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《中国电力科学研究院》 2001年
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火电机组热工控制系统的优化整定及其应用

罗毅  
【摘要】: 火力发电机组在我国电力生产中承担着主要任务,火电厂的安全、稳定和高效运行是电力生产中需要研究解决的重要课题。火电机组正向大容量、高参数发展,要求系统具有更高的可靠性和自动化水平,这样就使得热工自动控制在大型火电机组中的地位也越来越重要,成为大机组安全、稳定和经济运行的可靠保证。 在工业过程控制中,PID控制算法以其鲁棒性较好、易于实现和被工程技术人员熟悉掌握等特点,至今仍被工业过程控制界所广泛采用,即使目前被广泛引进和使用的计算机分散控制系统也仍采用常规PID作为主要控制手段。 然而,PID控制器参数的选择或整定往往是一个十分繁琐和复杂的过程,特别是工业控制过程的现场实际整定一直是尚未很好解决的一个难题。这主要有以下几方面原因:一是在工业环境下,对被控过程难以进行精确的数学描述。由于工业噪声所表现出来的多样性,最小二乘类等参数辨识方法的应用受到很大的限制。在工程实际中,技术人员仍主要采用频域法或作图法求取对象的数学模型。二是现有的PID控制系统设计方法大多只考虑对低阶对象模型、单回路控制系统或一个PID控制器的设计和整定,而对于高阶对象模型、多回路或多个控制器的控制系统的整定往往十分复杂和繁锁,很难被工程技术人员掌握和使用。三是到目前为止,还没有作为现场工程技术人员实际使用的集现代控制系统设计方法与计算机技术为一体的控制系统实用整定装置,PID控制系统的现场实际整定仍主要采用工程设计法(如Ziegle-Nichols法)、经验法及试凑法等。这不仅要花费大量的投试和整定时间,并且很难获得最佳的控制效果。由于以上原因,相当一部分热工过程不能达到“压红线”运行,甚至无法长期投入自动运行。另外,由于机械磨损、环境工况变化的原因,控制系统的现场整定应是经常性的。因此,研究实用、有效的热工控制系统优化整定方法,是提高热工自动化水平和生产效率的迫切要求。 针对热工过程的特点,我们研制出MOTC(Multifunctional Optimization Instrument for Tuning Controllers)系统,对于提高调节器参数的整定精度,节省现场调试时间,提高系统自动投入率和控制质量,提高机组的安全性和经济性发挥着重要的作用,取得了显著效益,展现出良好的推广应用前景。 为了完善并扩充MOTC的功能,拓展应用成果,本文结合国家“863”高科技研究发展计划项目“先进控制策略在大型火电机组DCS中的应用及控制软件包的开发”及“大坝电厂3号机组AGC改造与实施”项目,以火电机组热工过程为研究对象,以实现控制系统的优化整定为目标,力图对解决PID控制器参数的整定这一难题进行一些探索工作。 本文主要完成了下述研究内容: 1.为了提高非线性优化方法收敛的速度和精度,提出了一种混合优化方法,它主要是把改进的单纯形法和Powell法结合使用。仿真实验和实际应用表明,采用这种混合优化方法进行模型的辨识、模型变换及控制器的优化整定,精度较高,还大大缩短了寻优时间。 2.提出了一种简单实用的模型降阶方法,并对算法进行了推导证明,有效解决了模型结构的问题。仿真分析表明了其准确性和有效性。 3.提出了一种模型参考自适应辨识方法。这种方法有两种方式,即非积分误差约束方式和积分误差约束方式。通过分析比较发现,具有积分误差约束方式的自适应辨识方法 摘要 对建模误差和干扰具有较强的鲁棒性,且有快速消除模型参数偏差和对过程参数的变 化具有快速的跟踪能力。这是一种不需人为地加入扰动激励信号,只需利用火电机组正常 调节运行状况,即可获得被控对象特性的实用方法。有效解决了模型结构、时滞及参数的 辨识问题,在工程实际应用中具有重要意义。 4.采用面向对象的程序设计手段和先进的图形化的模块组态建模技术,开发出基于 Windows环境的仿真平台,为热工控制系统的优化整定提供了一个集成环境,进一步拓宽 了MOTC的应用范围。 5.研究了综合误差目标函数建立方法,提出了参数限值法和工程指标法等实用的常 规PID控制器参数整定方法。 6.基于控制系统仿真平台,开发了控制系统的性能分析功能,即频域分析法和时域 分析法,为系统的运行分析评价提供了一个有效的手段。 7.分析了实现微机和分散控制系统间通信途径,设计出微机与oFI—90分散系统的 通信接口。使MOTC数据采集的“软接线”方式成为可能,提高了MOTC的便利性。
【学位授予单位】:中国电力科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TM621.6

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【参考文献】
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