亞臨界燃煤機(jī)組動(dòng)態(tài)建模及非線性控制應(yīng)用研究.pdf

1、電網(wǎng)用電量的高峰和低谷的頻繁變動(dòng)要求聯(lián)網(wǎng)發(fā)電的燃煤火電機(jī)組的運(yùn)行工況不斷地改變。在這個(gè)過程中，機(jī)組展現(xiàn)出的強(qiáng)非線性、耦合性及參數(shù)的時(shí)變性等常常造成現(xiàn)有的控制系統(tǒng)性能下降，有時(shí)會(huì)造成控制系統(tǒng)失靈而被迫采用手工調(diào)節(jié)，嚴(yán)重的影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)對措施之一就是引進(jìn)適應(yīng)性強(qiáng)的高性能控制系統(tǒng)。為此，研究機(jī)組的動(dòng)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(guān)鍵。 過熱系統(tǒng)是大型燃煤機(jī)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(gè)獨(dú)立自變量函數(shù)關(guān)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(dǎo)出過熱蒸汽的比焓函數(shù)和密度函數(shù)的簡化計(jì)算式。在此基礎(chǔ)之上，依據(jù)質(zhì)量平衡和能量平衡原理建立了過熱器的數(shù)學(xué)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(dòng)態(tài)特性的影響。 燃料系統(tǒng)的延遲時(shí)間、動(dòng)態(tài)系數(shù)以及蒸發(fā)系統(tǒng)的熱慣性是影響鍋爐響應(yīng)負(fù)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(gè)系統(tǒng)的模型。利用爐膛輻射能信號(hào)能夠及時(shí)反映燃料燃燒釋放出的熱量的特點(diǎn)，可以確定燃料系統(tǒng)的延遲時(shí)間及高溫段過熱器吸熱量；燃料系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系數(shù)由辨識(shí)方法確定；通過分析和擬合將復(fù)雜的蒸發(fā)系統(tǒng)熱慣性表達(dá)式轉(zhuǎn)化為簡便的計(jì)算式。利用一臺(tái)300MW燃煤機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)和計(jì)算對de Mello的簡化模型中汽包出口蒸汽流量的計(jì)算式進(jìn)行了修正。在驗(yàn)證模型方面，本文僅用實(shí)際機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行條件下測量的數(shù)據(jù)。這樣，可以避免外加試驗(yàn)信號(hào)對機(jī)組正常運(yùn)行的干擾。

4、將適當(dāng)?shù)姆蔷€性控制方法引入到火電機(jī)組的控制設(shè)計(jì)中對提高機(jī)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(yù)測控制是兩種令人感興趣的控制方法，它們適于處理運(yùn)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(tái)300MW燃煤機(jī)組非線性模型進(jìn)行了解耦線性化控制設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方案中，考慮到實(shí)際控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有幅值約束條件的限制，增加了指令處理器的設(shè)計(jì)，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(jī)組模型被解耦

5、線性化，因此，該控制系統(tǒng)能夠使機(jī)組在大范圍內(nèi)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(yù)測控制方法可以導(dǎo)出解析形式的控制規(guī)律，避免了在線滾動(dòng)優(yōu)化的計(jì)算負(fù)擔(dān)。因而，在復(fù)雜的過程控制中具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。本文將這種控制方法引入到一臺(tái)燃油火電機(jī)組的控制研究中。為了克服機(jī)組的某一狀態(tài)變量不可測量的缺陷，將控制器的實(shí)現(xiàn)形式采用為模型狀態(tài)反饋內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)。這樣，一方面可以避免設(shè)計(jì)非線性觀測器的麻煩，另一方面也增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的抗干擾