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1、 东 南 大 学毕业设计（论文）报告设计（论文）题目 并列运行机组动态建模与控制算法仿真能源与环境学院 院（系） 热能与动力工程 专业学 号 03008427 学 生 姓 名 指 导 教 师 起 止 日 期 2012.3.32012.6.2 设 计 地 点 摘要本文使用MATLAB里的Simulink工具箱建立并列运行机组母管压力模型，引入锅炉燃烧率和汽机开度扰动，分析母管压力和锅炉蒸发量的响应曲线，并研究其动态调控特性。第一章是概要介绍并列运行锅炉母管制机组建模的背景和意义,第二章使用Simulink建模,主要以三炉两机和两炉两机为尝试建模对象,初步进行MATLAB动态建模的仿真研究。第三章
2、概要介绍常规PID控制，并将其和其他控制方法进行比较。第四章介绍了模型预测控制，并将其运用在并列运行母管制机组上。目前大部分热电厂仍广泛采用比较传统的集中式母管压力控制系统，存在热惯性大、干扰强等其他问题。本文正是基于这样一个事实来进行研究的，以期能够寻找到更有利的控制手段，达到节约能源，最大化电厂效益的目的。关键词：并列运行机组 动态模型 母管压力 常规PID MPC（预测控制） 仿真AbstractWith using the MATLAB simulink toolbox parallel , this article run boiler mother pressure modle.W
3、e can analysis the response curve of the boiler evaporation, and study its dynamic control characteristics The first chapter is an overview of the background and significance of parallel operation control unit modeling of Boilers, second chapter of the Simulink modeling, three furnaces and two machi
4、nes and two furnaces and two machine to try modeling objects, the initial MATLAB dynamic modeling simulation. The third chapter an overview of the conventional PID control, and other control methods compare. The fourth chapter describes the model predictive control,and the use of parallel operation
5、on the master control unit. Majority of thermal power plants are still widely used in the more traditional centralized main pipe pressure control system, there are large thermal inertia, strong, interference and other problems. The article is based on the fact that research in order to be able to fi
6、nd a more favorable means of control, to achieve the purpose of energy conservation, and to maximize power plant efficiency.Keywords: Parallel Coursing Unit ，Dynamic Model，Main-Pipeline Pressure，Conventional PID, MPC（model predictive control），Simulation目录摘要IABSTRACTII第一章 绪 论2选题背景及意义2概述2现有并列运行机组母管压力控
7、制方法及其存在的问题21.2 论文结构及内容6第二章 并列运行机组建模6 引言6 并列运行机组的生产流程及环节划分72.3 两炉两机模型的建立及仿真12两炉两机模型参数的确定15三炉两机母管系统分布式动态调控模型的建立及仿真16 六炉四机母管系统分布式动态调控模型的建立及仿真22第三章 常规控制简介263.1 PID控制原理简介26并列运行锅炉主蒸汽母管压力控制系统27控制方案设计27负荷扰动时汽压被控对象动态特性的特点293.2.3 控制方案与控制策略29第四章 预测控制设计314.1 预测控制（MPC）原理简介314.2 模型预测控制的方法324.3 预测控制的基本原理32三炉两机的预测控
