二次再热汽温机理建模及控制研究

摘要

能源危机的紧迫和环境问题的加剧迫使我国追求更加节能高效的发电方式。伴随着“上大压小”政策的顺利实施，在可预见的未来，锅炉机组必然朝着大容量、大机组的趋势发展。超超临界二次再热机组具有卓越的环保效果和优良的经济效益，且经过多年的技术积累，我国已具有坚实的材料技术和热工控制技术基础，发展超超临界二次再热机组将是我国发展高参数、大容量机组的不二法门。但是由于二次再热机组构造的复杂性和特殊性，使得二次再热机组具有十分明显的大滞后性和大惯性，因此如何及时有效的对再热汽温进行控制成为影响二次再热机组发展的拦路虎。 本文首先归纳分析了国内外已有的二次再热机组汽温控制策略，之后根据质量守恒和能量守恒方程，应用线性分布参数建模的方法，并采用低阶逼近以及结合物理概念进行合理简化后得出二次再热机组的数学模型。本文采用联合协调烟气挡板和燃烧器摆角调温方式作为日常调温手段，将喷水减温作为紧急情况下的调温手段对再热汽温进行控制。采用偏差调节的方法进行调节。燃烧器摆角调节回路中，选取一、二次再热蒸汽中再热汽温设定值与实际值之中较大的偏差进行调节；烟气挡板调节回路中，以使两者的偏差为零的目标进行调节。燃烧器摆角调节与烟道挡板调节不分先后、同时协调动作。为消除超超临界二次再热机组存在的大惯性和大滞后性问题，提出将PID控制与状态反馈控制相结合的控制方案，构建状态观测器便于及时准确的估算汽温的变化。最后以Matlab/Simulink为平台对该控制方案进行仿真实验。 本文设计得出的控制方案经过以Matlab为平台的仿真实验检验以后，证明了本方案可有效的消除二次再热超超临界机组的大惯性和大滞后性，提高了二次再热汽温控制的准确性，具有良好的控制品质和快速的响应速度。本文提供了一套新型的二次再热汽温控制方案，通过论证分析，可以对我国新型投产的超超临界二次再热机组具有一定的借鉴价值。且其计算方法简单易懂，利于推广。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 超超临界再热机组二次再热的研究现状

1.3 研究对象简介

1.4 论文主要工作及难点

1.4.1 论文主要工作

1.4.2 课题难点

1.5 本章小结

第2章 二次再热汽温机数学模型的建立

2.1 超超临界再热机组汽温控制方法

2.1.1 再热汽温蒸汽侧调节

2.1.2 再热汽温烟气侧调节

2.2 汽温控制方案的选取

2.3 再热器动态数学模型的机理分析

2.3.1 再热器的简化假设

2.3.2 基本方程

2.3.3 公式的线性化处理

2.3.4 在各种输入作用下的动态响应

2.4 传递函数简化

2.5 二次再热汽温数学模型的建立

2.6 烟气挡板扰动下的传递函数的计算

2.6.1 计算过程

2.7 燃烧器摆角扰动下再热器传递函数的计算

2.7.1 二次再热低温再热器动态特性的计算

2.7.2 二次再热高温再热器动态特性的计算

2.7.3 计算过程

2.8 喷水扰动下再热器传递函数的计算

2.8.1 二次再热再热器动态特性的计算

2.8.2 计算过程

2.9 本章小结

第3章 二次再热汽温状态反馈控制研究

3.1 经典再热汽温控制参数整定与仿真

3.2 增量式状态观测器的推导

3.3 观测器反馈矩阵的确定

3.4 状态反馈系数矩阵的求取

3.5 本章小结

第4章 二次再热汽温状态反馈控制仿真研究

4.1 二次再热汽温控制原理

4.2 二次再热汽温仿真实验

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