基于二模态控制策略的超超临界机组过热汽温控制系统设计

摘要

目前，由于用电量的增大导致机组装机容量越来越大，同时对电网的调峰要求越发严格。因此对机组自动化系统的控制品质要求很高，而过热汽温作为衡量火电厂运行质量的极为重要的指标，对其控制的好坏直接影响到电厂运行的安全性及经济性。由于过热蒸汽温度系统的非线性，时变，大迟延、大惯性等，而采用基于固定数学模型的常规PID串级控制抗干扰能力弱、在工况变化下适应性差、响应速度较慢，难以取得满意的控制效果。
　　目前内模控制算法在各个电厂的过热汽温控制系统中具有较好的控制效果。内模控制系统具有结构简单、调节性能精确、稳态性能好、鲁棒性强以及抗干扰能力强等特点，因而在工控领域得到了很多专家学者的重视，关于内模控制的优化研究与实际应用工作进行的如火如荼。然而内模控制也存在自身的不足:当控制器模型与被控对象实际模型失配情况严重时控制效果将会下降。除了内模控制，模糊控制也广泛得到了应用。模糊控制是一种智能控制策略、不需依赖对象数学模型、具有很强的高参数变工况适应能力的控制算法。模糊控制极其适用于非线性、大延迟、大惯性特性的生产工业对象，但是由于模糊控制近似于非线性比例加微分控制，因而控制动态性能较好而稳态性能较差。
　　因此结合内模控制及模糊控制的优点，设计了二模态控制策略，即根据过热汽温设定值与实际值的偏差来切换控制算法:当偏差值较大时，系统切换至模糊控制算法，利用模糊控制动态性能好的特性，能够快速跟踪输入偏差并快速缩小偏差;当温度偏差较小时切换至内模多模型控制方案，利用内模控制器调节性能优良，基本上可消除静态偏差，在整个动态控制过程中利用多模型控制的特性，根据被控对象实际特性以切换至相应的控制器以保证系统具有良好的控制品质和稳定性，在整个切换过程中能保证平滑无扰动。
　　针对该策略首先利用matlab对该算法进行仿真，仿真实验表明该二模态控制策略的变工况适应能力及控制精度和常规串级PID方案相比具有很强的优势。经过仿真实验验证具有良好的控制效果之后，将其应用于某660MW超超临界火电机组过热汽温的控制，在机组调试期间，利用国电智深DCS对该控制策略进行了逻辑组态及调试。DCS试运结果表明:该控制策略能够很好地克服由工况变化带来的影响，抗干扰能力强，体现出很强的负荷适应能力及优良的控制品质。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．3 先进算法研究现状

1．4 本文创新点及主要内容

1．4．1 本文主要内容

1．4．2 本文创新点

1．5 本章小结

第2章 内模控制器的研究

2．1 内模控制的发展背景

2．2 内模控制器的控制原理及结构

2．3 内模控制器整体设计

2．4 仿真研究

2．4．1 内模控制系统与PID串级系统的仿真对比实验

2．4．2 变滤波参数实验

2．4．3 模型失配仿真研究

2．5 本章小结

第3章 多模型控制策略的研究

3．1 多模型控制简介

3．2 多模型控制系统的设计

3．2．1 被控对象模型集合的建立

3．2．2 模型控制器的设计

3．2．3 模型切换调度机制的设计

3．3 多模型控制系统仿真研究

3．3．1 典型工况下的仿真结果

3．3．2 非典型工况下的仿真结果

3．4 本章小结

第4章 模糊控制系统的研究

4．1 模糊控制简介

4．2 模糊控制的原理

4．3 模糊控制器的基本构造

4．4 模糊控制器的设计

4．5 模糊控制仿真研究

4．6 本章小结

第5章 基于双模态控制的过热汽温控制系统的设计

5．1 超超临界机组过热汽温系统分析

5．1．1 过热汽温系统调节特性

5．1．2 末级过热器出口汽温特性

5．2 常规过热汽温控制系统分析

5．2．1 常规串级过热汽温控制系统

5．2．2 导前微分过热汽温控制系统

5．3 二模态汽温控制系统整体设计

5．4 模态切换逻辑的设计

5．5 内模多模型控制器的设计

5．5．1 局部控制器的设计

5．5．2 模型集合的选择算法

5．6 模糊控制器的设计

5．7 本章小结

第6章 双模态汽温控制系统仿真研究及实现

6．1 变负荷工况下的仿真效果对比

6．2 外部干扰下的仿真效果对比

6．3 基于DCS平台的二模态过热汽温控制系统设计

6．3．1 国电智深DCS简介

6．3．2 二模态过热汽温系统的组态设计

6．4 基于DCS平台的实验效果

6．4．1 定制扰动实验效果

6．4．2 升降负荷实验效果

6．4．3 投入AGC实验效果

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文