基于动态特性机理分析的再热汽温状态变量控制系统研究
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摘要
对于大惯性和大延迟的热工对象,常规PID控制往往不能取得令人满意的效果,尤其是火电厂再热汽温这种大滞后、大惯性以及动态特性随工况参数变化的汽温被控对象,因此再热器出口汽温的控制成为研究大型火力发电机组不可缺少的一个部分。
依据再热器的结构参数和热力参数,分析计算了烟气挡板调温方式下的再热汽温动态特性,依现代控制理论中的“ITAE性能准则”来进行状态反馈极点配置及同观测器理论应用于高阶惯性环节的再热汽温控制系统,以增强系统的动态快速响应性和抗干扰能力,使系统的适应性提高。基于Matlab/Simulink对某600WM火电机组烟气挡板调节的再热汽温动态特性采用观测器状态变量反馈-前馈与PI相结合的方法进行仿真实验,并验证了该方法的有效性和优越性。
Large delay and strong inertia for thermal object, conventional PID control often can not obtain satisfactory results, especially the thermal power plant reheat steam temperature of this large delay, strong inertia and dynamic changes with the working parameters of steam temperature controlled object,and reheater outlet steam temperature control of large thermal power generating units to become an indispensable item.
Based on reheater thermal parameters and structural parameters,analyzed and calculated of the gas damper thermostat mode of the dynamic characteristics of reheat steam temperature,in modern control theory "ITAE performance criteria" to carry out state feedback pole placement and observer theory is applied with high inertia of the reheat steam temperature control system to enhance the rapid response of the dynamic system and anti-jamming capability, so that improving the adaptability of the system.Thermal power of a 600WM adjustable gas damper dynamic characteristics of reheat steam temperature with observer state variable feedback - feed forward PI combined with simulation methods based on Matlab / Simulink,and validate the effectiveness and superiority.
依据再热器的结构参数和热力参数,分析计算了烟气挡板调温方式下的再热汽温动态特性,依现代控制理论中的“ITAE性能准则”来进行状态反馈极点配置及同观测器理论应用于高阶惯性环节的再热汽温控制系统,以增强系统的动态快速响应性和抗干扰能力,使系统的适应性提高。基于Matlab/Simulink对某600WM火电机组烟气挡板调节的再热汽温动态特性采用观测器状态变量反馈-前馈与PI相结合的方法进行仿真实验,并验证了该方法的有效性和优越性。
Large delay and strong inertia for thermal object, conventional PID control often can not obtain satisfactory results, especially the thermal power plant reheat steam temperature of this large delay, strong inertia and dynamic changes with the working parameters of steam temperature controlled object,and reheater outlet steam temperature control of large thermal power generating units to become an indispensable item.
Based on reheater thermal parameters and structural parameters,analyzed and calculated of the gas damper thermostat mode of the dynamic characteristics of reheat steam temperature,in modern control theory "ITAE performance criteria" to carry out state feedback pole placement and observer theory is applied with high inertia of the reheat steam temperature control system to enhance the rapid response of the dynamic system and anti-jamming capability, so that improving the adaptability of the system.Thermal power of a 600WM adjustable gas damper dynamic characteristics of reheat steam temperature with observer state variable feedback - feed forward PI combined with simulation methods based on Matlab / Simulink,and validate the effectiveness and superiority.
