MPS型中速磨煤机的建模与优化控制

摘要

磨煤机是火力发电厂的重要设备组成部分，其运行状态的好坏直接影响到火力发电机组运行的稳定性、经济性、环保型，对于保障电力生产的安全性，降低煤耗成本，提升发电效益也具有着重要意义。目前国内绝大多数的大型火力发电机组的制粉系统都安装的是中速磨煤机，该类系统通常包含多个控制输入量和多个被控输出量，是典型的多输入多输出系统，在火力发电厂实际的运行控制中，为了简化控制难度，往往针对各个回路单独设计控制器。但是，多输入多输出系统变量之间耦合情况非常严重，单独设计控制器的方法控制品质往往不佳。为了改善制粉系统的控制品质，提高机组经济性，需要从机理入手深入分析中速磨煤机的特性，建立其多工况下的机理模型，并实现多入多出系统的运行优化控制。
　　以MPS型中速磨煤机为研究对象，从质量平衡定理和能量平衡定理入手，深入分析了中速磨煤机的实际工作过程，同时还考虑了原煤水分的变化对系统模型产生的影响，建立了MPS型中速磨煤机的动态机理模型;基于SIS系统中采集到的机组历史运行数据，结合遗传算法求得了模型中的未知参数;将模型输出与现场数据进行对比，发现二者误差在可允许的范围之内，由此验证了所建立的MPS型中速磨煤机模型具有较高的准确度，能够较好的表征实际对象。
　　基于建立的磨煤机模型的状态空间方程，推导了广义预测控制(GPC)的表达式，并在磨煤机的各个典型工况下单独设计控制器，提出了一种多模型的预测控制方案，解决了制粉系统各变量间耦合较为严重的问题，提高了系统的控制品质。为了进一步优化制粉系统的运行，保证发电过程更加经济，分别提出了磨出口温度定值优化方案和制粉系统抗扰动的算法。以模型的状态量输出作为前馈信号，设计前馈补偿器对磨出口温度做定值优化，仿真结果表明，所设计的方案在确保磨煤机系统安全运行的前提下，能够降低入炉煤粉燃烧所需的汽化潜热，实现炉膛的经济性燃烧。综合考虑预测控制下各被控量的预测输出和历史输出，结合PID控制的思想，在预测控制算法的目标函数中加入比例、积分、微分作用，提出和推导了GPC-PID的控制算法。仿真结果表明，改进后的控制算法在克服煤水分扰动以及应对制粉系统大范围变工况时，能够表现出更好的动态调节性能，各被控量的调节过程更加平稳，对于制粉系统出力的精细控制有重要的意义。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．3 本课题研究内容

第2章 MPS型中速磨煤机的建模与仿真验证

2．1 制粉系统简介

2．2 MPS型中速磨煤机的简化非线性模型

2．2．1 磨入口一次风温度和一次风流量模型

2．2．2 磨内原煤量和磨内煤粉量模型

2．2．3 磨出口温度模型

2．3 模型参数辨识原理介绍

2．3．3 磨内原煤量和磨内煤粉量辨识

2．3．4 磨出口温度辨识

2．4 模型辨识与仿真验证

2．4．1 磨入口一次风温度和一次风流量验证

2．4．2 磨电流验证

2．4．3 磨出口温度验证

2．5 本章小结

第3章 MPS型中速磨煤机解耦控制

3．1 广义预测控制的算法推导

3．2 多模型预测解耦控制

3．2．1 多模型预测控制方案设计

3．2．2 仿真分析及算法验证

3．3 本章小节

第4章 MPS型中速磨煤机优化控制

4．1 磨出口温度设定值的优化

4．2 制粉系统抗扰动的算法研究

4．2．1 GPC-PID算法推导

4．2．2 抗煤水分扰动仿真实验

4．2．3 变工况扰动仿真实验

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