Sliding Mode Predictive Control of Main Steam Pressure in Coal-fired Power Plant Boiler

Since the combustion system of coal-fired boiler in thermal power plant is characterized as time varying, strongly coupled, and nonlinear, it is hard to achieve a satisfactory performance by the conventional proportional integral derivative (PID) control scheme. For the characteristics of the main steam pressure in coal-fired power plant boiler, the sliding mode control system with Smith predictive structure is proposed to look for performance and robustness improvement. First, internal model control (IMC) and Smith predictor (SP) is used to deal with the time delay, and sliding mode controller (SMCr) is designed to overcome the model mismatch. Simulation results show the effectiveness of the proposed controller compared with conventional ones.

主蒸汽压力系统的基于预补偿自抗扰控制设计

火电机组主蒸汽压力系统为典型的大惯性过程,其控制策略的设计存在着响应速度慢、抗干扰能力不足的问题。为解决主蒸汽压力系统的上述控制难点,提出了一种基于预补偿自抗扰控制的优化设计方法,将控制量通过预补偿结构后再送入被控对象,从而对常规自抗扰控制结构进行改进。在介绍基于预补偿自抗扰控制结构的基础上,通过单一变量法分析各个参数对于控制效果的影响,从而给出了其参数整定的流程。仿真结果表明:所提方法的跟踪状态、抗干扰状态和包含跟踪以及抗干扰状态下的绝对误差积分指标分别占对比方法的52.38%、60.75%和57.88%,从而验证了所提方法在提升主蒸汽压力系统的跟踪和抗干扰能力方面的优势;通过蒙特卡洛实验验证了所提方法能够很好地应对系统的不确定性。

主蒸汽压力和床温耦合系统的改进自抗扰控制设计

针对主蒸汽压力和床温耦合控制系统扰动抑制性能差、系统解耦复杂和参数整定困难的问题,提出一种耦合改进自抗扰控制(CIADRC)。首先,建立耦合系统近似积分串联模型,在此基础上构造耦合自抗扰控制;然后,在各前馈通道串联前馈补偿器,解决耦合系统大惯性、大时滞导致线性扩张状态观测器(LESO)信号不同步问题;同时,提出定量化参数整定公式,简化参数调节;最后,在主蒸汽压力和床温耦合系统中与PID、ADRC、模型辅助ADRC(MADRC)进行仿真对比。结果表明,提出的CIADRC在定值跟随、抗扰动上均具有明显的优势,且具有广阔的工程应用前景。

热电联产压水堆核电机组的控制方案研究

核能热电联产是实现“双碳”目标的重要方法。核能热电联产改造后,供需侧能量平衡关系发生了变化,需要针对热电联产改造后压水堆核电机组开展堆机协调控制方案的研究。首先,以大亚湾900 MW核电机组为研究对象,基于最佳估算程序RELAP5和仿真平台3KeyMaster建立了热电联产模型。热电联产形式包括主蒸汽集管抽汽、中间抽汽和背压机排汽。接着,以主蒸汽集管抽汽为例,通过典型扰动的动态特性分析并验证了所建立的模型。然后,提出了将总蒸汽流量折算为等效负荷的方法,对反应堆功率控制中冷却剂平均温度控制系统进行改造。最后,对设计的控制系统改造方案进行了验证。验证结果表明,该方案能够满足反应堆核功率、电功率和供能热负荷协调控制的要求。所设计的控制改造方案为热电联产压水堆核电机组的反应堆功率控制提供了参考。

1000MW机组协调控制系统优化研究与应用

针对某1000 MW机组协调控制系统存在的问题,分析了制约机组协调控制系统调节品质的主要原因。提出一种主蒸汽压力设定值在一定裕度内与实际主蒸汽压力随动的策略,同时结合燃料和给水前馈修正、水燃比控制策略修改、给水泵汽轮机转速控制PID参数和阀门流量曲线优化等手段对该机组协调控制系统进行优化,并通过负荷变动试验对优化后机组的调节品质、负荷响应速率进行分析。结果表明:该机组控制系统优化后参数稳定,具有较好的动态控制品质,能够满足机组安全、稳定、经济运行的要求。

主蒸汽压力自适应AGC负荷控制策略优化

新能源机组装机容量逐年增加,对火电机组调节能力提出了更高要求。针对部分燃料热值较低或进行褐煤掺烧的火电机组主蒸汽压力波动大、自动发电控制(automatic generation control,AGC)调节品质差的问题,进行机组协调控制系统和风煤等控制子系统优化,修改一次风母管压力控制逻辑,设计主蒸汽压力自适应的磨煤机启停控制和机组协调控制系统。新控制策略在火电机组实际运行中提高了AGC调节品质,应用效果良好。

