聯(lián)合循環(huán)建模與PID優(yōu)化策略查重

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第一章緒論課題的背景和意義西氣東輸工程是我國重大的能源項(xiàng)目之一，其中的二線管道天然氣氣源來自境外，其中包括土庫曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國家。新疆，寧夏，甘肅，陜西，河南，湖北，湖南，江西，廣西，廣東等地，從天然氣到新疆五華虹橋西部中西部農(nóng)村路線，干線全長約4900千米，全線管道包擴(kuò)支線總長度超過9100千米。由于輸氣距離遠(yuǎn)較遠(yuǎn)，輸送沿途壓損很大，需要在進(jìn)行沿程升壓以抵消壓力損失，在管線沿途約每間隔200公里建設(shè)一座天然氣升壓站（以下簡(jiǎn)稱壓氣站）。我國西部地區(qū)幅員遼闊，自然環(huán)境惡劣，人口相對(duì)稀疏，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)缺少電網(wǎng)的覆蓋，而壓氣站大多建設(shè)在這些地區(qū)。因此，采用了燃?xì)廨啓C(jī)通過齒輪箱機(jī)械拖動(dòng)壓縮機(jī)升壓的方式。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)排出高溫廢氣，溫度在470～500℃之間，最高能達(dá)到530℃。壓氣站一般配置有GE公司PGT25+SAC（額定輸出功率31MW）以及羅羅公司的RB211共三臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)（2用1備）。之所以采用這種動(dòng)力配置是考慮到壓氣站所處位置的自然條件，夏季環(huán)境溫度高，極端情況下會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)輸出功率由標(biāo)準(zhǔn)工況下（15℃）下降為22MW（45℃）。而壓縮機(jī)的額定功率只有18MW，在一年中的大多的數(shù)時(shí)間內(nèi)，燃機(jī)都處于非額定工況運(yùn)行，綜合效率低下且造成大量燃料浪費(fèi)。同時(shí)，燃起輪機(jī)的高溫尾未經(jīng)處理，氣直接排放到大氣中，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費(fèi)。這與當(dāng)今倡導(dǎo)“節(jié)能減排”型社會(huì)的理念不相符合，有必要對(duì)這部分熱能進(jìn)行回收利用。因此，有方案提出將壓氣站其中一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)改造為燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，將壓氣站改造成一個(gè)小型孤網(wǎng)電站，再通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)壓縮機(jī)。經(jīng)過計(jì)算，如果聯(lián)合循環(huán)通過補(bǔ)燃的方式可以輸出約44MW電力上網(wǎng)，完全可以滿足壓縮機(jī)約36MW的電力需求。這樣不僅回收利用了廢氣的余熱，還減少了一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行帶來的燃料消耗，提高了壓氣站的整體運(yùn)行效率。經(jīng)核算，每年可節(jié)約燃料費(fèi)3000～5000萬元，減少碳排放5.42～6.54萬噸，改造方案具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。但是隨之改造方案設(shè)計(jì)的深入，孤網(wǎng)條件下聯(lián)合循環(huán)的控制與調(diào)節(jié)成為設(shè)計(jì)方案的難點(diǎn)與重點(diǎn)。電廠在孤網(wǎng)運(yùn)行條件下的控制策略尤其是二次調(diào)頻/調(diào)速控制一直是電力行業(yè)研究的重點(diǎn)。國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀孤網(wǎng)運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)區(qū)分大電網(wǎng)和小電網(wǎng)，有一個(gè)界限值“8%”，這個(gè)數(shù)值是電網(wǎng)中的最大單機(jī)容量，如果大于這個(gè)數(shù)值，我們稱這個(gè)電網(wǎng)為小電網(wǎng)，反之，如果小于這個(gè)數(shù)值，我們將這個(gè)作為大網(wǎng)絡(luò)。孤網(wǎng)是孤立的小網(wǎng)，通過一個(gè)“孤”字，就可以明白，它從主網(wǎng)中孤立出來，不隨大電網(wǎng)的性能而轉(zhuǎn)移，自己?jiǎn)为?dú)成立一個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行[1]。在我們熟知的大電網(wǎng)中，當(dāng)其中的任意一臺(tái)機(jī)組發(fā)生故障甩負(fù)荷，都可以從鍋爐中的熱備用或者轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中的旋轉(zhuǎn)備用中獲取能量來彌補(bǔ)[2]，容錯(cuò)率高。而小網(wǎng)由于總?cè)萘啃?，單機(jī)容量就顯得很大，發(fā)生事故對(duì)整個(gè)孤網(wǎng)系統(tǒng)沖擊明顯，容錯(cuò)率低[3]。但是大電網(wǎng)有個(gè)問題就是不能覆蓋世界的每一個(gè)角落，對(duì)于這些大電網(wǎng)所不能覆蓋的區(qū)域，小電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行，就顯得尤為重要[4]。再比如說，孤網(wǎng)運(yùn)行工況還大面積存在于大型的工礦企業(yè)，包括對(duì)應(yīng)的自備電廠和下游的工業(yè)負(fù)荷。再有就是國外的一些不發(fā)達(dá)或欠發(fā)達(dá)地區(qū)，由于技術(shù)儲(chǔ)備和物質(zhì)供應(yīng)較差，電網(wǎng)建設(shè)不夠健全，這對(duì)于出口到該地區(qū)的機(jī)組就需要有滿足孤網(wǎng)運(yùn)行的要求【5】。發(fā)電機(jī)是電力的源頭，其與孤網(wǎng)共同構(gòu)成了電力系統(tǒng)[6]。用戶和所有的發(fā)電機(jī)組通過電網(wǎng)聯(lián)系在一起。發(fā)電機(jī)組的作用是保證系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定，在電網(wǎng)和負(fù)荷之間架起一段平衡的橋梁[7]。