广义预测控制在火电单元机组负荷控制中的应用研究-控制科学与工程;控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

华北电力大学硕士 华北电力大学硕士学位论文 I I 摘 要 火电厂单元机组系统是保证机炉之间能量转换顺利进行的重要环节，是典型的 多变量、强耦合、非线性和大迟延的系统。本文从火电厂工艺流程角度详尽分析单 元机组机跟炉、炉跟机及机炉协调三种负荷运行方式，总结各自特点；参考文献知 识和经验数据，利用最小二乘法原理拟合出 300MW 单元机组数学模型，通过对菏 泽 300MW 火电机组现场扰动实验数据，验证该参数数学模型的正确性，并在此基 础上研究单元机组的动态特性。通过对广义预测理论的研究，设计出多变量广义预 测控制器，在 Matlab 仿真平台，与传统 PID 控制器进行比较，仿真结果表明广义 预测控制策略能有效克服多变量间的强耦合。同时，针对大范围工况下负荷变化情 况，广义预测控制器也表现出了良好的控制效果，使系统鲁棒性明显提升。此外， 本文还分析了带约束广义预测控制思想，提出将约束条件附加到广义预测控制性能 指标当中以克服超出约束边界值策略，该思想在仿真阶段也取得了良好的控制效 果。 为了使广义预测控制在实际机组运行中有可参考性，本文还简要介绍了电厂 DCS 控制系统，并以 LN2000DCS 系统为例，提出一种将广义预测控制应用于电厂 实际的实验思路，即建立一套独立的控制系统通过通信模块与 DCS 环路连接，由 DCS 系统根据系统运行情况决定广义预测控制模块的投入与切除方案，这样使系统 运行时更加可靠和安全。 关键词：单元机组负荷控制系统；最小二乘法辨识；广义预测控制；DCS 控制系统 II II Abstract The thermal power unit load control system for fossil- fired unit is an important part to ensure energy conversion between boiler and turbine, which is a typical, strong coupling, multi- variable, nonlinear and large delay system. This paper makes a detailed analysis of three different load operating modes in the perspective of the process of thermal power plant turbine unit, including boiler following mode, turbine following mode and coordination mode. Meanwhile, characteristics of the above modes are considered; Reference the related documents and the empirical data, principle of least square method is used to fit the mathematical model of 300MW power unit. Referring to on-site plant operation data of fuel disturbance experiment in 300MW power unit, the paper verify the correctness of the parameter mathematical model, then get the dynamic characteristics of power unit. Through the study of the generalized predictive control theory, a multivariable generalized predictive controller is designed in Matlab simulation platform, comparing with conventional PID controller, the simulation results show that the generalized predictive controller effectively overcome the coupling of variables. Meanwhile, when the load changes for a wide range of conditions, generalized predictive controller also shows good control e