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余热发电系统智能控制器的应用研究

王菊花  
【摘要】:随着水泥余热发电技术的不断发展,实现余热发电系统的智能控制显得越来越重要。余热锅炉汽包水位的控制和除氧器、凝汽器水位的控制长久以来都是余热发电系统控制的难点。这些控制环节具有多变量,非线性、强耦合等特点,且系统的结构不同于普通火力发电系统的结构,因此,照搬原有的控制方法得到的效果并不理想。为确保余热发电生产连续稳定,提高发电量及自动化水平,对生产过程的控制实现智能控制已成为余热发电生产过程研究的重要课题之一。 常规串级PID控制具有模型简单,算法简单,控制方便的特点,预测函数控制具有算法简单、容易计算和跟踪快速等优点,应用线性二次型控制所得到的控制系统具有较好的鲁棒性与动态特性等优点。本文将上述方法进行整合,提出了一种将多种控制算法进行有效地组合的智能控制器,并将该控制器应用到水泥余热发电控制系统的主要控制环节。 本课题来源于山东省科技发展计划重大项目—水泥余热发电关键技术研究与应用示范。本文以余热发电系统控制机理研究、智能控制算法研究、系统仿真验证和工程应用为主线,对余热发电系统分环节模块进行研究。并结合某水泥厂余热发电工程的实际情况,在充分了解余热发电实际生产工艺特点、设备组成和工作机理的基础上,分析了余热发电系统控制要求及难点,提出了稳定锅炉汽包水位和稳定除氧器、凝汽器水位的目标。采用常规PID、PFC-PID和LQR控制相结合的组合型控制器对锅炉汽包水位控制环节进行控制,而对真空除氧器凝汽器水位控制环节则主要是采用常规PID和PFC-PID控制相结合的组合型控制器进行控制。智能控制器的搭建上,给出了表征参数的选择、参数预处理、工况的判别、控制器的输出切换及控制器的搭建依据等。系统设计上,首先对控制算法能否应用到被控对象进行MATLAB仿真验证,随后给出了工程应用中遇到的问题及采取的措施,并在此基础上研究工程实践现场的应用问题。 本文采用ABB的AC800F系统,完成了余热发电整个生产流程的DCS基础控制系统,给出了部分控制界面图及程序编写图。并在此基础上,通过采用OPC技术实现智能控制器与DCS系统的连接,系统程序设计采用模块化设计,增强了环节控制的可扩展性。现场试运行结果表明,智能控制器可以实现余热发电重要环节的自动控制。


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