發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的重要環(huán)節(jié)[6]，由理論可知，頻率的變化與轉(zhuǎn)速相關(guān)，當(dāng)下游負(fù)荷突然甩動(dòng)造成的轉(zhuǎn)速飛升，會(huì)使頻率短時(shí)間內(nèi)大幅波動(dòng)，這就要求調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，避免事故的發(fā)生，我們通常稱之為一次調(diào)頻[7]。每臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻中相應(yīng)的控制參數(shù)都不一樣，設(shè)計(jì)者會(huì)因地制宜，提供最合理的參數(shù)設(shè)置，已達(dá)到調(diào)頻性能最優(yōu)的方案[8]。一旦發(fā)電單元中的控制系統(tǒng)已經(jīng)決定了FM的性能[9]，則在沒有發(fā)電單元的發(fā)電機(jī)的情況下的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)的目標(biāo)是轉(zhuǎn)速，而當(dāng)發(fā)電機(jī)組與主網(wǎng)相連接后，調(diào)節(jié)的對(duì)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，從轉(zhuǎn)速變?yōu)殡娋W(wǎng)的頻率，主要的調(diào)節(jié)途徑是對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出進(jìn)行控制[10]，并和其他機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的通信連接，保證控制方式的即時(shí)可靠，使頻率控制在允許的范圍內(nèi)；同時(shí)，還會(huì)有一些特殊的狀況，就是機(jī)組的突然跳閘，對(duì)于這一事故，調(diào)速系統(tǒng)會(huì)通過相應(yīng)的控制方式投入備用的發(fā)電機(jī)組，保證轉(zhuǎn)速不會(huì)突然降低，從而使電網(wǎng)平穩(wěn)的運(yùn)行[11]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，調(diào)速系統(tǒng)也在與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展[12]，現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的就是數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng)，DEH在最初的機(jī)械液壓調(diào)速系統(tǒng)中做了明顯的改進(jìn)[13]，無論是在裝置的選用還是技術(shù)的運(yùn)用，都有明顯的提高，但是不得不說的是，DEH在某總程度上卻限制了一次調(diào)頻的性能。所以我們需要新技術(shù)的支持和研究[14]，但也要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理的增減相應(yīng)的配套裝置，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，我們更應(yīng)該從兩個(gè)方面因地制宜的加以改進(jìn)，一個(gè)是參數(shù)的設(shè)置[15]，另一個(gè)就是控制方式的選擇[16]，是調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮調(diào)頻作用的關(guān)鍵，也是一項(xiàng)意義非凡的工作。同時(shí)，當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)十分劇烈特殊情況下，一次調(diào)頻調(diào)控范圍將受到限制[17]，即便將限幅全部放開，勉強(qiáng)達(dá)到調(diào)頻的目標(biāo)，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成強(qiáng)烈的沖擊，對(duì)孤網(wǎng)電壓造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也會(huì)削減發(fā)電機(jī)組的壽命[18]。在孤網(wǎng)運(yùn)行中事故發(fā)生的過程中，開始都是局部的小故障，由于不能及時(shí)的解決，從而導(dǎo)致事故的無限的擴(kuò)展和蔓延，最終的結(jié)果就是電網(wǎng)解列和整個(gè)孤網(wǎng)崩潰[19]。如果故障發(fā)生在萌芽階段，就能通過機(jī)組的調(diào)節(jié)能力和相應(yīng)的配合裝置消滅隱患，迅速作出調(diào)整，重建發(fā)電側(cè)和用電網(wǎng)側(cè)的新的平衡，使電網(wǎng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)頻率和電壓始終保持著合理的區(qū)間，讓事故在最初階段就被扼殺，不讓其無限蔓延滋生[20]?，F(xiàn)階段國內(nèi)外對(duì)于一次調(diào)頻的調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及其運(yùn)行方式的研究，重點(diǎn)放在應(yīng)用電力系統(tǒng)仿真軟件，以期結(jié)合已有的理論知識(shí)，解決實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生的問題。文獻(xiàn)[21]通過在頻率和時(shí)間兩個(gè)方面分析得出系統(tǒng)中阻尼的規(guī)律是如何受到調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的影響，并給出了如何設(shè)置相關(guān)的參數(shù);文獻(xiàn)[22]提出的相應(yīng)方案主要是針對(duì)低頻低壓減載，通過對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中模型的建立，反復(fù)調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)，得到一組是調(diào)頻性能最優(yōu)的方案，得出的結(jié)論是，調(diào)速系統(tǒng)PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引發(fā)系統(tǒng)振蕩的主要原因，同時(shí)指出系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定與否與調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的科學(xué)性有直接的關(guān)系;文獻(xiàn)[23]運(yùn)用了對(duì)比法，通過不同的試驗(yàn)給出的結(jié)論是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的不合理和控制方式選用不當(dāng)，是調(diào)速系統(tǒng)調(diào)頻性能較差的主要原因，提出在以往的研究中所運(yùn)用到的模型都比較固化也有大多的簡(jiǎn)化[24]，不能很好地反應(yīng)出實(shí)際的效果，沒有普遍的適用性，所以在本文的研究，通過一個(gè)科學(xué)的方法找出一種普遍適用的方案解決調(diào)速系統(tǒng)中存在的相關(guān)問題，是本文研究的重點(diǎn)，也是研究的難度之一。