大扰动条件下供汽系统控制及仿真研究

摘要

供汽系统是一种利用蓄能装置缓充汽源和用汽设备之间的蒸汽产量与用量不匹配的蒸汽动力系统，广泛应用于造纸、橡胶和太阳能发电等行业，其构成主要包括汽源和蓄热器两部分。供汽系统匹配控制是提高工作效率和维持汽源压力稳定的重要手段，而现阶段对供汽系统的研究主要集中在对汽源或者蓄热器的特性研究上，对系统匹配控制的研究较少。因此，本文以增压锅炉和蒸汽蓄热器组成的供汽系统为研究对象，利用GSE仿真平台建立动态仿真模型进行匹配控制策略研究。
　　本文在经过实验数据校核的GSE动态仿真模型的基础上，对系统的匹配控制策略进行定性和定量研究，以得出一种充汽快速且稳定的精细控制方案。首先，采用控制变量法分别研究充汽阀门的快开开度、快关开度、最大阀位出现时间和阀门类型对充汽速率的影响;其次，使用不同的阀门组合方式分别与两种旁通协控策略进行实验研究，以获得合适的阀门组合方式以及较好的旁通协控策略;最后，在上述研究的基础上，对旁通协控策略和充汽策略进行优化研究，以获得既快又稳定的充汽控制方案，同时与PID随动控制方案进行对比研究。
　　通过实验研究和对数据进行分析得出:充汽阀门的快开开度越大，或者最大阀位出现时间越晚，或者快关开度越大，充汽时间越短，同时根据不同类型阀门的充汽时间和流量变化情况选择线性阀和抛物线阀作为系统控制阀门;充汽阀门和旁通阀门分别为线性阀和抛物线阀的组合方式与协控策略二相结合时，充汽最快且压力控制效果较好;将旁通阀门的最小开度设置为0.18比设置最小旁通流量限制的控制效果更好;最大充汽阀位出现时间越早，最大瞬时充汽流量越大，但充汽时间越长。当最大瞬时相对充汽流量小于等于1时，充汽阀位最大值出现的时间对充汽时间没有影响，同时，最大瞬时充汽流量越小，汽包和母管压力波动越小，因此，使最大阀位处在快关线上时最合理;在上述结论的基础上继续研究发现，快开开度为0.6，最大阀位持续时间为5s时充汽最快且汽包压力控制在安全范围以内。通过与PID随动控制方案比较发现，由于阀门开关处匹配较难，随动控制造成的压力波动较大，但充汽时间更短。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 相关领域研究现状

1．2．1 国外研究状况

1．2．2 国内研究状况

1．3 课题研究目的与意义

1．4 课题研究内容

第2章 系统介绍及数学模型的建立

2．1 供汽系统简介

2．1．1 增压锅炉装置

2．1．2 蒸汽蓄热器

2．1．3 系统工作要求

2．2 增压锅炉装置的数学模型

2．2．1 燃烧部分数学模型

2．2．2 蒸发部分数学模型

2．2．3 对流受热面数学模型

2．2．4 涡轮增压机组数学模型

2．3 蒸汽蓄热器数学模型

2．4 其它部件数学模型

2．4．1 泵数学模型

2．4．2 阀门数学模型

2．5 本章小结

第3章 热力系统动态仿真的实现

3．1 系统仿真概述

3．2 仿真算法及流程

3．2．1 管路模型

3．2．2 压力节点模型

3．2．3 节点压力方程

3．2．4 模型求解

3．3 仿真模型的建立

3．3．1 JTopmeret热工流网模型搭建

3．3．2 JControl控制模型搭建

3．4 模型验证

3．5 本章小结

第4章 充汽影响因素研究及旁通控制策略确定

4．1 充汽控制策略仿真实验

4．1．1 充汽速率影响因素研究

4．1．2 旁通阀协控策略研究

4．2 协控策略及阀门类型匹配研究

4．2．1 抛物线阀组合仿真实验

4．2．2 线性阀组合仿真实验

4．2．3 线性阀与抛物线阀组合仿真实验

4．2．4 抛物线阀与线性阀组合仿真实验

4．3 本章小结

第5章 充汽及旁通控制策略优化研究

5．1 旁通最小流量研究

5．2 充汽阀快开开度研究

5．3 充汽阀最大开度持续时间研究

5．4 PID随动控制方案比较研究

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