300MW燃煤汽包机组动态模型的建立和应用

论文摘要

随着电网容量的增加和发电机组容量的增大,电网对电厂的机组安全性和反应速度要求越来越高,而锅炉的大惯性和迟滞性严重影响机组的响应速度的决定性因素。建立准确的锅炉数学模型,能预测锅炉的参数趋势,有效的克服锅炉迟滞和大惯性,提升CCS系统的控制品质,是热控领域重要的研究课题。本文根据平凉300MW机组的实际数据,构建了300MW机组动态模型,同时结合增量式函数观测器在平凉发电公司的成功投运,以及平凉发电公司在协调方面做的一些改进和优化情况,介绍该公司协调控制系统的优化情况。另外,随着区域电网的逐步扩大和西北与华北联网的逐步实现,电网的动态稳定性显得越来越重要,对于依靠协调控制的一次调频系统的成功投运,直接影响着机组协调的安全稳定投入及电网的品质,同时也直接影响企业的市场竞争能力。本文详细介绍了平凉电厂300MW机组一次调频的构成、一次调频的试验数据和一次调频的改进情况。对于汽包炉来说,汽包水位控制是相对独立于协调控制的一个极其重要的子系统,保证锅炉进出物质平衡和正常的运行所需的工质,对于300MW汽包锅炉机组来说,就是维持汽包水位在允许的范围之内变化,锅炉水位间接的反映了锅炉内物质平衡状况(主要是蒸汽负荷与给水量的平衡关系),它是表征锅炉安全运行的重要参数之一,也是保证汽轮机安全运行的重要条件之一。许多专家对汽包水位进行研究,建立锅炉汽包水位动态模型,应用于汽包水位控制,以克服虚假水位,提高汽包水位的控制效果。本文从现场运行数据出发,结合汽包水位的传递函数,构建了汽包水位动态模型,有助于汽包水位的预测控制。另外对于过热器来说,主蒸汽出口温度控制也是对协调控制系统的投运具有重要影响的子系统,因为主蒸汽温度是锅炉汽水通道中温度最高的地方,过热器的材料虽然是耐高温的合金材料,但在正常运行时,过热器温度一般接近于材料所允许的极限温度,因此,主蒸汽温度的上限一般不应该超过设计值的5℃。如果汽温偏低,则又会降低电厂的热效率,过热器温度是影响火电厂安全、经济运行的主要参数,采用任何调节作用总显得有较大的迟滞和惯性,要达到这样小的温度偏差对于传统的PID来说有些困难,运用基于增量式函数观测器的状态反馈来克服主蒸汽温度的大惯性,效果明显。构建具有适当精度的过热器温度调节对象动态模型,利用模型预测主蒸汽温度的走势,可以提前改变喷水流量,更好的控制主蒸汽温度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 火力发电仿真的发展和现状
• 1.2.1 关于锅炉热力系统建模与仿真方面
• 1.2.2 关于锅炉自动控制方面
• 1.2.3 设计的思路
• 第二章 锅炉和汽机动态模型建立和协调控制优化
• 2.1 锅炉的基本模型构架
• 2.2 模型参数和函数的求取
• b，蒸汽母管的容量系数C_M求取'>2.2.1 锅炉蓄热系数C_b，蒸汽母管的容量系数C_M求取
• 1和惯性环节积分参数的求取'>2.2.2 函数f₁和惯性环节积分参数的求取
• 5（x）的求取'>2.2.3 函数f₅（x）的求取
• 2（x）函数的求取'>2.2.4 f₂（x）函数的求取
• 2.2.5 函数和迟滞时间的求取
• 4（x）函数和迟滞时间的求取'>2.2.6 f₄（x）函数和迟滞时间的求取
• 2.3 系统受控对象数学模型的调试和检验
• 2.4 小结
• 2.5 平凉发电公司协调控制系统使用情况简介
• 2.5.1 原系统控制策略及存在的问题
• 2.5.2 优化协调控制策略采用基于锅炉跟随的协调方式
• 2.5.3 引入增量式函数观测器，有效克服锅炉惯性特性
• 2.5.3.1 单元机组锅炉汽压被控对象非线性数学模型的状态空间表示
• 2.5.3.2 单元机组锅炉汽压被控对象的观测器设计
• 2.5.3.3 增量函数观测器在平凉发电公司的应用
• 2.5.4 增加比例的作用，提高锅炉的反应速度，改善调节品质
• 2.5.5 系协调子系统控制策略和参数优化
• 2.5.5.1 磨煤机入口风温控制策略和参数优化
• 2.5.5.2 在煤主控回路中引入热负荷信号
• 2.6 平凉发电公司一次调频试验
• 2.6.1 当前一次调频投运情况
• 2.6.2 华能平凉电厂 CCS和DEH系统的一次调频功能组成
• 2.6.3 一次调频系统功能试验
• 2.6.4 CCS一次调频功能调试
• 2.6.5 小结
• 第三章 汽包水位模型建立
• 3.1 汽包水位控制意义
• 3.2 汽包控制对象的特性
• 3.2.1 给水扰动下水位动态特性
• 3.2.2 蒸汽流量下的水位动态特性
• 3.2.3 炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性
• 3.3 汽包水位测量模型建立
• 3.3.1 给水流量扰动造成汽包水位变化环节的参数求取
• 3.3.2 主蒸汽流量环节造成汽包水位
• 3.3.3 热负荷扰动环节的参数求取
• 3.4 汽包水位动态模型的试验
• 3.5 小结
• 第四章 主蒸汽温度模型建立
• 4.1 过热器汽温调节对象的动特特性
• 4.1.1 蒸汽流量下的对象扰动的动态特性
• 4.1.2 烟气传热量扰动下的对象的动态特性
• 4.1.3 减温水扰动下的对象控制动态特性
• 4.2 过热器传递函数
• 4.2.1 锅炉蒸汽负荷变化时的过热器传递函数
• 4.2.2 减温水扰动下的传递函数
• 4.3 基于平凉发电公司300MW机组I级过热器蒸汽温度模型的构建
• 4.4 过热器出口温度模型参数求取
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表的论文