孤網(wǎng)運(yùn)行中的有功出力和負(fù)載側(cè)的不平衡，在火電廠中，超速保護(hù)裝置（OPC）是電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中一項(xiàng)非常重要的功能[25]，主要的作用是在突然甩掉大負(fù)荷的情況下抑制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升，保護(hù)發(fā)電機(jī)的安全。但是，如果OPC的參數(shù)設(shè)置不合理[26]，那么脫離大電網(wǎng)的孤網(wǎng)，在負(fù)載波動(dòng)的情況下，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的功率和頻率上的震蕩現(xiàn)象，如果這種震蕩不能及時(shí)的解決，將會(huì)給大電網(wǎng)帶來巨大的沖擊[27]，所以這時(shí)孤網(wǎng)及時(shí)的脫離主網(wǎng)將是非常重要的舉措。為進(jìn)一步研究孤網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，本文建立了孤網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，并仿真孤網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷震蕩的特殊工況。對(duì)OPC控制邏輯進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)果表明增加限幅或者去除限幅的限制，能更好的利用OPC保證孤網(wǎng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定[28]。近幾年，大容量電力系統(tǒng)是世界各地發(fā)展的大趨勢(shì)，但因電氣設(shè)備故障或其他的故障，為避免造成大電網(wǎng)的崩潰，大電網(wǎng)會(huì)在沒有預(yù)知的情況下解列成孤立的小網(wǎng)。小網(wǎng)的容量不大，但在解列后仍能正常運(yùn)行。孤網(wǎng)運(yùn)行最值得關(guān)注的特點(diǎn)是負(fù)荷控制一匝頻率控制和控制系統(tǒng)具有滿足要求的靜態(tài)特性[29]，具有良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，保持自動(dòng)電網(wǎng)周波數(shù)的穩(wěn)定[30]。在中國電網(wǎng)發(fā)展的初期，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，許多電廠都就自給自足，然后將過剩的電能發(fā)到主網(wǎng)中去以平衡冗余功率[31]。電纜型號(hào)普遍是110KV的，如果主網(wǎng)電壓升高，那么地方從孤網(wǎng)上取電就相對(duì)容易些[32]。如果主網(wǎng)電壓是220KV，那么孤網(wǎng)就要通過發(fā)電機(jī)的參與是電壓達(dá)到110KV。孤網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生的概率隨著主網(wǎng)的電壓升高而升高[33]。另一方面，當(dāng)震蕩發(fā)生在一個(gè)特定的電網(wǎng)上，那么這個(gè)電網(wǎng)要自動(dòng)解列以阻止更大范圍為的震蕩帶來不良的后果。目前，OPC控制邏輯是汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）的一個(gè)重要組成部分[34]，但發(fā)生在世界各地的許多停電事故表明，在一些特定的情況下，OPC的控制邏輯的參數(shù)整定是不合理的。在這種情況下，OPC控制邏輯可能無法實(shí)現(xiàn)超高速控制，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥停止和頻繁打開，以至于造成功率和頻率的震蕩，這對(duì)汽輪機(jī)和電網(wǎng)都會(huì)帶來不良后果。由OPC的控制原理可知[35]，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3090轉(zhuǎn)（超過額定轉(zhuǎn)速的103%）時(shí)，DEH通過關(guān)閉高壓和中壓閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，DEH系統(tǒng)去除“關(guān)閥”的信號(hào)，轉(zhuǎn)為調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制[36]。設(shè)置OPC控制邏輯主要是為了防止在負(fù)荷突然甩掉的情況下抑制轉(zhuǎn)速飛升和頻率的震蕩。那孤網(wǎng)不穩(wěn)定的原因主要是因?yàn)槠淙萘亢托D(zhuǎn)備用容量都相對(duì)于大電網(wǎng)要小很多[37]，在發(fā)生短路等極端情況下，功率震蕩會(huì)更為劇烈，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的癱瘓，嚴(yán)重威脅到企業(yè)的正常生產(chǎn)和居民的生活。因此，一次調(diào)頻和OPC控制參數(shù)的研究對(duì)孤網(wǎng)頻率穩(wěn)定性控制有著重要的意義[23]，它能避免不必要的停電耽誤生產(chǎn)和生活，還能為正常安全的用電提供指導(dǎo)。經(jīng)常用到這個(gè)水輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型來分析仿真其在額定狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性，由于甩負(fù)荷狀態(tài)是一個(gè)比較強(qiáng)烈的波動(dòng)工況，我們必須研究其非線性特點(diǎn)和OPC控制邏輯信號(hào)來考慮孤網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)性能[38]。出于這個(gè)目的，兩個(gè)重要的問題首先要被解決[39]。第一，在額定條件，負(fù)荷擾動(dòng)較小的情況下，可以用更加精確的數(shù)學(xué)模型將擾動(dòng)線性化加以分析。