引文
[1]曾汉才.关于超临界压力锅炉的若干问题(一)[J].锅炉制造,2001,14 (1):1-8
[2]黄其励.火力发电可持续发展新技术[J].中国电力,2002,35(1):8-12
[3]王颖.基于扰动分析的再热汽温模糊PID控制方法研究[D].北京:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2006
[4]卢丽丽.内模控制技术在再热汽温控制系统中的应用研究[D].河北:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2008
[5]王建平.基于小波神经网络的内模控制在再热汽温控制中的应用[D].北京:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2007
[6]张文景,黄郁明,张书谨.大型机组再热汽温调节手段研究[J].热能动力工程,2002,17(98):195-197
[7]匡江红,何法江,蔡颖玲等.再热器喷水对煤耗的影响[J].动力工程,2007,27(6):877-880
[8]樊泉桂.锅炉原理[M].中国电力出版社,2009,163-167
[9]张法文.张法文.直流炉单元机组自动调节系统[M].水利水电出版社,1986,142-153
[10]李旭.再热汽温的动态特性与控制[J].动力工程,2009,29 (2),150-154
[11]米翠丽.多模型自适应控制及其在电厂中的应用[D].河北:华北电力大学,热能工程. 2006
[12]左燕.多模型自适应控制及其在热工过程中的应用[D].北京:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2003
[13]姚斌.仿人智能控制在再热汽温控制系统中的探索与应用[J].山西电力,2001,100(5):15-16
[14]彭春华,林中达,余廷芳.智能自校正模糊控制在电厂再热汽温调节中的应用[J].工业仪表与自动化装置,2004,3:13-16
[15]刘建江,倪维斗,张法文等.基于H∞理论的状态变量控制在再热汽温控制中的应用[J].动力工程,2000,20(5):867-871
[16]王新一.300MW再热器调温动态特性及H∞状态变量控制策略在汽温控制中应用研究[D].大连:大连理工大学热能工程,2005
[17]何同祥,施燕美,李想.自抗扰技术在再热汽温控制系统中的应用[J].华东电力,2007,35(5):57-59
[18]高翠霞,肖大雏,陶文伟,邵海荣.自适应控制在再热汽温控制系统中的应用[J].《四川电力技术》2000,1:5-7
[19]黄永红,李念平,李雷.大型燃煤机组再热汽温模型预测控制研究[J].湖南电力,2007,27(2):1-4
[20]杨平,钱伟.再热汽温模型算法控制的仿真研究[J].华东电力,1998,6:3-7
[21]鲁照权,韩江洪.一类大时滞过程的内模预测控制.合肥工业大学学报, 2001, 24 (1): 1-5
[22]张建华,侯国莲,李农庄,白续涛.基于内模控制的再热汽温控制系统[J].现代电力, 1999. 16(1): 5-10
[23]杨锡运,徐大平,张彬.再热汽温系统的内模解耦控制[J].动力工程, 2004, 24 (4): 529-532
[24] T A Johansen, B A Foss. Multiple Model Approaches to Modeling and Control. International Journal of Control, 1999,(7/8):575-576
[25] N arendra K S. Parameter adap t ive cont ro l—The end? o r the begining. In: P roc of 33rd Conf on Decisionand Cont ro l. L ake Buena V ista, 1994. 2117-2125
[26]谢克.现代控制理论[M].北京:北京工业大学出版社, 2003.
[27]付诗琴.直流锅炉主汽温控制系统及其策略研究[D].北京:华北电力大学,模式识别与智能系统. 2009
[28]李波. 440t/h循环流化床锅炉汽水系统建模和仿真[D].重庆:重庆大学,动力机械及工程. 2005
[29]章臣樾.锅炉动态特性及其数学模型[M].北京:水利电力出版社,1987.1-22
[30]朱全利.锅炉设备及系统[M].武汉:武汉大学编制,9,17-19,149-161
[31]倪维斗,徐向东,李政,任挺进,黄仙.热动力系统建模与控制的若干问题[M].科学出版社,1996,120-126
[32]水和水蒸汽热力学性质图表[M].水利水电出版社,1974.77-78
[33]张艳娟.超临界锅炉再热汽温控制系统研究[D].河北:华北电力大学热能工程.2008, 22
