火电厂协调控制系统建模及控制方法的研究

摘要

近年来，随着我国电力行业的飞速发展，其中占主要地位的火力发电也得到了迅猛发展。我国在上世纪八十年代以300MW亚临界机组为主，从九十年代开始逐渐向600MW超临界机组过渡，并且开始研究1000MW超超临界机组。目前600MW超临界机组已经成为我国火电机组的发展方向并逐步成为电网的主力机组，所以本文选择600MW超临界机组为研究对象。
　　超临界机组相比于亚临界机组有着更复杂的特性，其对控制系统的要求也就更高。为了提高超临界机组对电网负荷指令的跟随能力和自身运行效率，很多国内外的专家学者都在致力于超临界机组协调控制系统的研究。与此同时，可以说超临界机组对象精确的数学模型是进行协调控制系统设计和研究的基础。故本文在总结前人工作的基础上，提出了对超临界机组协调控制系统建模及控制方法的研究思路。
　　在建模方面。由于超临界机组对象具有高参数、大惯性、多变量、强耦合等特点，纯粹的机理建模对如此复杂的热工系统已经很难建立其精确的数学模型；而实验建模的方法在缺少必要的先验知识的前提下难以确定辨识系统数学模型的结构，也容易造成较大误差。故本文提出了将机理建模和实验建模相结合的“灰盒法”建模，先通过对超临界机组对象进行机理分析确定对象数学模型的基本结构，再将火电厂现场运行历史数据作为实验辨识的初始数据，然后对所选数据进行低通滤波、粗大值处理和零初始值预处理。最后在MATLAB编程工具下，利用粒子群(PSO)算法对被控对象模型参数进行寻优，使得实际系统和辨识模型的输出尽可能接近，最后得到超临界机组对象的数学模型。
　　在控制方法研究方面。目前许多专家学者对超临界机组协调控制系统有很多先进控制理论和控制方法的研究成果，但是这些先进控制算法虽然能够在仿真研究中取得较好的控制效果，但它们通常结构较复杂、待整定的参数较多且物理意义不明确难以被工程人员所掌握，所以很难在实践中大范围推广。因此本文从实际应用的角度着手，将超临界机组协调控制系统的研究重点放在控制系统结构上，设计了压力拉回回路和机组负荷指令的前馈回路。同时分析了多目标系统优化问题Pareto解集求解的方法，最后在MATLAB编程工具下利用PSO算法对控制器参数进行寻优，仿真结果表明了本文对超临界机组协调控制系统的结构设计具有较好的控制效果。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第2章 超临界机组对象特性分析

2.1 引言

2.2 超临界与亚临界机组的特性差异

2.3 超临界机组静态特性研究

2.4 超临界机组动态特性研究

2.5 本章小结

第3章 超临界机组协调控制系统建模研究

3.1 引言

3.2系统辨识的原理与方法

3.3 现场历史数据选取及其预处理

3.4 超临界机组对象模型结构的确定

3.5 基于现场历史数据的模型辨识

3.6 本章小结

第4章 超临界机组协调控制系统控制方法的研究

4.1 引言

4.2 超临界机组协调控制系统结构设计

4.3 超临界机组协调控制系统多目标优化方法设计

4.4超临界机组协调控制系统仿真优化

4.5 本章小结

第5章 结论及展望

5.1 本文总结

5.2 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