在大的擾動(dòng)下，這個(gè)模型將因?yàn)榉蔷€性特性不可以再進(jìn)行使用。第二，汽輪機(jī)進(jìn)氣口的開度會(huì)隨著轉(zhuǎn)速、功率、壓力信號(hào)的指示而變化[40]，同時(shí)，在出現(xiàn)大負(fù)荷擾動(dòng)的情況下，OPC系統(tǒng)將成為主導(dǎo)，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，OPC會(huì)痛快快速的關(guān)閉調(diào)節(jié)閥來抑制轉(zhuǎn)速飛升和系統(tǒng)的震蕩。其起OPC裝置過渡動(dòng)作，文獻(xiàn)[41]就提出了兩臺(tái)某廠實(shí)際運(yùn)行中，就是由于OPC的過渡動(dòng)作導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的頻繁振蕩，最后引起全廠停電的事故。文獻(xiàn)[42]介紹了在目前國內(nèi)一些孤網(wǎng)運(yùn)行的電廠中通過改變?cè)O(shè)置相應(yīng)參數(shù)改進(jìn)DEH一次調(diào)頻的性能。還有一個(gè)問題就是孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員必須參與，而且技術(shù)儲(chǔ)備和知識(shí)儲(chǔ)備跟大電網(wǎng)相比都相對(duì)匱乏，有一定的局限性[43]；再有就是主要通過實(shí)驗(yàn)的方法，來研究處理突發(fā)狀況的途徑，但是卻局限在某種特定的情況，并且實(shí)驗(yàn)本身還存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。所以無論是從理論還是技術(shù)出發(fā)，對(duì)孤網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)的研究，都顯得尤為重要[44]。聯(lián)合循環(huán)的控制裝置通常情況，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站由燃?xì)馄啓C(jī)機(jī)組和蒸汽輪機(jī)機(jī)組分別發(fā)電并網(wǎng)，但無論是那種發(fā)電機(jī)組，控制系統(tǒng)中都包括了很多PID控制回路。PID控制器可謂由來已久且被廣泛的應(yīng)用于全世界各國的工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域。在我國的工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用中，PID控制器也具有無可取代的重要位置[19]。PID控制規(guī)律沒有復(fù)雜繁瑣的原理，操作簡(jiǎn)單，易于掌握，具有良好的通用性和控制性能。通過應(yīng)用合理有效方法，可以整定得出效果良好的控制參數(shù)，從而更好的滿足控制要求。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)逐漸發(fā)展起來的今天，您可以提供使用計(jì)算機(jī)，數(shù)字平臺(tái)過濾器-PID積分隔離PID控制，尋找像優(yōu)秀的PID控制方式[20]。初始普通正常儀表在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，并在人工操作控制器時(shí)進(jìn)行控制，有許多要求和技術(shù)都不能達(dá)到，然而采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的PID控制方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于被控對(duì)象的模糊控制和控制參數(shù)的在線自整定。對(duì)于聯(lián)合循環(huán)裝置的控制而言，采用PID控制可提高效率，環(huán)保節(jié)能，達(dá)到更高的控制要求和控制功能。本文任務(wù)回顧孤網(wǎng)運(yùn)行的控制策略以及燃?xì)?蒸汽論聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制策略及控制裝置。基于新華OC6000e提出壓氣站改造控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3)建立燃機(jī)-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的數(shù)學(xué)模型及控制模型4）（模糊控制？）粒子群PSO優(yōu)化PID控制器5）仿真驗(yàn)證孤網(wǎng)條件下的控制策略及粒子群優(yōu)化PID控制器

第二章基于新華OC6000e系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案2.1新華OC6000e介紹組態(tài)軟件是一個(gè)模塊化建模及運(yùn)行的集成環(huán)境，其以圖形化模塊為基本單位，通過模塊間輸入輸出的連接來實(shí)現(xiàn)中間數(shù)據(jù)的傳遞，以此來構(gòu)建數(shù)據(jù)交互和系統(tǒng)分析的整個(gè)過程。該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是依托GE新華控制工程公司的OC6000e組態(tài)平臺(tái)，利用該軟件平臺(tái)的自帶數(shù)據(jù)庫及其系統(tǒng)配置、組態(tài)建模和圖形界面的編輯功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的性能監(jiān)測(cè)和故障診斷。OC6000e軟件是美國通用集團(tuán)在其既有的分散式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其在電站控制方面的工程經(jīng)驗(yàn)所研發(fā)的控制系統(tǒng)，如圖4所示2.2聯(lián)合循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.2.1動(dòng)力配置 將現(xiàn)有一臺(tái)燃機(jī)改為燃機(jī)-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組通過余熱鍋爐回收部分高溫?zé)煔獾臒崃?。必要時(shí)通過補(bǔ)燃的方式就可為余熱鍋爐提供能量，從而汽機(jī)處于全額發(fā)電狀態(tài)，為電網(wǎng)提供足夠電力。新系統(tǒng)動(dòng)力配置如圖1所示。考慮到設(shè)備效率因素，聯(lián)合循環(huán)上網(wǎng)功率可達(dá)44MW,可以滿足兩臺(tái)壓縮機(jī)36MW的需要。