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基于广义预测控制的超临界参数单元机组负荷控制与优化研究

作　者: 杨荻
导　师: 金晓明
学　校: 浙江大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 超临界参数机组负荷控制广义预测控制局部稳态优化
分类号: TM621.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 44次
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内容摘要

单元机组是现代火电企业的主力机组,特别是高参数、大容量机组由于其较高的机组效率,在火电企业中所占的比例越来越高。电力行业的节能减排要以火电厂的节能减排为核心,以降低生产煤耗,提高企业竞争力。超临界参数机组负荷生产过程是一个非线性、参数时变、多变量耦合的被控对象,在保证锅炉和汽轮机稳定运行的同时,还要考虑它们之间动态特性差异,实现锅炉、汽轮机协调控制。因此,本文从以上问题出发,对机组的负荷控制与优化问题进行了研究,主要内容如下：1.简要分析了单元机组的工艺原理、特点,以及超临界参数机组的自动控制系统。综述了国内外先进控制与优化算法在机组运行中的研究与应用。2.分析了超临界参数单元机组的动态特性及各环节机理特性,概括了机组的建模研究现状。介绍了超临界参数机组负荷生产过程的主要输入输出变量及控制目标,推导了多变量广义预测控制与优化算法的基本形式及其约束处理。3.针对超临界参数机组负荷生产过程的动态特性与控制目标,提出了以负荷生产过程煤耗最小化为局部稳态经济指标的广义预测控制策略,并分别采取目标规划(Goal Programming,简记为GP)和线性规划(Linear Programming,简记为LP)实现局部稳态目标计算。通过仿真研究表明,在不需要目标协调时,GP+GPC与LP+GPC-具有相同的性能曲线,与常规广义预测控制相比,能够在保证基本控制目标实现的前提下,有效地降低燃料煤消耗,并且能够克服参数时变带来的模型失配影响,具有一定的鲁棒性；而在需要目标协调时,GP+GPC能协调好控制目标与经济优化目标之间的关系,比LP+GPC更好的完成控制任务。4.为了实现面向锅炉热效率的稳态优化与控制,对锅炉热效率指标飞灰含碳量、炉渣残碳量建立了最小二乘支持向量机软测量模型,并提出基于自然选择的粒子群算法优化建模参数。工业现场数据仿真表明,所建模型具有较好的精度,为设计面向锅炉热效率的优化控制系统奠定了基础。5.对全文进行了总结与展望

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-26
  1.1 引言  12-13
  1.2 锅炉-汽轮机单元机组工艺原理  13-16
    1.2.1 锅炉-汽轮机单元机组工艺介绍  13-14
    1.2.2 锅炉-汽轮机单元机组工艺特点  14-15
    1.2.3 超临界参数单元机组工艺特点  15-16
  1.3 超临界参数单元机组的自动控制  16-19
    1.3.1 燃烧控制系统  16-17
    1.3.2 汽温控制系统  17-18
    1.3.3 给水控制系统  18
    1.3.4 汽轮机控制系统  18-19
  1.4 单元机组先进控制的研究与应用  19-22
    1.4.1 模糊控制  19-20
    1.4.2 自适应控制  20
    1.4.3 神经网络控制  20-21
    1.4.4 模型预测控制  21-22
  1.5 优化技术的研究与应用  22-24
    1.5.1 优化研究  22-23
    1.5.2 单元机组运行优化软件概况  23-24
  1.6 论文的研究内容  24-26
2 超临界参数单元机组模型的建立与控制算法  26-46
  2.1 引言  26
  2.2 超临界参数单元机组运行参数的动态特性  26-29
    2.2.1 汽轮机进汽调节阀开度变动情况  27-28
    2.2.2 燃料量变化情况  28
    2.2.3 给水阀门开度变化情况  28-29
  2.3 超临界参数单元机组各环节分析  29-31
    2.3.1 集总参数环节  29-31
    2.3.2 炉膛燃烧过程  31
    2.3.3 汽轮机侧模型  31
  2.4 超临界参数单元机组模型的建立  31-34
    2.4.1 辨识模型  32
    2.4.2 机理模型  32-33
    2.4.3 传递函数矩阵模型  33-34
  2.5 超临界参数单元机组的控制目标与难点  34-35
    2.5.1 超临界参数单元机组控制目标  34
    2.5.2 超临界参数单元机组控制的难点  34-35
  2.6 超临界参数单元机组负荷控制  35-37
    2.6.1 锅炉跟随的控制方式  35-36
    2.6.2 汽轮机跟随的控制方式  36-37
    2.6.3 机炉协调控制方式  37
  2.7 多变量广义预测控制策略  37-45
    2.7.1 预测模型  38-40
    2.7.2 滚动优化  40-41
    2.7.3 反馈校正  41-42
    2.7.4 工业过程约束处理  42-43
    2.7.5 集成稳态目标的广义预测控制  43-45
  2.8 本章小结  45-46
3 以煤耗最小化为目标的超临界参数单元机组优化控制  46-62
  3.1 引言  46
  3.2 机组负荷控制过程模型化  46-49
  3.3 超临界参数机组负荷控制与优化  49-54
    3.3.1 基于线性规划的局部稳态目标计算  49-50
    3.3.2 基于目标规划的局部稳态目标计算  50-53
    3.3.4 动态控制计算  53-54
  3.4 仿真研究  54-61
    3.4.1 输出端阶跃扰动时的仿真研究  54-57
    3.4.2 存在对象模型失配时的仿真研究  57-59
    3.4.3 需要目标协调时的仿真研究  59-61
  3.5 本章小结  61-62
4 基于最小二乘支持向量机的锅炉热效率指标软测量  62-74
  4.1 引言  62-63
  4.2 最小二乘支持向量机回归  63-66
  4.3 粒子群参数优化算法及其改进  66-68
    4.3.1 基本粒子群优化算法  66-67
    4.3.2 改进粒子群优化  67-68
  4.4 飞灰含碳量、炉渣残碳量的软测量建模  68-70
    4.4.1 辅助变量选择  68-69
    4.4.2 数据预处理  69
    4.4.3 适应度函数  69-70
  4.5 仿真研究  70-72
  4.6 本章小结  72-74
5 总结与展望  74-76
  5.1 研究工作总结  74-75
  5.2 研究工作展望  75-76
参考文献  76-84
作者简介  84
作者在攻读硕士学位期间的研究成果  84

基于广义预测控制的超临界参数单元机组负荷控制与优化研究

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