循环流化床机组AGC多变量约束预测控制方法研究与应用

摘要

近年来，在能源紧缺和环境污染的大背景之下，国家对于燃煤电厂的能耗与环保指标日趋严格，循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler，CFBB)凭借燃烧效率高、燃料适应性广、燃烧污染低、脱硫效率高和投资成本低等显著优点，展现出非常广阔的应用前景，针对循环流化床机组的建模与控制也日益成为研究的热点和重点。但是，目前针对CFB机组的建模和控制研究依然存在较多的问题，以燃烧系统建模为例，由于CFB内部的流动过程和燃烧反应非常的复杂，而目前面向CFB设计的建模方法大都偏重内部机理的分析，复杂的模型结构导致求解难度增加，所以并不适用于控制策略的研究;控制研究方面，由于循环流化床机组本身是一个典型的非线性、大延迟、大惯性、强耦合热工对象，且存在输入输出约束，而传统的AGC控制沿用常规煤粉锅炉机组控制结构，并采用PID加前馈解耦的控制策略，无法充分利用CFB机组特性，所以不能获得理想的控制效果。综上所述，面向控制的循环流化床机组简化机理模型的建立，以及在此基础上的新型控制结构和控制策略的研究，都具有非常重要的理论意义和应用价值。
　　本文首先通过研究循环流化床机组特性，以燃烧系统为重点，深入分析“积碳”和一次风对于炉膛燃烧的影响，同时综合考虑汽水系统、过热器和汽机系统，建立面向控制的循环流化床机组简化机理模型，并针对模型的参数辨识，给出了一种基于改进和声搜索算法的辨识方法，结合现场实验数据验证了模型的可靠性;其次充分利用一次风对于CFB燃烧过程中“积碳”和蓄热的影响，提出了针对循环流化床机组的新型AGC控制结构，并结合工程实际，将床温区间控制引入控制策略中。同时以此控制结构为基础，研究基于IHS-MHE算法的循环流化床机组多变量约束预测控制算法，并通过AGC仿真实验验证算法的负荷跟踪性能、稳定性和鲁棒性;最后利用Visual C++和Matlab混合编程的方式，开发循环流化床机组AGC优化控制软件，并完成了DCS逻辑组态的修改。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 循环流化床机组建模的研究现状

1．2．2 循环流化床机组AGC控制的研究现状

1．3 论文主要研究内容与结构

第二章 基于改进和声搜索算法(IHS)的循环流化床机组动态建模研究

2．1 引言

2．2 循环流化床机组简化机理建模

2．2．1 建模相关假设

2．2．2 积碳与燃烧模型

2．2．3 汽水系统模型

2．2．4 过热器模型

2．2．5 汽轮机系统模型

2．3 循环流化床机组的简化机理模型

2．4．1 和声搜索算法

2．4．2 基于改进和声搜索算法(IHS)的模型辨识

2．4．3 模型验证

2．5 本章小结

第三章 基于MHE的循环流化床机组多变量约束预测控制方法研究

3．1 引言

3．2 循环流化床机组新型AGC控制结构

3．3 基于MHE算法的多变量约束预测控制算法

3．3．1 基于状态空间模型的多变量预测控制算法

3．3．2 基于MHE的状态估计算法

3．4 仿真研究

3．4．1 典型工况点划分与子模型辨识

3．4．2 全局线性变参数模型(LPV)建模

3．4．3 CFB机组AGC仿真

3．5 本章小结

第四章 循环流化床机组预测控制优化软件的开发

4．1 引言

4．2 控制软件研究与开发

4．2．1 控制软件结构研究

4．2．2 控制软件编程研究

4．3 系统DCS研究与逻辑组态修改

4．3．1 DCS系统控制画面说明与修改

4．3．2 DCS系统控制逻辑组态说明与修改

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 今后工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

作者在攻读硕士学位期间申请的专利

作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目