火电锅炉汽水系统先进控制研究

论文摘要

火电锅炉对象的影响因素众多,很多回路都存在大时延、大惯性、非线性和慢时变特性,控制难度很高。现阶段,我国大型火电机组控制系统基本采用集散控制系统(DCS),普遍应用PID、串级和前馈等控制策略。但绝大部分回路PID参数整定粗糙,仅能保证运行安全性和基本控制要求,很难达到经济性要求。在我国,火电行业是绝对的耗能大户,也是污染大户,并且能源利用率明显低于国际先进水平。在火电锅炉控制系统中推广先进控制技术对企业节能和环境保护都有重要意义,但因种种原因所致,国内火电行业先进控制实际成功应用并不多。本文针对姚孟电厂苏尔寿直流锅炉,在具体分析其汽水系统工艺流程、关键回路对象特性和现有控制策略的基础上,从两种思路出发,提出了两种先进控制方案:推导出一种新的内模PID设计方法,并利用该方法整定关键回路,特别是大惯性、大时滞回路PID控制器参数;用阶梯式广义预测控制器替代关键回路原PID或原串级回路主PID控制器。这两种方案分别处于控制系统中的两个层次,可以同时进行。前者是PID控制器参数整定算法的改进,简单易行,不花费任何硬件成本就能取得一定程度上的控制效果的改观。后者是控制策略的改进,需要添加先进工作站并做DCS组态改动,但有很好的预期效果。本文采用系统辨识的方法建立了关键回路对象模型,并通过仿真证实了两种改进方案都能够取得控制效果的明显改观。最后,详细介绍为第二种方案实施所做的工作,包括:先进工作站与DCS数据通讯的实现过程、DCS组态修改结果及先进控制与优化软件设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景及意义
• 1.2 火电锅炉汽水系统先进控制现状
• 1.3 本文内容与安排
• 第2章 直流锅炉汽水系统自动控制
• 2.1 924T/H 苏尔寿直流锅炉简介
• 2.1.1 锅炉整体布置
• 2.1.2 汽水流程
• 2.2 直流锅炉特点及动态特性
• 2.3 姚孟4#机组汽水系统自动控制
• 2.3.1 给水控制系统
• 2.3.2 过热汽温控制系统
• 2.3.3 再热汽温控制系统
• 2.3.4 负荷控制系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 内模 PID 设计及在汽水系统中的仿真研究
• 3.1 IMC-PID 设计
• 3.1.1 IMC 控制器设计
• 3.1.2 传统 IMC-PID 控制器设计
• 3.2 基于Pade 近似一般形式的IMC-PID 设计方法
• 3.2.1 Pade 近似一般形式
• 3.2.2 设计原理及过程
• 3.2.3 与基于Maclaurin 展式设计方法的关系
• 3.2.4 仿真
• 3.3 姚孟4#机组汽压IMC-PID 控制
• 3.3.1 对象模型建立
• 3.3.2 新IMC-PID 控制器设计
• 3.3.3 仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 SGPC 算法在汽水系统中的仿真研究
• 4.1 SGPC 算法
• 4.1.1 GPC 算法
• 4.1.2 阶梯式策略
• 4.2 主汽温SGPC 仿真
• 4.3 再热汽温SGPC 仿真
• 4.4 主汽压SGPC 仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 DCS 组态修改与先进控制软件设计
• 5.1 基于OPC 技术的通讯实现
• 5.1.1 OPC 技术
• 5.1.2 先进工作站接入
• 5.1.3 DCOM 配置
• 5.1.4 数据通讯实现
• 5.2 组态修改
• 5.2.1 监控画面组态修改
• 5.2.2 控制逻辑组态修改
• 5.3 先进控制软件设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果