文档介绍：火电厂主汽温控制系统研究
引言
过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一,过热蒸汽温度过高,可能造成过热其蒸汽管道和汽轮机的高压部分损坏;过热蒸汽温度过低,会引起电厂热耗上升,并使汽轮机轴向推力增大而造成推力轴承过载,还会引起汽轮机末级蒸汽湿度增加,从而降低汽轮机的内效率,加剧对叶片的腐蚀。所以锅炉运行中必须保持过热汽温稳定在规定值附近。因此,火电厂锅炉过热汽温,通常要求它保持在额定值±5℃范围内[1]。而汽温调节过程是典型的大延迟热工过程,由于大延迟的存在使过程可控指数很低,受控对象为多容、大惯性系统,受控系统存在严重的非线性和时变特性,且影响汽温变化的扰动因素很多,如蒸汽负荷、火焰中心位置等。这就给汽温调节带来很大的困难。而一些常规的控制方案用于大机组汽温调节效果不够理想,因此研究火电厂的主蒸汽温度控制系统的新型控制策略具有重要的意义。
模糊控制是当今控制领域中令人瞩目的控制方法和技术,它通过把专家的经验和要求总结成若干规则,采用简便、快速、灵活的手段,来完成那些用经典和现代控制手段难以实现的自动化的目标,因而在多个领域中得到越来越广泛的应用。由于常规模糊控制器的控制规则是根据现场操作人员或专家的经验总结出来的,其语言规则和合成推理往往是固定的,它假设控制过程不会产生超出这些经验范围的显著变化,从而有一定的局限性[2]。对于一个非线性、大延迟的系统,使用常规的PID控制,或是简单的模糊控制将难以达到满意的控制效果。
大型火电厂锅护主蒸汽温度控制系统是提高电厂经济效益,保证机组安全运行的不可缺少的环节。主蒸汽温度一般可看作多容分布参数受控对象,其动态特性表现为具有明显的滞后特性,因此对该对象的控制比较困难,本文结合模糊控制和串级控制的优点,提出主汽温FUZZY-PI串级控制方法,并且使用MATLAB 中的SIMULINK 软件进行仿真,仿真结果表明该控制器可以使系统具有很好的抗干扰性能和鲁棒性[3]。
绪论
论文的选题背景和意义
在火电厂中,热工对象普遍存在着大滞后和大惯性的特征,如电厂汽包锅炉蒸汽压力和燃料控制系统, 汽包锅炉过热蒸汽的温度控制系统,这给控制带来了一定的困难。本文以汽包锅炉过热蒸汽温系统为研究对象, 对汽温动态特性分析。
过热蒸汽温度一般可以看成多容分布参数受控对象,其动态特性描述一般可用多容惯性环节来表示, 通过其阶跃扰动动态特性实验结果可以看出, 该对象具有明显的滞后特性。原因主要有:
①锅炉燃烧工况不稳定, 烟气侧扰动频繁且扰动量较大, 影响过热蒸汽温度变化快;
②由于工艺特性决定各级过热汽管道较长, 造成过热汽温对其控制输入——喷水减温器的减温水量变化反应较慢;
③外部扰动(如主蒸汽流量波动、主汽压力波动、汽水分离器水位波动、给水温度及流量变化、蒸汽吹灰投入等) 变化频繁且扰动量较大, 而使主汽温度长期不能稳定;
④由于参数整定不当引起一、二级喷水量不匹配, 使得喷水量内扰较大, 造成过热汽温在外扰较小时仍偏离设定值较大。
因此, 针对上述情况设计的过热汽温控制系统, 既要求对烟气侧扰动及负荷波动等较大外扰具有足够快的校正速度,同时又要求对减温水内扰有较强的抑制能力, 从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质, 并能保证系统运行的安全性。
常规控制方案: 一种是串级控制, 另一种是导前汽温微分信号控制。当工况变化大时, 难以保证控制品质。因而考虑在串级控制系统中引入模糊控制器, 根据运行人员的操作经验, 采用复合模糊串级控制系统。仿真结果表明: 与传统的PID 控制相比, 复合模糊串级控制具有更快的响应、更小的超调和更强的抗干扰能力[4] 。
1965年,美国加利福尼亚大学的扎德教授发表了开创性的论文,从而产生了模糊集合论,并奠定了模糊集理论和应用研究的基础。
其后,一些学者把模糊集的思想引入系统控制,提出了模糊控制的概念,并开展了理论及应用方面的研究。1974年, 首先把模糊控制语言组成的模糊控制器用于控制蒸汽发动机;在以后的20多年中,模糊控制在控制领域的应用越来越受到人们的重视。国外不少专家、学者、工程技术人员都致力于模糊控制的研究,并将模糊控制器用于工业过程控制方面,取得了良好的效果。在高度工业化的日本,其模糊控制理论和研究都处于世界领先地位。从家用电器到生产过程控制,应用模糊控制技术的新一代产品已大量上市。
从1979年开始,我国也开始了模糊控制理论及应用方面的研究。目前,模糊理论方面的研究已取得了重要的成果。在各种模糊控制算法和模糊与常规复合控制算法的研究中取得了许多有价值的成就。传统的PID控制器,由于其控制规律简单,参数设置亦不复杂,在过程控制中仍得到广泛的应用。但其致命的缺点是事先设定好的控制参数不能适应过程的不确定