圖1動(dòng)力配置示意圖Fig.1Powerconfigurationschematic方案中燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組為一用一備，增加燃?xì)膺M(jìn)氣冷卻系統(tǒng)，確保機(jī)組在極端環(huán)境溫度條件下的功率輸出，最大限度提高燃?xì)廨啓C(jī)的出力。同時(shí)配置雙壓補(bǔ)燃型余熱鍋爐，確保蒸汽輪機(jī)的出力。增加兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)用以驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有壓縮機(jī)。改造后的壓氣站工藝流程如圖2所示。2.2.2主設(shè)備參數(shù)（一）燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)表參數(shù)名稱符號(hào)單位怠速狀態(tài)最大狀態(tài)極限運(yùn)行值余熱鍋爐參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值產(chǎn)品類型

雙壓余熱鍋爐主汽蒸汽量t/h32主汽蒸汽壓力MPa3.5主汽蒸汽溫度℃438±10補(bǔ)氣蒸汽量t/h9補(bǔ)氣蒸汽壓力MPa0.15補(bǔ)氣蒸汽溫度℃140余熱鍋爐效率%75.7(三)蒸汽輪機(jī)參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值額定功率KW9000額定轉(zhuǎn)速r/min3000額定進(jìn)汽壓力及變化范圍MPa3.43-0.20.2(絕對(duì))額定進(jìn)汽溫度及變化范圍℃435-15+10額定進(jìn)汽流量t/h32補(bǔ)汽溫度℃140補(bǔ)汽壓力MPa0.15背壓kPa5額定補(bǔ)汽流量t/h9汽輪機(jī)本體重量t~462.3控制系統(tǒng)構(gòu)成 本改造方案為壓氣站新增的蒸汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、水處理及水循環(huán)系統(tǒng)、余熱鍋爐（HRSG）控制系統(tǒng)、進(jìn)氣冷系統(tǒng)卻等由一套雙冗余分散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行控制，在原廠DCS系統(tǒng)通訊時(shí)，同時(shí)將MARKVIe控制系統(tǒng)升級(jí)為燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的MARKVIEW，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖2壓氣站工藝流程圖Fig.2Processflowchartofpressurestation新增的DCS系統(tǒng)采用GE新華公司OC6000e一體化控制平臺(tái)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為一下兩個(gè)部分：(1)PDH分類信息網(wǎng)絡(luò)：冗余約100Mbps，F(xiàn)T實(shí)時(shí)高速以太網(wǎng)。實(shí)時(shí)高速以太網(wǎng)在容錯(cuò)的基礎(chǔ)上采取多重冗余技術(shù)；(2)UDH單元控制信息網(wǎng)：100Mbps實(shí)時(shí)控制信息網(wǎng)用于控制器之間的通訊，不直接對(duì)外開放。它提供燃機(jī)控制器、汽機(jī)控制器等系統(tǒng)間的高速端與端對(duì)等的通訊。帶有穩(wěn)定PDH雙穩(wěn)態(tài)雙通道通信網(wǎng)站的DCSMARKVIe系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。采用以太網(wǎng)TCP-IPGSM通信協(xié)議。MarkVIe系統(tǒng)配置站在GSM冗余接口上，站在DCS系統(tǒng)安裝的多功能接口上，所有接口站有兩個(gè)網(wǎng)。整個(gè)通信系統(tǒng)構(gòu)成四個(gè)通信通道，任何時(shí)刻有一個(gè)通道保持工作，其他三個(gè)為備用通道，保證壓氣站DCS系統(tǒng)與MARKVIe系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊的可靠性。新增DCS控制系統(tǒng)同樣采用雙冗余控制網(wǎng)絡(luò)，與壓氣站原DCS系統(tǒng)通過PDH信息網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。兩個(gè)操作員站在一起，一個(gè)工程師站和累積站。新增的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（ETS、TSI、DEH）、進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)、余熱鍋爐控制系統(tǒng)、水循環(huán)控制系統(tǒng)等均布置于新增DCS系統(tǒng)中。配置1套GPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器，向全站各控制系統(tǒng)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)同步時(shí)鐘信號(hào)。圖3壓氣站DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3StructurediagramofDCSsystem主要控制功能2.4.1機(jī)組啟停過程的順序控制主要包括：輔機(jī)運(yùn)行，機(jī)組啟動(dòng)前準(zhǔn)備，按壓縮機(jī)/余熱鍋爐/火/渦輪機(jī)順序啟動(dòng)，機(jī)組正常停機(jī)，機(jī)組急停。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在孤網(wǎng)條件下運(yùn)行，根據(jù)需求，特別是鍋爐，鍋爐和渦輪機(jī)的蘋果酒系統(tǒng)停止邏輯和旁路系統(tǒng)保護(hù)邏輯。系統(tǒng)啟動(dòng)總體順序：黑啟動(dòng)（柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)）燃機(jī)輔助系統(tǒng)啟動(dòng)燃機(jī)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，燃機(jī)啟動(dòng)，穩(wěn)定后并網(wǎng)余熱鍋爐和汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)啟動(dòng)燃?xì)庥酂崴椭劣酂徨仩t余熱鍋爐啟動(dòng)汽輪機(jī)滿足啟動(dòng)條件啟動(dòng)，穩(wěn)定后并網(wǎng)單臺(tái)壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)啟動(dòng)單臺(tái)壓縮機(jī)高壓變頻穩(wěn)定啟動(dòng)第二臺(tái)壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)啟動(dòng)第二臺(tái)壓縮機(jī)高壓變頻穩(wěn)定啟動(dòng)2.4.2回路控制主要控制進(jìn)氣冷卻，壓縮機(jī)，并控制燃料的速度/負(fù)荷/燃料/溫度/同步控制，鍋爐水位/溫度/壓力控制，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)載/同步控制、孤網(wǎng)電壓控制等。