单元机组非线性动态模型的研究

许多火电机组都面临协调控制系统优化这一课题,相关研究工作主要集中在对象建模和控制算法两个方面,而建立机组负荷-压力对象模型、深入分析其特性是这一工作的基础。本文选择的研究方向为:建立当前应用最为广泛的300～600MW 级、采用直吹式制粉系统亚临界压力一次中间再热自然循环汽包锅炉、凝汽式汽轮机单元机组、50%100%不投油助燃负荷范围内的负荷-压力对象简化非线性动态模型,为协调控制系统的设计提供依据。建模过程包括:机理建模、模型简化、参数确定、实验验证和特性分析几个方面。进行的主要工作包括: 研究单元机组各个组成部分的特点,做出合理简化,依据基本物质平衡和能量平衡关系建立各个部分机理模型,在机组运行参数附近对其进行简化拟合,获得具有解析形式的模型表达式。并且在同一类型不同容量的达旗330MW、神头500MW、盘山660MW机组上多个负荷-压力工作点进行燃料、汽轮机调门扰动实验和模型与机组运行数据长期对比实验,验证模型的准确性,同时总结出一套有效的求取模型参数的方法。 在现有模型基础上,重点对制粉过程和过热器差压特性进行分析。将制粉动态和水冷壁动态合并简化为一阶惯性加纯迟延过程,在能够反映机组主要动态的前提下降低了模型阶次;考虑到蒸汽在过热器内是吸热膨胀的过程并且有减温水喷入,对其差压与流量的非线性关系进行了修正,并以锅炉吸热量代替主蒸汽流量建立模型;还对本模型与?str?m 模型的差别进行分析,指出?str?m 模型中压力的9/8 次幂随压力升高逐渐减小并趋近于1。 以机理分析为基础,结合扰动实验及大量运行统计数据分析,得到了非线性模型中主要参数随工作点变化的规律,为:燃料指令增益随机组负荷升高而增加;锅炉蓄热系数随汽包压力升高而减小;制粉惯性在较大范围内随机变化。利用这些结论对模型进行修正,可以更为真实地反映机组实际情况。 对非线性模型进行线性化,得到不同负荷-压力工作点下对象的线性模型,将对象系统非线性转化为线性模型参数时变特性,以便于用传统方法分析。线性模型传递函数中包含输入变量,表现为对象增益和惯性随工作点不同而变化。文中给出了此变化的数学描述,并通过330MW 机组的扰动实验验证了其正确性。 文中还结合模型分析了协调控制系统设计中存在的困难,结合模型比较了一些理论方法的优点与不足。着重分析了解耦设计、PID 参数鲁棒整定、发热量校正、凝结水节流这些工程技术上的实用方法。