余熱鍋爐汽包水位的不確定成分仿真與控制方法研究.pdf

1、本文的研究對象--余熱鍋爐汽包水位問題,對于日趨發(fā)展的聯合循環(huán)發(fā)電工業(yè)而言是十分重要的問題.本文在聯合循環(huán)現場發(fā)現的汽包水位不確定性波動及由此引起的控制不穩(wěn)定等問題基礎上,采用了機理分析、數理統計和數字信號分析等方法,對汽包水位的不確定性波動方法進行研究,得到了水位不確定成分的仿真模型；另外,針對對汽包水位的控制問題進行研究,提出了水位的控制方法.從而形成了有關汽包水位不確定成分的一些分析結論、仿真模型和的控制算法,具體如下所述.

2、 在大容量的余熱鍋爐現場發(fā)現,對稱分布的多個汽包水位傳感器信號之間存在著較大的差異,在采用常規(guī)的均值法處理后得到的水位信號送入控制器后,控制參數的調整困難,常常與現有的汽包水位仿真模型研究得到的參數相差很大,水位控制十分不穩(wěn)定.分析表明,在汽包水位信號中不僅存在著"小幅值"的干擾成分,還存在著由于不確定性水位波動產生的"大幅值"的不確定成分,必須建立水位的不確定成分仿真模型來完善現有的汽包水位仿真模型.為此,本文側重從水動力學而非熱力

3、學角度進行了如下研究: (1) 汽包水位不確定成分的機理分析及統計分析為了研究汽包水位信號的各個成分,對水位測量系統、確定性擾動和不確定性擾動三個方面因素進行了機理分析.結論是實測的單個測點的水位信號中主要包含了四個成分:第一是控制系統需要的輸入信號--理想水位成分；第二是比理想水位成分更高頻的表面余波成分；第三是由于不同傳感器測點位置不一致引起的位置差異成分；最后是測量系統引起的測量誤差成分.后三個成分即為不確定成分.(為了敘

4、述起見本文又稱之為水位噪聲.)接著,通過時域上的統計分析如均值、標準差及相關分析等方法,確定了位置差異成分；最后,通過提出并定義了頻率－能量分析法,對汽包水位的多測點信號進行了頻域分析,發(fā)現水位的波動主要由汽包進出水流量差值決定,受汽包壓力的影響較小,其大部分能量集中于最低頻的理想水位,更高頻的部分為不確定成分. (2) 汽包水位不確定成分的提取方法研究為了提取汽包水位的不確定成分,本文在忽略測量誤差的前提下,首先對同側傳感器信

5、號采用了加權融合法、對異側傳感器信號采用了同步加權融合法來消除位置差異成分,從而消除了多測點信號間的差異性；然后,提出了表面余波脈動假設,并提出了LFA和HFA兩種方法來確定截止頻率,將表面余波成分提取出來.至此,完全提取出了不確定成分.最后對不確定成分的特性進行了時域分析和頻域分析,結果表明無論何種工況、哪個測點,其水位信號的截止頻率相差很小,與傳統觀念相反,不確定成分信號并非總是簡單的高頻信號,其低頻處的能量比例也不可低估,而這正是

6、常規(guī)方法無法消除的成分. (3)實驗驗證工作為了驗證前述有關不確定成分的分析結論、提取方法的可靠性,搭建了一個模擬汽包水表面波動的水槽液面波動實驗臺.借助于高速攝影儀、浪高儀和流量計等儀器儀表進行了三組實驗:第一是穩(wěn)定的單側給水實驗；驗證了表面余波的脈動假設,采用HFA或LFA的分析方法,可以較好地確定水位的理想水位成分和表面余波成分之間的截止頻率.第二是脈動的單側放水實驗；驗證了前述有關汽包水位噪聲成分頻域特性一致性的結論,即

7、截止頻率與汽包固有物理特征密切相關.第三是水下射流高速攝影觀測實驗；驗證了前述有關水下射流對水位的影響甚微的分析結論. (4)余熱鍋爐汽包水位完整仿真模型的建立采用了現有成熟的機理建模方法,建立了一個以聯合循環(huán)為背景的余熱鍋爐汽包的理想水位模型；采用所前面提取得到的汽包水位噪聲信號,利用其頻域特性,建立了水位噪聲的AMMA仿真模型；最后將兩者結合,組建成一個完整的汽包水位仿真模型. (5)汽包水位控制方法的研究基于前面所