2.4.3負(fù)荷控制（詳細(xì)說明控制策略）燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載的變化可以最終改變，從而可以制造燃料行程標(biāo)準(zhǔn)FSR。燃?xì)廨啓C(jī)MARKVI控制系統(tǒng)通過接收負(fù)荷中心的指令自動(dòng)調(diào)整燃料基準(zhǔn)運(yùn)行模式來改變功率輸出。燃?xì)廨啓C(jī)在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組負(fù)荷控制中起主要作用。余熱鍋爐的負(fù)荷變化主要取決于燃?xì)廨啓C(jī)的排煙溫度和流量變化，由于三通擋板為全開、全關(guān)式，無法調(diào)節(jié)煙氣流量，因而余熱鍋爐在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組負(fù)荷控制中起的作用有限。汽輪機(jī)的功率負(fù)荷變化是通過改變調(diào)節(jié)汽門開度來改變進(jìn)汽量，進(jìn)而控制汽輪機(jī)出力。在系統(tǒng)運(yùn)行中汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)通過接收負(fù)荷中心的指令自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)汽量來改變功率輸出，由于汽輪機(jī)的進(jìn)汽量需要余熱鍋爐來保證，從源頭講汽輪輪機(jī)的負(fù)荷變化仍然依托燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷變化，在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組負(fù)荷控制中起少量輔助作用。在孤網(wǎng)條件下，系統(tǒng)只需要接收操作員輸入的升負(fù)荷指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷分配；而遇到甩負(fù)荷情況時(shí)，機(jī)組的負(fù)荷控需要更快速的響應(yīng)時(shí)間。2.4.4頻率控制（詳細(xì)說明控制策略）孤網(wǎng)容量小，負(fù)荷變化頻繁且復(fù)雜，在傳統(tǒng)的奧術(shù)導(dǎo)航中，最突出的特點(diǎn)就是用戶的負(fù)載經(jīng)常在變化的情況下保持自動(dòng)電網(wǎng)周波的穩(wěn)定，以保證每周一次的負(fù)載控制頻率控制。一旦FM成為燃?xì)廨啓C(jī)面臨的主要問題，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)功率負(fù)荷不平衡后，在控制系統(tǒng)設(shè)置不變的情況下，通過燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋動(dòng)作改變輸出速度，使功率負(fù)荷達(dá)到新的平衡，頻率恢復(fù)穩(wěn)定。另外，綜合考慮燃?xì)廨啓C(jī)熱部件、余熱鍋爐的壽命等因素，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷一次調(diào)頻功能進(jìn)行限制設(shè)置：以保證在機(jī)組能夠承受的范圍。這種設(shè)置可以確保燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐等設(shè)備安全。在FM的動(dòng)作之后，穩(wěn)定的頻率最終轉(zhuǎn)移到了等級(jí)。通過手動(dòng)修改，Kreis系統(tǒng)的系統(tǒng)和系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)置是額定范圍，二次控制。2.4.5控制系統(tǒng)（BPS）旁路系統(tǒng)包括控制、閥門及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在機(jī)組啟動(dòng)過程中，必須先啟動(dòng)高速啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間短，汽輪機(jī)損壞前的高壓旁路，以滿足機(jī)組的要求，汽輪機(jī)跳閘等保護(hù)動(dòng)作高壓旁路也必須快速打開，保護(hù)鍋爐汽包超溫超級(jí)壓力。兩種類型的旁路控制“自動(dòng)”和“遠(yuǎn)程控制手冊(cè)”，優(yōu)先于前者，并且在兩種類型之間相互跟隨和無干擾之間切換。旁路系統(tǒng)具備以下護(hù)功能：發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷發(fā)電機(jī)油開關(guān)跳閘汽輪機(jī)跳閘，自動(dòng)主汽門關(guān)閉蒸汽壓力設(shè)置為安全保護(hù)設(shè)置值（安全閥跳閘值略低）。方案的難點(diǎn)和問題：孤網(wǎng)條件下，電網(wǎng)負(fù)荷變化大，波動(dòng)頻繁，在遇到甩負(fù)荷情況時(shí)，燃機(jī)控制系統(tǒng)MARKVI能夠完成本能夠一次及二次調(diào)頻的工作，但是對(duì)于補(bǔ)燃型余熱鍋爐與汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)組來說，需要對(duì)調(diào)速調(diào)速系統(tǒng)及策略進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，并在研究聯(lián)合循環(huán)整體的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。

