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《长沙理工大学》 2015年
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中速磨煤机先进控制方案的研究

潘岩  
【摘要】:随着科学技术的进步,工业生产规模进一步扩大,能源问题凸显。就我国而言,步入新世纪以来,国家工业化水平进入加速发展时期,对能源的需求迅速扩大。火力燃煤发电厂单机容量高,不受季节、水位、日照时间等因素的影响,且不存在放射性污染威胁,是我国与世界很多国家电力生产的主要方式。煤是不可再生资源,提高燃烧效率、高效环保地利用原煤发电成为我国和世界其他各国的主流思想与研究重心。目前最普遍的解决方案是采用具有更高运行参数的超临界或超超临界火力发电机组。超临界或超超临界火力发电机组的主汽压力、主汽温度、主汽流量等运行参数很高,这就意味着单位质量蒸汽所能够蕴含的能量更多,从而增大蒸汽对汽轮机转子的冲转力度,做功效果好。总体上说超临界或超超临界火力发电机组单机容量较高。为满足大容量火力发电机组的煤量供给,直吹式制粉系统得到广泛应用。与中储式制粉系统相比,直吹式制粉系统的能耗大幅度降低,且能够迅速跟随机组负荷变化,运行优势明显。中速磨煤机是火力发电厂重要辅机之一,是直吹式制粉系统的核心设备。本文所要研究的中速磨煤机控制方案,对机组正常运行意义重大,因为煤粉颗粒的细度以及制粉过程的安全持续稳定将直接影响锅炉的燃烧过程。对中速磨煤机控制方案的研究必须从整体、全面的角度分析与中速磨煤机被控对象相关联的重要影响因素。本文从多个角度,诸如中速磨煤机制粉系统工艺流程、中速磨煤机自身动态特性、现有中速磨煤机控制方案等方面进行了全面分析,发现目前中速磨煤机普遍采用的经典PID控制方案控制效果不尽人意,中速磨煤机控制方案还有待进一步改进。本文采用机理建模方法,建立了中速磨煤机被控对象的动态机理模型;通过查阅大量的文献资料,并依据所建立的机理模型,建立了基于某火力发电厂实际测试参数的中速磨煤机动态测试模型;提出了中速磨煤机动态矩阵预测控制方案、中速磨煤机模糊控制与PID串级控制方案、中速磨煤机模糊控制与PID串联控制方案、中速磨煤机模糊控制与PID并联控制方案、中速磨煤机双模糊控制器控制方案;采用Matlab仿真软件对所提出的五种先进控制方案进行了仿真研究;同时为了与现有中速磨煤机经典PID控制方案比较,对现有中速磨煤机经典PID控制方案也进行了仿真研究。仿真研究结果表明:这五种控制方案各有特色,中速磨煤机动态矩阵控制方案的控制质量最好,但控制器参数整定较难;中速磨煤机模糊控制与PID串级控制方案的控制质量次之;中速磨煤机双模糊控制器控制方案的控制质量最差,不仅超调量大而且调节时间长。如果所有控制方案的控制器相关参数都为最佳,且扰动量和扰动位置相同,那么本文提出的五种中速磨煤机先进控制方案的控制品质均好于现有的经典PID控制方案。
【关键词】:中速磨煤机 直吹式制粉系统 动态矩阵控制 模糊控制 先进控制
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM621.2;TP273
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-12
  • 第一章 绪论12-23
  • 1.1 研究背景和意义12
  • 1.2 大型火力发电机组及磨煤机应用情况简介12-14
  • 1.2.1 国外大型火力发电机组及磨煤机的发展12-13
  • 1.2.2 国内大型火力发电机组及磨煤机的发展13-14
  • 1.3 中速磨煤机结构及应用14-18
  • 1.3.1 碗式磨煤机14-15
  • 1.3.2 平盘磨煤机15
  • 1.3.3 E型磨煤机15-16
  • 1.3.4 轮式磨煤机16-18
