单元机组脱硝控制系统自抗扰控制算法应用研究

摘要

现如今，随着我国北方大部分地区都产生了一定程度的雾霾天气，环境污染问题的治理迫在眉睫。火电厂氮氧化物的排放是造成这种污染的重要来源之一，当前氮氧化物脱除技术中选择性催化还原(SCR)脱硝技术占很大比重，因脱硝系统是一类大迟延、非线性、时变的模型，经典 PID控制效果不佳。因此研究新型的自抗扰控制应用到火电厂SCR脱硝系统中是非常必要的，可以提高脱硝效率，减轻氮氧化物的污染，提升火电机组经济效益，达到保护环境的目的。 本文采用一种先进的智能控制策略——自抗扰控制算法。首先对自抗扰控制的原理进行深入研究，对自抗扰结构的三个模块：跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器（ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)的离散化算法逐一进行了详细分析，并给出二阶系统具体的自抗扰控制算法。然后针对自抗扰控制参数众多，整定复杂的情况，从分离性原理和PSO算法两方面对控制器参数进行整定优化并仿真验证了自抗扰控制算法的优越性。最后，在介绍了脱硝系统的原理和工艺流程的基础上，采用自抗扰控制算法对某电厂SCR脱硝系统的数学模型进行控制，并使用PSO算法优化控制器参数。在Matlab仿真平台下分析了负荷在58%、75%、92%三种工况下自抗扰控制策略的设定值曲线、抗干扰曲线、跟踪能力曲线以鲁棒性曲线，并与传统的PID控制进行对比，实验仿真证明自抗扰控制算法在实时性和鲁棒性上都要比传统PID控制效果更好。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 现阶段国内外研究现状

1.2.1 SCR脱硝技术及其研究现状

1.2.2 自抗扰控制及其研究现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 火电厂脱硝系统概述

2.1 SCR烟气脱硝系统的组成

2.1.1 烟气系统

2.1.2 喷氨系统

2.1.3 液氨储存蒸发系统

2.1.4 吹灰系统

2.1.5 SCR催化剂及安全辅助设施

2.2 SCR脱硝原理

2.3 SCR脱硝系统布置工艺

2.4 SCR脱硝系统控制方法

2.5 本章小结

第3章 自抗扰控制及参数整定方法

3.1 自抗扰控制基本原理

3.1.1 自抗扰控制结构

3.1.2 跟踪微分器(TD)

3.1.3 扩张状态观测器( ESO)

3.1.4 非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)

3.1.5 自抗扰控制器

3.2 基于分离性原理的参数整定

3.2.1 TD的参数整定

3.2.2 ESO的参数整定

3.2.3 NLSEF的参数整定

3.3 基于粒子群算法的参数整定

3.3.1 PSO算法

3.3.2 基于PSO算法的控制器参数整定

3.4 仿真实现

3.5 本章小结

第4章 自抗扰控制在脱硝系统中的应用研究

4.1 SCR脱硝控制系统

4.1.1 SCR脱硝系统的数学模型

4.1.2 SCR脱硝自抗扰控制系统

4.2 基于PSO算法的自抗扰控制参数优化

4.3 系统仿真分析

4.3.1 设定值实验

4.3.2 抗干扰实验

4.3.3 跟踪能力实验

4.3.4 鲁棒性实验

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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