[34] 2×600MW超临界空冷机组锅炉性能数据汇总表,东方日立锅炉有限公司
[35]樊泉贵,阎维平.锅炉原理[M].中国电力出版社,2004,145
[36]锅炉机组热力计算标准方法[M].1993,309
[37]顾晓栋,徐耀文.电厂热工过程自动调节[M].水利水电出版社.1981.7,133
[38]曹建亭.汽温过程状态反馈控制及参数整定[J].热力发电,1992,1 :49-52
[39]叶建华,李旭.过热汽温状态变量控制及通甩微机调节器实现[J].动力工程,1992,12(6):40-42
[40]胡晓倩,张莲,杨菁.过热汽温自动控制系统的状态观测器设计与反馈极点配置[J].重庆工学院学报,2003,17(1):41-44
[41]谷俊杰,高建峰.基于动态特性机理分析的带再热汽温状态观测器控制系统的研究[J].动力工程学报,2011,31(2):109-114
[42]翟少磊.基于状态反馈的主蒸汽温度控制系统的设计[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2007,12(1):71-74
[43]绪方胜彦.现代控制工程[M].科学出版社,1980,229
[44]韩忠旭,孙颖.高阶惯性环节状态反馈极点配置的一种简易方法[J].中国电机工程报,2002,22(4):118-121
[45] HAN Zhong-xu,SUN Ying PAN Gang, ZHANG Tong-wei, Definition of Incremental PI Function Observer in Broad Sense and Its Mathematical Analysis. Proceedings of the CSEE,2008 IEEE137～141
[46] HAN Zhongxu. Concept of increment function observer and its application in state feedback control. Proceedings of the CSEE, 2004,24(4):210-216
[47] Feng Jian, Kao Zhi-qiang, Han Zhong-xu, Dang Zeng-kui, Liang Zhen-wu, Xue Jian-hong3.Design of Main Steam Temperature Control System of Sub-critical 600MW Power Unit and its Application. Chinese Control and Decision Conference,2008,4920-4924
[48] HAN Zhong-xu, QI Xiaohong, ZHOU Guang. Feed-water Control Scheme Design of Two Different Structure Double-hearth Benson Once-through Boilers and its Application in Proc. the 1st IEEE (ICIEA 2006) ,436
[49] Changqing Zhang, Feng Yang, Yuping Yan, Yongxuan Huang. The Design of theProportional/Proportional-Integral H∞Performance Observer for the Boiler Steam Temperature Control Proceedings of the 6th World Congress on Intelligent Control,2006,6621-6625
[50] Zhongxu Han and Zhi Zhang,“Application of state observer and state feedback in sub-critical boiler steam temperature control system,”Proceedings of the CSEE,1999(inChinese),Vol.19,No.11,76-80
[51] Herzog R. and F. Lhubli,“Observer control for superheater mgments with less injection points,”VGB KRAFTWERKSTECHNIK, Jul. 1987 (in German). Vol. 67,No.7,670-678
[52] Changchun Hua, Xinping Guan,“Synchronization of chaotic systems based on PI observer design,”Physics Letters A,2005,no.297,382～389