第三章聯(lián)合循環(huán)控制系統(tǒng)的建模聯(lián)合循環(huán)的原理聯(lián)合循環(huán)裝置主要由三部分組成，即燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和余熱鍋爐，并且包括其所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載和一些輔助組成部分。為了建立數(shù)學(xué)模型及仿真模型，并對(duì)其負(fù)荷變化時(shí)的控制策略和特性進(jìn)行仿真研究打下基礎(chǔ)，首先對(duì)聯(lián)合循環(huán)裝置的工作原理和運(yùn)行特性進(jìn)行研究。聯(lián)合循環(huán)裝置將燃?xì)廨啓C(jī)做功后排出燃?xì)馑a(chǎn)生的余熱利用起來，通過余熱鍋爐的換熱，產(chǎn)生過熱蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)出功率，從而利用了余熱多發(fā)出一部分功來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。聯(lián)合循環(huán)裝置將處于上層高溫?zé)崃ρh(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)和處于中低溫?zé)崃ρh(huán)的蒸汽輪機(jī)以一定的方式聯(lián)結(jié)，組成一個(gè)總的能量利用系統(tǒng)[24]。它通過將燃機(jī)和汽機(jī)這兩個(gè)早己成熟的動(dòng)力裝置結(jié)合起來，以達(dá)到將能量階梯式利用的目的。圖2-1為聯(lián)合循環(huán)裝置溫熵圖。圖2-1聯(lián)合循環(huán)裝置溫熵圖由圖中可以看出，A1代表燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的功，A2代表蒸汽輪機(jī)發(fā)出的功，B與B2的面積之和為整個(gè)聯(lián)合循環(huán)裝置向外界散失的能量，聯(lián)合循環(huán)裝置的整體循環(huán)效率ηcc=(A1+A2)/(A1+A2+B1+B2)。所以，相比于單獨(dú)的燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)，采用聯(lián)合循環(huán)裝置可以更充分的利用熱能，將二者結(jié)合在一起的循環(huán)效率要顯著的高于單獨(dú)使用某一個(gè)機(jī)組。目前，普通燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)采用的余熱鍋爐燃燒式燃燒和再燃燒式。非再燃式余熱鍋爐，回收鍋爐回收燃?xì)廨啓C(jī)廢氣余熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，由于額外加油，所以沒有燃燒系統(tǒng)，因此它是高度可靠的，但燃?xì)廨啓C(jī)置換量，溫度限制，余熱鍋爐蒸汽的蒸汽參數(shù)難以控制。燃?xì)廨啓C(jī)的壓力太高，蒸汽參數(shù)的參數(shù)不容易。這種類型的余熱鍋爐出生蒸汽量低，對(duì)于非再燃式余熱鍋爐，至少相同的蒸汽發(fā)生流量消耗燃料鍋爐比平時(shí)的7?8％?！尽吭诼?lián)合國流通體系中，每個(gè)設(shè)備都有各種功能。由于外界環(huán)境的負(fù)荷和溫度的變化，燃?xì)廨啓C(jī)總是處于運(yùn)行狀態(tài)，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣量和溫度變化幅度大，速度快，汽輪機(jī)所需蒸汽熱力參數(shù)要求穩(wěn)定現(xiàn)在還為時(shí)過早，即使滑動(dòng)壓力正在運(yùn)行，也沒有太大的變化。接收燃?xì)廨啓C(jī)排氣參數(shù)配合汽輪機(jī)和所需的蒸汽參數(shù)，同時(shí)需要余熱鍋爐運(yùn)行，以適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的變化，滿足汽輪機(jī)的需求，余熱鍋爐模式執(zhí)行期間的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)控制等。 本文中改造方案為補(bǔ)燃型余熱鍋爐，在電網(wǎng)負(fù)荷小范圍變化時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)責(zé)對(duì)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，余熱鍋爐通過補(bǔ)燃方式繼續(xù)保證蒸汽輪機(jī)穩(wěn)定在額定工況運(yùn)行。在電網(wǎng)發(fā)生50%及以上甩負(fù)荷工況時(shí)，余熱鍋爐停止補(bǔ)燃，蒸汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行。因此在余熱鍋爐的建模過程中，將參照非補(bǔ)燃型余熱鍋爐的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在控制系統(tǒng)模型中加入兩種模型的切換。圖2-1聯(lián)合循環(huán)控制系統(tǒng)示意圖在圖中2-2聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐/汽輪機(jī)組成，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)主要由負(fù)荷/速度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，加速控制系統(tǒng)和壓縮機(jī)進(jìn)口的領(lǐng)導(dǎo)者控制系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)可調(diào)量：燃油流量w，壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)向開度（IGV）。燃油流量是通過速度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)和加速度控制系統(tǒng)完成的低級(jí)設(shè)計(jì)師。加速度控制系統(tǒng)在其中，實(shí)際加速度極限，燃?xì)鉁u輪機(jī)的加速過程以限制系統(tǒng)，甩負(fù)荷或啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)瞬態(tài)過程中的旋轉(zhuǎn)速度控制系統(tǒng)，以幫助動(dòng)力學(xué)后的效果在允許范圍內(nèi)，溫控人員實(shí)際限制其系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)燃油流量的超熱燃燒，保證燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行和使用壽命。高效率，預(yù)期的燃燒排氣溫度，接近已知變化的規(guī)律逼近廢熱鍋爐進(jìn)氣溫度的設(shè)計(jì)。通過調(diào)節(jié)該要求，制成壓縮機(jī)入口導(dǎo)管IGV，并且在燃?xì)廨啓C(jī)的模式期間，當(dāng)設(shè)定渦輪排氣溫度保存背心。