火电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制

在分析火力发电厂锅炉主蒸汽压力动态特性及其串级控制方案的基础上 ,采用阶梯式控制策略 ,实现了锅炉主蒸汽压力的广义预测控制 。

热力系统串级控制PID参数优化研究

提出一种稳定域约束的串级PID控制器的参数优化方法。首先根据广义H_B定理得到串级PID控制器参数的稳定域约束条件,然后利用遗传寻优算法获得ITAE性能指标最优的串级PID控制器参数,最后通过对锅炉过热汽温和火电厂主汽压力的串级控制系统的研究,表明该方法有效且易于实现,设定值跟踪和扰动响应曲线输出平缓、超调量小、调节时间短。

超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制系统研究

通过对超临界循环流化床(CFB)锅炉的动态特性、能量平衡、即燃碳量和主蒸汽压力调节进行分析,合理构建关键参数,并利用机理分析构造软测量模型,计算炉膛内即燃碳的存储量和蓄热量,从而得到当前锅炉的热量信号,将直接能量平衡控制思路应用于超临界CFB锅炉的主蒸汽压力控制系统.结果表明:该方法提高了主蒸汽压力的稳定性和负荷响应能力,改善了机组的调节品质,证明了所构建模型和所提方法的有效性.

火电厂主汽压力的IMC-PI控制系统设计

针对电厂主汽压被控对象的大惯性、大滞后特点,采用炉膛辐射能作为中间被调量,构成了一种内模－比例积分串级控制系统。内回路采用比例积分控制,以快速消除燃料量引起的扰动;外回路采用内模控制,以有效地补偿对象的大滞后特性。采用具有纯滞后的一阶惯性环节作为广义被控对象的内部模型,给出了广义被控对象模型的建立方法及控制系统的设计步骤。对控制系统进行仿真试验,试验结果表明,所提出的控制方案有很好的克服扰动和给定值响应能力。

基于SPEA2的主蒸汽压力鲁棒控制器设计

针对锅炉燃烧工况变化较大,主汽压对象模型具有不确定性,常规控制方法很难得到预期的控制效果.为提高控制品质,采用H∞混合灵敏度方法为主蒸汽压力设计鲁棒控制器,设计中利用SPEA2(Strength Pareto Evolutionary Algorithm2)优化加权阵参数,找到同时满足频域和时域性能要求的控制器.仿真结果表明,设计的主汽压控制系统具有良好的鲁棒稳定性和动态品质,并且避免了传统的试凑.

神经网络广义预测控制在锅炉燃烧系统中的应用

针对锅炉燃烧系统的非线性、大延迟、时变、干扰频繁等特点,以煤粉浓度为中间被调量,将神经网络、广义预测控制、串级控制相结合,设计了基于神经网络模型的广义预测串级控制系统。该控制方法克服了单纯PID控制对大惯性大延迟对象调节品质差、抗干扰性弱的缺点,神经网络预测器有效地补偿了传统预测控制基于线性模型的局限性。将该控制算法用于燃烧系统中主汽压力对象的控制,仿真结果表明该方法具有较强的跟踪性能和抗干扰能力及良好的动静态性能指标。

330 MW循环流化床机组模拟量控制系统优化

循环流化床(CFB)锅炉具有良好的煤种适应性和变负荷能力,但其热惯性和迟滞性大,参数间耦合性强,使机组难以投入自动控制功能。为此,以哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的330MW CFB机组为控制对象,在保证其运行过程中物料、热量及机、炉间能量平衡等的基础上,优化主要模拟量控制系统。该控制系统优化后,提高了燃料量变化对主蒸汽压力偏差的响应速度,克服了主蒸汽压力、床温、床压的强耦合性、大惯性、非线性,平衡了双支腿形双布风板结构CFB锅炉的温度和床压。

主蒸汽压力的无模型自适应预测控制

针对火电机组主蒸汽压力被控对象的大惯性、大迟延等特点,采用伪梯度向量的概念,对被控对象进行动态化处理,得到预测模型。提出了1种新型的无模型自适应预测控制(MFAPC)算法,将MFAPC算法用于主蒸汽压力串级控制系统的主调节器中,副调节器采用常规PI控制器。仿真结果表明,MFAPC-PI串级控制系统较常规PID-PI串级控制系统响应速度快、抗干扰性能强,对系统参数时变具有较好的鲁棒性。

