多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)控制算法及其在鍋爐低氮燃燒優(yōu)化中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家不斷推進(jìn)電力改革。電網(wǎng)中新能源比例不斷提高，調(diào)峰能力不足;重化工業(yè)用電增速放緩，火力發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)快速下降;環(huán)境污染問題得到普遍關(guān)注，氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛。作為承擔(dān)電網(wǎng)主要發(fā)電任務(wù)的火電機(jī)組，面臨的挑戰(zhàn)主要概括為:
　　(1)必須具備較強(qiáng)的變負(fù)荷運(yùn)行能力，參與電網(wǎng)深度調(diào)峰;
　　(2)必須提高機(jī)組運(yùn)行效率，最大化企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益;
　　(3)必須控制氮氧化物排放濃度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的雙贏局面。

2、
　　綜合上述要求，火電機(jī)組必須通過技術(shù)進(jìn)步提升自身靈活性，在參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的過程中，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤誤差盡可能小、經(jīng)濟(jì)效益盡可能高和氮氧化物排放盡可能小等多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)。
　　鍋爐燃燒過程是火電機(jī)組負(fù)荷跟蹤系統(tǒng)中，控制氮氧化物排放、提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。然而，在當(dāng)前的火電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)中，并沒有發(fā)揮鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整的作用。其主要原因歸結(jié)為:
　　(1)缺乏面向控制的，包含爐內(nèi)燃燒調(diào)整動(dòng)態(tài)描述的火電機(jī)組非線性動(dòng)

3、態(tài)建模方法和模型的研究;
　　(2)火電機(jī)組負(fù)荷跟蹤系統(tǒng)是一個(gè)包含多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的被控過程，缺乏對(duì)將過程經(jīng)濟(jì)性與控制目標(biāo)綜合考慮的先進(jìn)多目標(biāo)優(yōu)化控制算法的開發(fā)與應(yīng)用研究。
　　為了解決上述問題，提升火電機(jī)組競爭力。本文提出構(gòu)建面向鍋爐經(jīng)濟(jì)性低氮燃燒優(yōu)化的機(jī)爐負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，本文以直吹式汽包爐火電機(jī)組為研究對(duì)象，從建模和控制算法兩方面進(jìn)行基礎(chǔ)研究，并最終通過仿真研究驗(yàn)證所構(gòu)建的控制系統(tǒng)的有效性。本

4、文的主要內(nèi)容包括:
　　建模研究方面。
　　(1)分析鍋爐系統(tǒng)主要?jiǎng)討B(tài)特性及各子系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)，并重點(diǎn)分析爐內(nèi)燃燒過程的NO生成化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和煙氣流動(dòng)過程中的傳熱傳質(zhì)關(guān)系，確定了鍋爐燃燒調(diào)整的主要操作變量?；谀彻潭ㄘ?fù)荷點(diǎn)，分別給出了用于爐內(nèi)燃燒調(diào)整的各操作變量與鍋爐效率和爐膛出口氮氧化物生成濃度之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系機(jī)理數(shù)學(xué)建模方法，以及適用于先進(jìn)燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鍋爐系統(tǒng)灰箱非線性動(dòng)態(tài)建模方法。
　　(2)充分利用現(xiàn)場運(yùn)

5、行數(shù)據(jù)，結(jié)合鍋爐燃燒過程與其他子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出利用鍋爐汽水側(cè)可測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)估算爐內(nèi)燃燒狀態(tài)量的計(jì)算方法，建立了包含鍋爐燃燒調(diào)整動(dòng)態(tài)描述的火電機(jī)組非線性動(dòng)態(tài)模型。
　　控制算法方面。
　　(1)以火電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷跟蹤過程為被控對(duì)象，指出當(dāng)前廣泛應(yīng)用于機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)的多層控制結(jié)構(gòu)，存在過程經(jīng)濟(jì)性非最優(yōu)的問題，提出了將表征發(fā)電過程經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，直接加入閉環(huán)反饋控制回路進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算的穩(wěn)定多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)框架，文中

6、通過理論推導(dǎo)和仿真研究驗(yàn)證其有效性。
　　(2)立足于解決多目標(biāo)優(yōu)化過程中目標(biāo)優(yōu)先級(jí)存在差異，相關(guān)控制調(diào)節(jié)參數(shù)與多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果之間關(guān)系不明確，需要通過試湊法確定調(diào)節(jié)參數(shù)的問題，提出了偏好可調(diào)的多目標(biāo)預(yù)測(cè)控制算法，并通過理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)證明了算法的有效性。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究方面。
　　基于模型和控制算法研究基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了面向鍋爐經(jīng)濟(jì)性低氮燃燒優(yōu)化的負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在改善機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行