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1、北京交通大学 硕士学位论文 火电厂过程控制系统仿真建模研究 姓名：王京茹 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：李平康 20060301 北京交通大学硕卜研究生学位论文中文摘要 摘要 自动发电控制( A G C ：A u t o m a t i cG e n e r a t i o nC o n t r o ) 是现代电嗍控制的一项基本 和重要功能，是建立在电网调度自动化能量管理系统( E M S ) 与发电机组协调控制系统 ( c c s ) 问闭环控制的一种先进的技术手段。当前，电力市场的竞争愈演愈烈，电网为了 自身的安全和经济效益，对火电厂单元机组提出了一系列严格的调频和调峰
2、的范围和速 度的要求，竞价上网的市场原则迫使火电厂必须最大限度地挖掘机组潜| J J ，提高效率， 减少人员，降低成本，这就要求电厂实现自动发电控制( A G C ) 。 本文主要以火电机组的自动发电控制系统为例，研究借助M a t l a b 软件采用先进辨 识算法及模糊控制方法对协调控制系统( C C S ) 和自动发电控制( A G C ) 系统进行建模、 仿真及其优化。传统的物理模型参数都是依据设备的额定参数计算得到的，但是随着机 组的运行，无论是机组性能还是设备参数都会有所改变，致使模型与实际过程误差很大。 针对该问题，文中提出了一种机理建模与基于数据的建模( 系统辨识) 相结合的建
3、模方 法，并利用主元素分析法对庞大的火电厂D C S 系统实时数据进行降维处理，找出影响控 制过程的关键数据，结合物理机理简化模型，从而在不影响辨识精度的同时，降低建模 难度。 由于火电厂控制系统十分复杂，存在大最迟延、非线性、耦台等因素，经典的辨t 蛙 方法无法对其进行辨识。因此，本文研究引入对模型描述不敏感的、具有随机搜索特性 的遗传算法辨识模型参数。确定遗传算法辨识精度的重要阂素之一是适应度函数的选 取，本文采用不同的适应度函数辨识同一待辨识模型，找山合适的适麻度函数，以提高 辨识精度。由1 二遗传算法存在过早收敛( 早熟) 的缺点，容易使辨识结果陷入局部照优 解。这与初始种群的选取有很
4、大关系；同时，初始种群的确定对搜索速度和运算结果精 度都有很大影响，因此本文提出一种搜索空问分割法求取初始种群：并针对控制系统模 型自身的特点，提出采用子空间辨谚 的运算结果做为遗传算法初始种群，以提高迭代速 度和辨识精度。 仿真模型建立后，以日立H I A C S 一5 0 0 0 D C S 系统为例，结合电厂+ S A M A 图，研究对电 。的控制系统进行S i m u l i n k 仿真，从而建立一种模型与控制系统相结合的综合仿真模 型，使基于M a t l a b 的电厂全仿真模型的建立成为可能。 针对A G C 系统使用的P I 控制器参数调节困难、鲁棒性差、很难得到系统最佳参
5、数 等缺点，本文研究采用模糊P I D 控制器代替原来的经典P I D 控制器使P I D 参数在运行 过程中经过逻辑运算自行调节，达到更好的控制效果，同时研究了模糊控制器参数对系 统性能的影响。 综上所述，本文的建模、仿真、辨谚 发优化研究，无论是对电厂设备的设计、运行、 改造，还足对控制系统的组态、性能评价、参数调节，先进控制方法、辨识算法的引入， 以及电厂人员的培训、操作都将起到指导作用，将其应用于实际生产过程，必将能缩短 开发周期、降低运行成本、节省人力物力，大大提高经济效益。 关键字：自动发电控制( A G C ) ，协调控制系统( C C S ) ，遗传算法( G A ) 。建模，
6、辨弘 ， 模糊控制 北京交通大学硕士研究生学位论文英文摘要 A b s t r a c t A u t o m a t i cG e n e r a t i o nC o n t r o l ( A G C ) i sab a s i ca n di m p o r t a n tf u n c t i o ni nm o d e mp o w e r n e t w o r kc o n t r o la sw e l la sa na d v a n c e dm e a n sb e t w e e nE M Sa n dC C S F o rt h es a f e t ya n d
7、e c o n o m i cp e r f o r m a n c eo fp o w e rn e t w o r k ，n o w a d a y s ，l o t so fr e q u i r e m e n t si na c c u r a c ya n d s p e e do ff r e q u e n c ym o d u l a t i o na n dv a r i a b l el o a dh a v eb e e nm e n t i o n e d I ti sat e n d e n c yf o r e l e c t r i cp o w e r p l
8、 a n t t oi m p l e m e n t A G C I nt h i sp a p e rt h em o d e l i n g ，s i m u l a t i n ga n do p t i m i z i n go fC C Sa n dA G Cs y s t e m su s i n g f u z z yc o n t r o la n do t h e ra d v a n c e da l g o r i t h mi si n t r o d u c e d , d e a l i n gw i t ha ne x a m p l eo fA G C s y