基于免疫遗传算法优化的汽温系统变参数PID控制

针对工程实际应用,提出了一种改进的变参数PID控制策略,新的控制策略不论对于调节还是设定值跟踪,均具有很好的控制效果,对于工业实际中常见的大滞后对象也有很好的抗干扰性能和较强的鲁棒性。为了使变参数PID控制取得更好的性能,提出了鲁棒整定的思想,并采用免疫遗传算法进行设计参数的鲁棒优化调整。通过对具有严重参数不确定性、多扰动以及大迟延的电厂主蒸汽温度被控对象进行的仿真研究结果表明,基于免疫反馈和遗传机制的免疫遗传算法具有全局优化的能力,对变参数PID控制的参数优化设计是成功和有效的,使得具有多模型特性的汽温控制系统在不同的负荷下均获得很好的调节品质。同时也表明,免疫遗传算法和变参数PID控制均具有较好的发展前景,可用于某些多模型系统的同时整定设计。

600MW亚临界机组主调阀蒸汽流动损失数值分析

数值模拟了某600MW亚临界汽轮机主调阀系统内的全三维复杂蒸汽流场,并对其压损过大的原因进行了细致的数值分析。计算中,根据实际运行中的阀门结构和开度等建立了流道模型,并采用多孔介质模型模拟了主汽阀滤网对流场的影响。计算结果表明:主调阀总压损约为8.75%,与实测值8.89%接近;调节阀压损约占总压损的81%。此外,调节阀喉部最高蒸汽流速超过200m/s,所形成的节流现象是该主调阀压损较大的主要原因。

改进蚁群PID-神经元解耦的CFB锅炉燃烧系统控制

床温和主汽压都是循环流化床(CFB)锅炉生产运行中的重要参数,会直接影响机组的安全性和经济性;但由于这两者对象存在非线性、大时延、强耦合等特点,其现场控制效果一直不太理想;文中首先采用自适应神经元将床温和主汽压解耦,再利用改进的蚁群算法优化参数的PID控制器对两者进行独立控制;采用该算法优化常规PID控制参数,能够实现控制参数的快速寻优;该方案应用于CFB锅炉燃烧系统仿真,结果表明能有效实现系统解耦,且具有响应快、超调量小等优点,有效地提高了控制品质。

二自由度模型驱动PID控制系统参数整定方法及应用

针对工业生产过程中存在的大迟延及大惯性特性,或者存在的开环系统不稳定特性的一类难控对象,为了提高其控制性能,使用一种二自由度模型驱动PID控制系统。该系统可以通过比例微分补偿器将此类实际被控生产过程转变成带有时滞的一阶等效被控对象,并使得等效对象的时间常数比实际被控过程小的多。分析了该系统的结构设计原理及参数整定方法,并将其应用到具有大时延及大惯性特点的循环流化床锅炉主蒸汽压力自动控制系统中。实验结果表明,该系统比经典PID控制和模糊自校正PID控制具有更好的设定值跟踪能力和更强的抗干扰性能。同时该系统结构简单,实时性好,控制参数易于整定,方便采用生产现场使用的DCS系统组态实现,易于推广应用。

基于专家PID的锅炉蒸汽压力控制策略

采用基于专家PID控制方法,给出了母管制运行锅炉蒸汽压力系统新的控制策略。母管制运行锅炉的主要动态特性包括工况多变、非线性、时滞性、不稳定性和负荷干扰。它们无法建立精确的数学模型。针对常规控制方法难以实施有效控制的问题,将专家系统的思想和方法引入控制系统,通过系统模态辩识、控制性能辩识、知识推理,给出了PID控制器参数的整定和优化方法。该控制策略应用于母管制运行锅炉压力系统,其母管压力稳态偏差≤±0.1MPa,在30 s内,20%额定负荷扰动下,其主要参数满足运行工艺要求。

智能解耦控制器在循环流化床锅炉燃烧系统中的应用

针对循环流化床锅炉燃烧过程中主汽压力和炉床温度强耦合的控制难点,提出了基于单神经元自适应控制(PSD)和模糊神经网络的智能解耦控制系统.对循环流化床锅炉燃烧系统在不同负荷(50%和100%)工况下的仿真结果表明,该控制方案成功实现了主汽压力和炉床温度的解耦控制,当燃烧对象操作范围发生较大变化时,该方案具有较好的控制品质和较强的自适应能力.