8、制模型的建立与效果分析334.5 六炉四机的预测控制模型的建立与效果分析之一36六炉四机的预测控制模型的建立与效果分析之二404.7 小结42结束语43谢辞44参考文献45第一章 绪 论 概述电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用。与社会经济和社会发展有着十分密切的关系，它不仅是关系国家经济安全的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。随着中国经济的发展，对电的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激
9、了整个电力生产的发展。社会对能源的需求不断增加，大容量机组的数量也在不断增加，机组结构日趋复杂化，对控制的要求也越来越高。不仅要求操作人员有很好的专业水平和现场应变能力，而且对系统的动态控制模型的要求也越来越高。从国内外经验可知，良好的控制能提高机组的效率，整个电厂的经济效益将相当显著目前国内火电厂中，除了新装的中间再热大型单元机组外，还有大约2000家的中小型电厂，它们大多采用母管制运行方式。母管制电厂的生产任务是向热、电用户输送质量合格的热、电能，而输送量的大小受控于热用户和电用户。在母管制电厂中，若干台锅炉和汽轮机发电机组并列运行，它们都与同一根蒸汽母管相连以满足供热和发电的要求。并列运
10、行机组通过一根蒸汽母管连接，其形式便于集中供热、供汽。母管压力是反应统供需平衡的重要参数，一般需调节在恒定值。受分布式多炉多机的影响，母管压力在系统运行中容易波动，使其调节比较困难。为了减少并列运行机组的人工投入和改善控制的自动化水平，提高运行效率，减少耗煤量，切实保证电厂的安全生产，一方面有必要采用新的智能化仪表代替常规仪表，实现对整个电厂的有效监测和控制，另一方面，有必要开发新型的并列运行锅炉的自动控制系统。如果能够对电厂的控制加以仿真运行并与常规控制进行比较，从而改善常规控制或推行新型控制，则可使全厂的总耗煤量减少，机组的经济性提高，达到节能减排的效果。同时也能切实提高电厂效益，实现更多
11、的利润，改善现时的电煤紧张和电价上涨的压力。现有并列运行机组母管压力控制方法及其存在的问题并列运行机组母管压力控制，主要是通过控制锅炉燃烧过程来实现的。对于并列运行锅炉而言，燃烧过程的调节目的是：(1) 维持蒸汽母管压力为一定值或在一定范围内；(2) 维持送风量和燃料量成一定比例，保证燃烧过程的经济性；(3) 维持引风量和送风量相适应，维持锅炉炉膛压力稳定；(4) 保持各并列运行锅炉的负荷按比例分配。在实际生产过程中，为了达到以上目的，除了凭经验手动控制以外，已经提出了多种并列运行机组母管压力控制方案，常见的有“燃料-空气”系统、采用“热量-氧量”信号的系统和基于直接能量平衡的系统。1、“燃料
12、-空气”燃烧控制系统：该系统是以控制燃料量和空气量的比例来保证燃烧的经济性。其中燃料控制子系统如图1-1所示，所有调节器均采用比例积分调节器。图1-1 “燃料-空气”母管压力控制系统主调节器根据母管压力气与给定值之间的偏差对各台并列运行锅炉按比例发出增、减负荷的信号(图中的、表示对1、2号炉的负荷要求信号)，各并列运行锅炉接受主调节器来的负荷要求信号。如果某台锅炉设定为固定负荷，则由运行人员将开关切换至给定负荷信号。燃料调节器接受负荷要求信号和燃料量反馈信号M，其任务是使燃料量与“负荷要求”相适应。此外，送风调节器与引风调节器也要协调动作，按负荷要求同时改变送风量与引风量，保持炉膛负压。在该系
13、统中，锅炉的燃烧率是以燃料量来代替的。因此，燃料量的准确测量是保证该系统控制品质的一个首要前提。然而，实际过程中燃料品质(如水分、灰分、发热量)并不是保持不变的，这会影响到测量的准确性，因而该系统需要进行改进。2、采用“热量-氧量”信号的燃烧控制系统：“热量-氧量”燃烧控制系统中的燃料控制子系统如图1-2所示。这个系统克服了煤粉量测量的困难，在母管制并列运行锅炉的燃烧控制中得到了广泛应用。图1-2 采用“热量-氧量”信号的母管压力控制系统该系统与“燃料-空气”控制系统的不同主要在于一个是它用热量信号来代替燃料量信号M，它可以较好的代表燃料量，且测量起来方便而准确。另一个是它在送风子系统中引入了
14、氧量校正信号，它能保证锅炉在不同负荷时，校正送风量，使燃料量和送风量保持最佳比值。3、基于直接能量平衡的母管压力控制系统：蒸汽母管的流入量是锅炉产生的蒸汽量D，流出量是进入汽机的蒸汽量，而母管压力反映了流入流出蒸汽流量物质平衡关系，也即能量平衡关系。对于母管制机组而言，将各并列运行锅炉作为蒸汽供给的一个整体(设有n台锅炉并列运行)，其理想热量信号为： (1-1)其中，为所有锅炉产生的总蒸汽量，为第i台炉的蓄热系数，为第i台炉的汽包压力。能量直接平衡的含义是汽机向锅炉需求的能量应该等于锅炉所能提供的能量。汽机的能量需求信号可以用表示，其中为主汽压力给定值，为母管压力。这样，在调节器入口处可以形成能量比较，其控制结构如图1-3所示。 图1-3基于能量直接平衡的母管压力控制系统当机组能量平衡时，锅炉产生的能量与汽机所需能量平衡，即： (1-2)当控制系统处于稳态时，则式(1-2)改写为： (1-3)这说明系统能量达到平衡时。母管压力等于给定值压力。由此可知，控制母管能量平衡，实际上也控制了母管压力。当时，即当母管压力不等于给定值时，调节器入口形成偏差，调节器开始动作，当系统稳定时，一定可以确保能量平衡。本文经过总结认为，各种常规的母管压力控制系统的共同特点为并列运行的各台锅炉具有同一个母管压力调节器，作用是维持