  • 1.4 制粉系统及控制现状18-19
  • 1.4.1 磨煤机制粉系统18
  • 1.4.2 制粉系统控制现状18-19
  • 1.5 先进控制技术在磨煤机中的应用19-21
  • 1.5.1 解耦控制应用现状19
  • 1.5.2 神经网络控制应用现状19-20
  • 1.5.3 动态矩阵预测控制应用现状20
  • 1.5.4 模糊控制应用现状20-21
  • 1.6 论文主要研究内容21-22
  • 1.7 本章小结22-23
  • 第二章 中速磨煤机被控对象动态模型23-33
  • 2.1 中速磨煤机制粉系统工艺流程23-24
  • 2.2 中速磨煤机动态建模24-32
  • 2.2.1 中速磨煤机直吹式制粉系统负荷被控对象动态模型24-28
  • 2.2.2 中速磨煤机制粉系统出口温度被控对象模型28-31
  • 2.2.3 中速磨煤机制粉系统被控对象动态模型31-32
  • 2.3 本章小结32-33
  • 第三章 中速磨煤机经典控制方案的仿真33-39
  • 3.1 中速磨煤机被控对象动态模型简化33-34
  • 3.2 中速磨煤机经典控制方案34-35
  • 3.2.1 单回路单向解耦控制方案34
  • 3.2.2 串级单向解耦控制方案34-35
  • 3.3 中速磨煤机经典控制方案的仿真35-37
  • 3.3.1 中速磨煤机单回路单向解耦控制方案的仿真35-36
  • 3.3.2 中速磨煤机串级单向解耦控制方案的仿真36-37
  • 3.4 本章小结37-39
  • 第四章 中速磨煤机动态矩阵控制及仿真39-48
  • 4.1 中速磨煤机动态矩阵控制方案设计39-43
  • 4.1.1 预测模型40-41
  • 4.1.2 反馈校正41-42
  • 4.1.3 滚动优化42-43
  • 4.2 中速磨煤机动态矩阵控制方案的仿真43-47
  • 4.2.1 中速磨煤机给定值阶跃变化时的仿真43-44
  • 4.2.2 中速磨煤机被控对象时间常数变化时的仿真44-45
  • 4.2.3 改变动态矩阵控制器预测时域长度和控制时域长度的仿真45
  • 4.2.4 改变误差加权矩阵和控制量加权矩阵时的仿真45-46
  • 4.2.5 与中速磨煤机单回路单向解耦控制方案对比分析46-47
  • 4.2.6 与中速磨煤机串级单向解耦控制方案对比分析47
  • 4.3 本章小结47-48
  • 第五章 中速磨煤机模糊控制方案的研究48-61
  • 5.1 中速磨煤机模糊控制方案设计48-51
  • 5.1.1 经典PID与模糊控制器的串级控制方案48-49
  • 5.1.2 经典PID与模糊控制器串联控制方案49-50
  • 5.1.3 经典PID与模糊控制器并联控制方案50-51
  • 5.1.4 经典PID与双模糊控制器并联控制方案51
  • 5.2 中速磨煤机模糊控制方案仿真51-60
  • 5.2.1 经典PID与模糊控制器的串级控制方案仿真51-54
  • 5.2.2 经典PID与模糊控制器串联控制方案仿真54-56
  • 5.2.3 经典PID与模糊控制器并联控制方案仿真56-58
  • 5.2.4 经典PID与双模糊控制器并联控制方案仿真58-60
  • 5.3 本章小结60-61
  • 第六章 总结与展望61-64
  • 6.1 总结61-62
  • 6.2 展望62-64
  • 6.2.1 中速磨煤机控制方案的展望62-63
  • 6.2.2 中速磨煤机控制装置的展望63-64
  • 参考文献64-67
  • 致谢67-68
  • 附录(攻读硕士学位期间学术论文发表及参加科研情况)68

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