[53]吕剑虹,袁震,杨榕,薛文顺,石江陵,陈延明.基于状态变量控制器的再热汽温控制系统[J].中国电力,2002,35(1):53-55
[54]张鸿福.过热汽温状态变量控制系统[J].贵州电力技术,2003,45(3):25-26
[55]叶建华李旭.过热汽温状态变量控制及通甩微机调节器实现[J].动力工程,1992,12(6):37-43
[56]王秋,王涛,丁寅磊.基于状态反馈的主汽温控制系统的设计与仿真[J].机械工程与自动化,2005,152(1):138-141
[57]刘敏,叶林.基于状态反馈与PID相结合的主汽温控制方法研究[J].仪器仪表用户研究报告,2005,1-2
[58] J.B.Riggs,K.Curtner,W.Foslien. Comparison of two advanced steam temperature controllers for coal-fired boilers[J] computer chem.Engng 1995, Vol.19.No.5, 541-550
[2]黄其励.火力发电可持续发展新技术[J].中国电力,2002,35(1):8-12
[3]王颖.基于扰动分析的再热汽温模糊PID控制方法研究[D].北京:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2006
[4]卢丽丽.内模控制技术在再热汽温控制系统中的应用研究[D].河北:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2008
[5]王建平.基于小波神经网络的内模控制在再热汽温控制中的应用[D].北京:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2007
[6]张文景,黄郁明,张书谨.大型机组再热汽温调节手段研究[J].热能动力工程,2002,17(98):195-197
[7]匡江红,何法江,蔡颖玲等.再热器喷水对煤耗的影响[J].动力工程,2007,27(6):877-880
[8]樊泉桂.锅炉原理[M].中国电力出版社,2009,163-167
[9]张法文.张法文.直流炉单元机组自动调节系统[M].水利水电出版社,1986,142-153
[10]李旭.再热汽温的动态特性与控制[J].动力工程,2009,29 (2),150-154
[11]米翠丽.多模型自适应控制及其在电厂中的应用[D].河北:华北电力大学,热能工程. 2006
[12]左燕.多模型自适应控制及其在热工过程中的应用[D].北京:华北电力大学,控制理论与控制工程. 2003
[13]姚斌.仿人智能控制在再热汽温控制系统中的探索与应用[J].山西电力,2001,100(5):15-16
[14]彭春华,林中达,余廷芳.智能自校正模糊控制在电厂再热汽温调节中的应用[J].工业仪表与自动化装置,2004,3:13-16
[15]刘建江,倪维斗,张法文等.基于H∞理论的状态变量控制在再热汽温控制中的应用[J].动力工程,2000,20(5):867-871
[16]王新一.300MW再热器调温动态特性及H∞状态变量控制策略在汽温控制中应用研究[D].大连:大连理工大学热能工程,2005
[17]何同祥,施燕美,李想.自抗扰技术在再热汽温控制系统中的应用[J].华东电力,2007,35(5):57-59
[18]高翠霞,肖大雏,陶文伟,邵海荣.自适应控制在再热汽温控制系统中的应用[J].《四川电力技术》2000,1:5-7
[19]黄永红,李念平,李雷.大型燃煤机组再热汽温模型预测控制研究[J].湖南电力,2007,27(2):1-4
[20]杨平,钱伟.再热汽温模型算法控制的仿真研究[J].华东电力,1998,6:3-7
[21]鲁照权,韩江洪.一类大时滞过程的内模预测控制.合肥工业大学学报, 2001, 24 (1): 1-5
[22]张建华,侯国莲,李农庄,白续涛.基于内模控制的再热汽温控制系统[J].现代电力, 1999. 16(1): 5-10
[23]杨锡运,徐大平,张彬.再热汽温系统的内模解耦控制[J].动力工程, 2004, 24 (4): 529-532
[24] T A Johansen, B A Foss. Multiple Model Approaches to Modeling and Control. International Journal of Control, 1999,(7/8):575-576
[25] N arendra K S. Parameter adap t ive cont ro l—The end? o r the begining. In: P roc of 33rd Conf on Decisionand Cont ro l. L ake Buena V ista, 1994. 2117-2125
[26]谢克.现代控制理论[M].北京:北京工业大学出版社, 2003.
