火电机组直接空冷系统控制方法研究

摘要

分析了直接空冷系统的特点和控制性能的要求，初步设计了直接空冷系统的数据采集和轴流风机直接转矩控制方案，在系统辨识建模和仿真优化及故障诊断的相关理论的指导下，采用OPC（用于过程控制的对象链接和嵌入）技术将DCS（集散控制系统）内部数据导入MATLAB软件中进行处理和分析，完成对空冷系统部分控制参数的优化和故障诊断。主要研究内容如下： 1、综合阐述了火力发电机组空冷系统的特点、发展历程、国内外研究现状及发展趋势，介绍了直接空冷系统研究的主要内容及方法。 2、针对“空冷岛”规模大，参数多，设备衔接复杂，易受自然气候影响的特点，结合北京国电智深公司的EDPF-NT版DCS系统的性能指标，制定了采用国电智深DCS系统对直接空冷系统的数据采集方案，其中包括了空冷凝汽器（ACC）温度、压力及水位数据采集，空冷系统DCS与电气控制系统（ECS）联接和通信方式等。完成了EDPF-NT系统硬件配置、数据通道、数据库的定义和操作以及控制系统组态。 3、分析了集散控制系统的运行特点和数据组织方式，比较了多种工业通信技术的特点，选用OPC技术作为集散控制系统与外部软件的数据通信方法。并运用OPC ActiveX技术实现MATLAB与该系统的数据通信，并成功地应用在EDPF-NT版DCS系统与直接空冷系统控制软件包的通信方案中。 4、根据直接空冷系统轴流风机的技术特点，将直接转矩控制技术应用到风机变频调速中。为改善轴流风机低速运行的性能要求，采用了提高低速性能的磁链模型和启动方式，给出了逆变器开关选择列表，完成了变频器的控制算法。通过仿真研究，证明了风机直接转矩控制系统的设计是可行的。 5、利用OPC技术将现场DCS数据读入MATLAB平台，进而研究了系统辨识、参数优化和故障诊断算法，建立了控制对象的数学模型。通过遗传算法等先进算法对被控对象的PID控制器参数进行优化，从而指导DCS系统的PID算法参数的整定和优化；将分块主元分析方法应用到空冷系统的故障诊断中，并给出了应用实例。 6、在MATLAB平台下，开发了直接空冷系统优化软件包，在OPC技术支持下，实现了软件包与包括EDPF-NT版DCS系统、力控组态软件及其它工控软件的数据通信，从而完成以上位机、DCS系统、组态软件、控制软件包为组成部分的空冷系统优化平台的集成。

目录

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致谢

第一章 绪论

1.1 直接空冷系统原理及发展概述

1.1.1 直接空冷系统组成及原理

1.1.2 直接空冷系统发展概况

1.1.3 直接空冷系统的研究现状

1.2 本文研究内容概述

第二章 直接空冷设备数据采集

2.1 集散控制系统系统在火电厂监控系统中的应用

2.1.1 火电厂DCS系统的特点

2.1.2 火电厂DCS系统功能分配

2.1.3 数据采集系统及电气控制系统

2.2 数据采集方案设计

2.2.1 空冷凝汽器数据采集

2.2.2 轴流风机组数据采集和接入

2.3 EDPF—NT系统组态和软硬件配置

2.3.1 MMI站的建立

2.3.2 DPU站的建立

2.3.3 控制逻辑与组态

2.4 本章小结

第三章 OPC数据通信技术研究

3.1 数据通信概述

3.1.1 工控软件数据通信概述

3.1.2 OPC技术的优势

3.2 OPC技术原理

3.2.1 OPC的技术基础

3.2.2 OPC的数据构造

3.2.3 OPC的接口

3.3 直接空冷系统优化平台的数据通信设计

3.3.1 上位机系统的COM/DCOM配置

3.3.2 组态软件与MATLAB的数据通信设计

3.3.3 基于OPC ActiveX的EDPF—MATLAB数据通信研究与设计

3.4 本章小结

第四章 空冷风机直接转矩控制研究

4.1 直接转矩控制技术综述

4.2 直接转矩控制系统数学模型及原理

4.2.1 交流异步电机的数学模型

4.2.2 交流异步电机直接转矩控制原理

4.3 轴流风机直接转矩控制系统设计

4.3.1 磁链计算与比较模块设计

4.3.2 转矩计算与比较模块设计

4.3.3 变频器算法设计

4.3.4 建立定子磁场

4.3.5 电压空间矢量的设定

4.3.6 电压矢量的选择和开关状态表的设定

4.4 轴流风机组直接转矩控制仿真研究

4.4.1 仿真模型的建立

4.4.2 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第五章 控制算法的研究与应用

5.1 控制对象辨识

5.1.1 预测误差辨识法

5.1.2 子空间模型辨识

5.2 大时延系统的PID参数整定与优化

5.2.1 Smith预估器与内模控制系统

5.2.2 具有内模控制结构的PID控制器

5.2.3 一阶加时滞系统的PID参数整定与优化

5.2.4 二阶加时滞系统的PID参数整定与优化

5.3 控制系统故障诊断

5.3.1 主元分析方法原理

5.3.2 PCA方法在系统故障诊断中的应用

5.4 优化软件包开发

5.5 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 本文的主要工作及贡献

6.2 进一步研究的方向

参考文献

作者简历