燃氣輪機控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著大然氣資源的進一步開發(fā)利用以及對環(huán)保問題的日益重視,燃氣輪機-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的技術(shù)發(fā)展非常迅速,由于燃氣輪機是燃機電站中最主要的部分,因此燃氣輪機的系統(tǒng)建模和控制算法的應(yīng)用研究十分必要。 本文以GE公司的MS7001EA型燃氣輪機為研究對象,基于Matlab/Simulink軟件,從控制角度而非設(shè)計結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)化的角度,通過分析其非線性狀態(tài)空間方程,分別建立了單一循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的燃氣輪機的控制系統(tǒng)模型,并對燃氣輪機

2、動態(tài)過程進行了全工況的仿真實驗,模擬的結(jié)果與實際過程相吻合,表明所選的參數(shù)和模型基本符合燃氣輪機實際情況；基于本文建立的燃機控制系統(tǒng)模型,本文用遞推廣義最小二乘法(RELS)辨識出在典型工況點下,具有一定精度的燃氣輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的動態(tài)模型,為采用先進控制方法控制轉(zhuǎn)速提供可靠的數(shù)學(xué)模型；本文還介紹了MARK VI的燃氣輪機主控制系統(tǒng)的原理,從整體角度上研究燃氣輪機主控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)有何聯(lián)系,分析了有關(guān)燃氣輪機單一循環(huán)的一次調(diào)頻控制,及聯(lián)

3、合循環(huán)發(fā)電中燃氣輪機、汽輪機負載分配方案等實用知識。 燃機電站對控制品質(zhì)的要求比常規(guī)火電的要求更高,簡單整定的常規(guī)PID控制算法難以完全滿足這一要求,為此結(jié)合燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)的特點,研究先進的控制算法具有重要意義。在燃氣輪機控制系統(tǒng)中,燃機排氣溫度控制的優(yōu)劣影響著聯(lián)合循環(huán)機組的效率,排氣溫度控制的不好也會使燃氣輪機超溫燃燒,損壞燃氣輪機設(shè)備。為保證燃氣輪機的正常運行安全性和較高的聯(lián)合循環(huán)效率,控制排氣溫度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)非

4、常重要。考慮到燃氣輪機是一個難以建立完整準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜熱能動力系統(tǒng),為提高排氣溫度控制品質(zhì),本文將動態(tài)矩陣控制算法(DMC)引入到燃機排氣溫度控制系統(tǒng)中。動態(tài)矩陣控制的預(yù)測模型是以對象的階躍響應(yīng)為基礎(chǔ),這種模型工程上易于從現(xiàn)場直接獲得,并不要求對模型的結(jié)構(gòu)有先驗知識,因而不必通過復(fù)雜的辨識過程。本文設(shè)計了一個多變量DMC控制器,通過對DMC控制器重要參數(shù)整定,實現(xiàn)了對燃機的排溫最優(yōu)仿真控制,解決了傳統(tǒng)燃機控制系統(tǒng)中排溫控制品質(zhì)差的問

5、題,具有一定的參考研究價值。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是燃氣輪機控制系統(tǒng)中最重要的控制參數(shù),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速直接決定著生產(chǎn)的電力質(zhì)量,保持燃機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定值非常重要。燃機是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng),尤其是多數(shù)燃機電廠承擔(dān)著電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù),其工況經(jīng)常大范圍變化,機組非線性特性更加凸顯,尤其是加/減速和并網(wǎng)過程中,轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性要求和變化的快速反應(yīng)要求這對矛盾更加明顯,常規(guī)的PID控制算法往往難以滿足既快又穩(wěn)的要求,因此研究設(shè)計先進的燃氣輪機轉(zhuǎn)速控制算法具有

6、特別重要的意義。廣義預(yù)測控制(GPC)是在工業(yè)過程控制中最具應(yīng)用推廣價值的先進控制策略之一,但是常規(guī)的預(yù)測控制策略往往不能適應(yīng)于全局工況。多模型(Multiple Model)方法是自適應(yīng)控制的重要發(fā)展方向,是當(dāng)今先進控制理論的研究熱點之一,已被大量的仿真和實際應(yīng)用證實為解決動態(tài)特性隨工況變化的復(fù)雜工業(yè)過程非線性系統(tǒng)控制的一種有效的方法。本文針對燃氣輪機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)非線性特性與運行工況密切相關(guān)的實際特點,首次提出了基于多模型廣義預(yù)測控制的燃

7、氣輪機轉(zhuǎn)速控制策略,即利用多模型建模方法來逼近大范圍工況過程中燃機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的動態(tài)性能,分別根據(jù)多個典型工況點的轉(zhuǎn)速動態(tài)模型,用常規(guī)廣義預(yù)測控制算法構(gòu)造子預(yù)測控制器,再將各個子控制器按一定的加權(quán)方法構(gòu)成基于全局的燃機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)多模型自適應(yīng)廣義預(yù)測控制器,仿真中,通過對子預(yù)測控制器重要參數(shù)整定,實現(xiàn)燃機轉(zhuǎn)速的最優(yōu)控制。仿真結(jié)果表明,多模型廣義預(yù)測控制能有效克服單模型預(yù)測控制無法解決的燃氣輪機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)參數(shù)非線性、時變性、大范圍工況下參數(shù)跳變的等