[27]付诗琴.直流锅炉主汽温控制系统及其策略研究[D].北京:华北电力大学,模式识别与智能系统. 2009
[28]李波. 440t/h循环流化床锅炉汽水系统建模和仿真[D].重庆:重庆大学,动力机械及工程. 2005
[29]章臣樾.锅炉动态特性及其数学模型[M].北京:水利电力出版社,1987.1-22
[30]朱全利.锅炉设备及系统[M].武汉:武汉大学编制,9,17-19,149-161
[31]倪维斗,徐向东,李政,任挺进,黄仙.热动力系统建模与控制的若干问题[M].科学出版社,1996,120-126
[32]水和水蒸汽热力学性质图表[M].水利水电出版社,1974.77-78
[33]张艳娟.超临界锅炉再热汽温控制系统研究[D].河北:华北电力大学热能工程.2008, 22
[34] 2×600MW超临界空冷机组锅炉性能数据汇总表,东方日立锅炉有限公司
[35]樊泉贵,阎维平.锅炉原理[M].中国电力出版社,2004,145
[36]锅炉机组热力计算标准方法[M].1993,309
[37]顾晓栋,徐耀文.电厂热工过程自动调节[M].水利水电出版社.1981.7,133
[38]曹建亭.汽温过程状态反馈控制及参数整定[J].热力发电,1992,1 :49-52
[39]叶建华,李旭.过热汽温状态变量控制及通甩微机调节器实现[J].动力工程,1992,12(6):40-42
[40]胡晓倩,张莲,杨菁.过热汽温自动控制系统的状态观测器设计与反馈极点配置[J].重庆工学院学报,2003,17(1):41-44
[41]谷俊杰,高建峰.基于动态特性机理分析的带再热汽温状态观测器控制系统的研究[J].动力工程学报,2011,31(2):109-114
[42]翟少磊.基于状态反馈的主蒸汽温度控制系统的设计[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2007,12(1):71-74
[43]绪方胜彦.现代控制工程[M].科学出版社,1980,229
[44]韩忠旭,孙颖.高阶惯性环节状态反馈极点配置的一种简易方法[J].中国电机工程报,2002,22(4):118-121
[45] HAN Zhong-xu,SUN Ying PAN Gang, ZHANG Tong-wei, Definition of Incremental PI Function Observer in Broad Sense and Its Mathematical Analysis. Proceedings of the CSEE,2008 IEEE137～141
[46] HAN Zhongxu. Concept of increment function observer and its application in state feedback control. Proceedings of the CSEE, 2004,24(4):210-216
[47] Feng Jian, Kao Zhi-qiang, Han Zhong-xu, Dang Zeng-kui, Liang Zhen-wu, Xue Jian-hong3.Design of Main Steam Temperature Control System of Sub-critical 600MW Power Unit and its Application. Chinese Control and Decision Conference,2008,4920-4924
[48] HAN Zhong-xu, QI Xiaohong, ZHOU Guang. Feed-water Control Scheme Design of Two Different Structure Double-hearth Benson Once-through Boilers and its Application in Proc. the 1st IEEE (ICIEA 2006) ,436
[49] Changqing Zhang, Feng Yang, Yuping Yan, Yongxuan Huang. The Design of theProportional/Proportional-Integral H∞Performance Observer for the Boiler Steam Temperature Control Proceedings of the 6th World Congress on Intelligent Control,2006,6621-6625
[50] Zhongxu Han and Zhi Zhang,“Application of state observer and state feedback in sub-critical boiler steam temperature control system,”Proceedings of the CSEE,1999(inChinese),Vol.19,No.11,76-80
[51] Herzog R. and F. Lhubli,“Observer control for superheater mgments with less injection points,”VGB KRAFTWERKSTECHNIK, Jul. 1987 (in German). Vol. 67,No.7,670-678
[52] Changchun Hua, Xinping Guan,“Synchronization of chaotic systems based on PI observer design,”Physics Letters A,2005,no.297,382～389
[53]吕剑虹,袁震,杨榕,薛文顺,石江陵,陈延明.基于状态变量控制器的再热汽温控制系统[J].中国电力,2002,35(1):53-55
[54]张鸿福.过热汽温状态变量控制系统[J].贵州电力技术,2003,45(3):25-26
[55]叶建华李旭.过热汽温状态变量控制及通甩微机调节器实现[J].动力工程,1992,12(6):37-43
[56]王秋,王涛,丁寅磊.基于状态反馈的主汽温控制系统的设计与仿真[J].机械工程与自动化,2005,152(1):138-141
[57]刘敏,叶林.基于状态反馈与PID相结合的主汽温控制方法研究[J].仪器仪表用户研究报告,2005,1-2
[58] J.B.Riggs,K.Curtner,W.Foslien. Comparison of two advanced steam temperature controllers for coal-fired boilers[J] computer chem.Engng 1995, Vol.19.No.5, 541-550