yùn)行規(guī)律，證明了所建模型的合理性和準(zhǔn)確性。其次，根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，深入研究汽輪發(fā)電機(jī)組-電站的工作機(jī)理。按照蒸汽的流向，將汽輪機(jī)按模塊建模法對(duì)電站汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行建模，從而設(shè)計(jì)了電站汽輪機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)模型，

3、并在不同工況下進(jìn)行仿真研究。由仿真結(jié)果可知，電站汽輪機(jī)系統(tǒng)在變負(fù)荷情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)符合汽輪發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行規(guī)律，說(shuō)明所建模型合理且準(zhǔn)確。結(jié)合增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，完整系統(tǒng)的提出為后續(xù)的協(xié)調(diào)控制策略研究奠定了基礎(chǔ)。再次，由整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型與工作機(jī)理，以及增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)和電站汽輪機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提出協(xié)調(diào)控制策略。針對(duì)協(xié)調(diào)控制策略實(shí)施后出現(xiàn)的安全問(wèn)題，從四個(gè)方面對(duì)燃燒系統(tǒng)作出協(xié)調(diào)控制。利用流量特性對(duì)燃油系統(tǒng)建立了數(shù)學(xué)模型并用模糊

4、控制算法對(duì)其優(yōu)化控制；根據(jù)牛頓第二定律對(duì)渦輪增壓機(jī)組建立了轉(zhuǎn)矩平衡方程，從而得到空氣流量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)其特性的研究對(duì)控制系統(tǒng)施加遺傳算法優(yōu)化的PID控制器，取得了很好的控制效果；根據(jù)前文所建增壓鍋爐燃燒系統(tǒng)中的蒸汽與水的質(zhì)量、能量守恒方程建立了主蒸汽壓力和上鍋筒水位的動(dòng)態(tài)物理機(jī)理模型，分別用加入 CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID算法和經(jīng)典 PID控制算法使它們得到良好的控制效果。這些模型的建立不僅對(duì)燃燒系統(tǒng)變化過(guò)程的描述更加完善，也對(duì)增

5、壓鍋爐燃燒系統(tǒng)與電站的協(xié)調(diào)控制起到關(guān)鍵性作用。最后，考慮到船舶推進(jìn)汽輪機(jī)在電站負(fù)荷突變時(shí)受到影響，針對(duì)這種情況作出協(xié)調(diào)控制策略。類比汽輪發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型給出推進(jìn)汽輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。在保持兩汽輪機(jī)蒸汽配比的情況下，推進(jìn)汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)主要與主蒸汽的輸出相關(guān)，因而需要主蒸汽壓力系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。因此，利用控制主蒸汽壓力的方法使推進(jìn)汽輪機(jī)和電站汽輪機(jī)在電站負(fù)荷突變時(shí)能夠協(xié)調(diào)控制，保證了船速的穩(wěn)定。仿真結(jié)果表明，該控制