先進(jìn)控制方法在電廠熱工過程控制中的研究與應(yīng)用.pdf

1、國內(nèi)大型熱力設(shè)備的自動控制系統(tǒng)已逐步采用先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)，這為先進(jìn)控制理論的應(yīng)用提供了良好的實現(xiàn)條件。但是目前大型熱力設(shè)備的自動控制幾乎都仍采用常規(guī)的線性PID控制系統(tǒng)，難以在整個負(fù)荷變動范圍內(nèi)均取得優(yōu)良的控制品質(zhì)。絕大多數(shù)大型發(fā)電廠的關(guān)鍵控制系統(tǒng)，在機組負(fù)荷大范圍變化時，均未能取得理想的控制品質(zhì)，嚴(yán)重影響了熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運行。 目前國內(nèi)大型火電機組的鍋爐過熱汽溫和再熱汽溫控制，幾乎仍采用常規(guī)的串級控制系統(tǒng)，而不少電廠汽

2、溫被控對象的滯后很大，且噴水閥存在嚴(yán)重的非線性，使得當(dāng)機組負(fù)荷變化時，汽溫往往偏離設(shè)定值8～10℃，超溫十分頻繁。由于過熱汽溫和再熱汽溫的頻繁超溫，容易導(dǎo)致鍋爐爆管事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響了火電機組的安全、經(jīng)濟(jì)運行。為此，有必要研究基于現(xiàn)代控制策略的新型汽溫控制方案。 同樣，大型火電機組的負(fù)荷系統(tǒng)是一個多變量非線性動態(tài)系統(tǒng)，它的動態(tài)特性隨工況的變化而大范圍變化。基于傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的機、爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，只是根據(jù)大型火電機組在某一負(fù)

3、荷點上的對象特性來設(shè)計的，但當(dāng)機組的負(fù)荷大范圍變化時，被控對象的動態(tài)特性往往變化很大，且被控對象存在嚴(yán)重的非線性。因此，常規(guī)PID控制系統(tǒng)在機組的整個負(fù)荷范圍內(nèi)不可能是全局最優(yōu)的，使大型火電機組的負(fù)荷跟蹤能力及機組的穩(wěn)定性均難以取得良好的控制效果。 由于PID控制規(guī)律是線性的，而熱工被控對象是非線性的，因此，若仍采用PID控制策略來對電站熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，總是突破不了用線性控制器來控制非線性對象的這一局限性，控制品質(zhì)提高必定

4、會受到限制。要進(jìn)一步提高控制品質(zhì)，應(yīng)該嘗試從方法上改變目前的這個常規(guī)控制模式，而研究采用基于火電機組整體非線性模型的全局非線性優(yōu)化控制系統(tǒng)。 為了解決電廠熱工過程控制中存在的一些實際問題，本文針對大型火電機組汽溫被控對象大慣性、大滯后的特點，以及負(fù)荷系統(tǒng)的非線性、時變性等特點，結(jié)合非線性系統(tǒng)模糊模型和預(yù)測控制、狀態(tài)變量控制的方法，提出了一系列基于非線性模糊模型的狀態(tài)變量控制方法和預(yù)測控制方法的先進(jìn)控制策略，為復(fù)雜熱力系統(tǒng)的控制提

5、供了新的思路和方法。 論文的第一章主要介紹了論文的選題意義和背景，以及狀態(tài)變量控制、預(yù)測控制、基于線性矩陣不等式(LMI)控制的研究現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前火電機組熱工過程控制中存在的問題，并介紹了論文的主要研究工作。 考慮到狀態(tài)變量控制技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù)是目前兩種比較適合大滯后被控過程的控制方法，論文第二章重點介紹了狀態(tài)變量控制和預(yù)測控制的基本原理，針對大型火電廠再熱汽溫被控對象大慣性、大滯后的特點，提出了基于狀態(tài)變量一預(yù)測控

6、制技術(shù)的再熱汽溫控制方法，即先采用狀態(tài)反饋理論來補償再熱汽溫被控對象的滯后和慣性，然后通過預(yù)測控制來對補償后的廣義被控對象進(jìn)行控制。仿真試驗及現(xiàn)場運行結(jié)果表明，該控制方法具有優(yōu)良的控制品質(zhì)，是一種對大滯后過程較為有效的控制策略。 論文第三章根據(jù)目前國內(nèi)外在非線性系統(tǒng)控制研究上的現(xiàn)狀及存在的問題，文中針對被控對象的仿射TSK模糊模型，結(jié)合現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)變量控制原理，研究提出了仿射模糊狀態(tài)變量控制方法，并從理論上證明了閉環(huán)系統(tǒng)

7、的穩(wěn)定性，該控制方法具有優(yōu)良的全局性和通用性?；痣姍C組的動態(tài)特性隨工況改變而大范圍變化，是個典型的非線性過程，為獲得更好的控制品質(zhì)，論文的第四章針對這種非線性特性，利用改進(jìn)型Gath-Geva模糊聚類算法辨識得到非線性機組對象的仿射型TS模糊模型，設(shè)計了基于時變CARIMA模型的模糊預(yù)測控制器，并對它的穩(wěn)定性做出分析；以500MW機組的鍋爐模型為例，進(jìn)行模糊聚類預(yù)測控制器的機組負(fù)荷控制系統(tǒng)設(shè)計。仿真試驗表明：本文提出的新型時變模糊聚類預(yù)

8、測控制器能很好的滿足大工況控制的要求，基于這種非線性控制器的負(fù)荷控制系統(tǒng)具有理想的變負(fù)荷適應(yīng)能力。 論文第五章首先分析了國內(nèi)外在模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析以及針對模糊模型的控制器設(shè)計方面存在的一些問題，文中在這些研究工作的基礎(chǔ)上，通過減弱閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的充分條件，得出新的減弱穩(wěn)定性條件。在減弱閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性條件下，提出了基于LMI的模糊狀態(tài)變量預(yù)測控制方法，并從理論上證明了閉環(huán)系統(tǒng)是全局漸近穩(wěn)定的。并將模糊狀態(tài)變量預(yù)測控制器應(yīng)用于南京