9、 s t e mo ft h e r m a lp o w e rp l a n t M a t l a bi su s e dt of u l f i l lt h e s e P a r a m e t e r s i nt h ec l a s s i c a l m o d e la r ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h es t a n d a r dp a r a m e t e ro ft h e s ed e v i c e s B u td u r i n g o p e r a t i o n ，t h ep e r f
10、 o r m a n c ea n dt h ep a r a m e t e ro f t h ed e v i c ew i l lc h a n g e ，t om a k eal a r g ee l T o r b e t w e e nt h em o d e la n dt h ei n d u s t r yp r o c e s s T os o l v et h i sp r o b l e m ，am o d e l i n gm e t h o dt h a t c o m b i n e dt h e o r ym o d e l i n ga n ds y s t
11、e mi d e n t i f i c a t i o ni sp r o v i d e d A n dt h ep r i m a r yc o m p o n e n t a n a l y s i si su s e dt or e d u c et h ed i m e n s i o n a l i t yo ft h er e a ld a t ac o l l e e t e df r o mD C Ss y s t e mo f t h e r m a lp o w e rp l a n t , s o m es i g n i f i c a n td a t at h
12、a tm a k eg r e a ti n f l u e n c ei nc o n t r o l l i n gp m c e s s h a v eb e e nf o u n d M o d e lc a nb es i m p l i f i e dc o m b i n i n gt h e s ed a t aw i t hp h y s i c a lm o d e l T h i s m e t h o dm a k e si tm u c he a s i e rf o rm o d e l i n g A n dt h ea c c u r a c yo ft h e
13、i d e n t i f i c a t i o ni sn o t d e c r e a s e d B e c a u s eo fd e l a y ，n o n - l i n e a t i t ya n dc o u p l i n g ，c l a s s i c a lm e t h o do fi d e n t i f i c a t i o nc a n n o t i d e t n i f ym o d e l so ft h e r m a lp o w e rp l a n tp r o p e r l y I nt h i sp a p e rt h es
14、t u d yo fm o d e lp a r a m e t e r i d e n t i f i c a t i o nu s e dg e n e t i ca l g o r i t h m ( G A ) i sg i v e n G Ai sn o ts e n s i t i v et ot h em o d e l s d e s c r i p t i o na n dc a ns e a r c h i n gt h es o l u t i o nr a n d o m l yi ns o m er a n g e D i f f e r e n tf i t n e
15、 s sf u n c t i o n s a r ep r o v i d e dt oe u l “m e et h ei d e n t i f i c a t i o na c c u r a c y F o rf i n dab e t t e rf i t n e s sf u n c t i o nt o i m p r o v et h ei d e n t i f i c a t i o na c c u r a c y , d i f f e r e n tf i t n e s si su s e di nas a l n em o d e l M e a n w h i
16、 l ea s e a r c h i n gs p a c ed i v i d e dm e t h o df o rc o m p u t i n gi n i t i a lp o p u l a t i o ni sp r o p o s e df o ri t si n f l u e n c e i nt h ea c c u r a c ya n ds e a r c h i n gs p e e do ff i n a lr e s u l t s A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e c o n t r o ls y s t e m ，t h er e s u l t so f t h eS t a t e - s p a c eM o d e lI d e n t i f i c a t i o n ( S M I ) i su s e da st h ei n i t i a l p o p u l a t i o n o