為此，聯(lián)合國循環(huán)機(jī)構(gòu)的工作方法形成以下一部分：1)負(fù)荷調(diào)節(jié)：響應(yīng)于負(fù)載參考速度，通過負(fù)載控制器負(fù)載快速增加通過減少給定單元的負(fù)載輸出控制達(dá)到燃料標(biāo)準(zhǔn)，通過改變負(fù)載非負(fù)載控制器，負(fù)載控制器來改變速度控制器設(shè)置值，消防單位材料的用途。2)轉(zhuǎn)速控制：必須采取聯(lián)合發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)，控制系統(tǒng)，并通過調(diào)整方法進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整。調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)比例調(diào)節(jié)器，與調(diào)節(jié)器的輸出，調(diào)節(jié)器的輸入，轉(zhuǎn)速參考值與調(diào)節(jié)器輸入的輸入之間的偏差成正比。在實(shí)際協(xié)調(diào)運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)輸出的最基本的方式。調(diào)整速度參考值（圖中的SET點(diǎn)-返工期間的SET點(diǎn)），輸出的燃油參考值改變調(diào)整參考速度與實(shí)際實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的偏差，根據(jù)負(fù)載調(diào)整。3)加速度控制：為了限制燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的安全性，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)加速度控制系統(tǒng)起到非常重要的作用，在某些特殊情況下保證其設(shè)定值不超過轉(zhuǎn)子的角加速度。在同一溫度控制系統(tǒng)中，加速度控制系統(tǒng)效果有限，一般情況下無效，燃?xì)廨啓C(jī)突然斷電威懾動(dòng)態(tài)速度和啟動(dòng)過程限制了汽輪機(jī)的啟動(dòng)加速率熱量部分的熱量減少影響行動(dòng)。由于比例積分，加速燃油標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)際的加速度，積分結(jié)果降低到燃料標(biāo)準(zhǔn)的加速設(shè)定值，燃料量減少，加速度增加受限。4)溫度控制：溫度控制系統(tǒng)的主要作用是保持進(jìn)口限制渦輪機(jī)溫度T3，在一定溫度下渦輪機(jī)進(jìn)口葉片損壞受損。在排氣溫度下團(tuán)隊(duì)對(duì)渦輪進(jìn)口溫度的具體反應(yīng)，即T3高，T4也升高；T3低，T4也降低。同時(shí)，由于T3過高，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量的困難很大。因此，溫度控制系統(tǒng)并不直接對(duì)T3進(jìn)行控制，而是對(duì)T4進(jìn)行控制，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)T3進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度控制在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中起著非常重要的作用。溫度控制正常壓縮機(jī)進(jìn)氣口調(diào)節(jié)泄漏和調(diào)節(jié)燃油流量來調(diào)節(jié)溫度，溫度控制器未調(diào)節(jié)，通常壓縮機(jī)進(jìn)氣口調(diào)節(jié)優(yōu)先進(jìn)行燃油控制。壓縮機(jī)進(jìn)口葉片改變風(fēng)量調(diào)節(jié)燃燒器廢氣溫度接近已知規(guī)定的變化設(shè)計(jì)廢熱鍋爐進(jìn)氣溫度。確保聯(lián)合循環(huán)具有較高的熱效率。根據(jù)以上分析，Upper先生的控制系統(tǒng)誕生了，燃油標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)燃油參考指令被選為最小值選擇器，燃油供給系統(tǒng)的燃油參考指令最少。從動(dòng)態(tài)特性的角度來看，燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)有許多不同點(diǎn)。一個(gè)明顯的區(qū)別是燃?xì)廨啓C(jī)必須保持維持大部分燃料流量所需的燃料流量。5)余熱鍋爐和汽機(jī)系統(tǒng)：（補(bǔ)燃型所以輸出蒸汽聯(lián)恒定）與傳統(tǒng)的鍋爐渦輪式火力發(fā)電機(jī)組相比，再燃燒式余熱鍋爐無法實(shí)現(xiàn)的燃料調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為被動(dòng)提供燃?xì)廨啓C(jī)排氣的熱力渦輪機(jī)的機(jī)械性能，同時(shí)，由于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組產(chǎn)出比例較?。s30％?20％1），通常對(duì)汽輪機(jī)的控制通常是簡(jiǎn)化的，以控制一般的汽輪機(jī)，最大余熱利用氣體，汽輪機(jī)集成循環(huán)只適用于壓力控制設(shè)計(jì)模式，而且更為普遍。。但是對(duì)于燃機(jī)輪機(jī)排氣溫度（503℃）較低的本系統(tǒng)選擇補(bǔ)燃型余熱鍋爐可以保證汽輪組的最大出力，從而保證電網(wǎng)有足夠的電力拖動(dòng)兩臺(tái)壓縮機(jī)。補(bǔ)燃新余熱鍋爐的輸出蒸汽量 可以視為恒定值。3.2燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)建模3.2.1燃?xì)廨啓C(jī)的模型燃?xì)廨啓C(jī)是聯(lián)合循環(huán)裝置最主要組成部分之一，為建立合理的數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)做出以下假設(shè)：1）進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣的溫度等于外界環(huán)境溫度；2）進(jìn)入壓氣機(jī)和透平內(nèi)作為工質(zhì)的氣體被認(rèn)為是理想氣體；3）氣體作為工質(zhì)與外界進(jìn)行熱量交換的過程中，焓的變化相對(duì)很小，熱傳遞量可以忽略不計(jì)；4）燃料在燃燒室內(nèi)充分燃燒。燃?xì)廨啓C(jī)模型的建立分為多個(gè)模塊，通過將各個(gè)部件的模塊分別建模，然后連結(jié)成為整體的燃?xì)廨啓C(jī)模型。（一）壓氣機(jī)模塊壓縮機(jī)的作用是對(duì)空氣中的壓縮進(jìn)行恒定的壓力，然后與燃燒室和燃料混合。提高燃料對(duì)高壓空氣的燃燒效率的工作原理是通過氣體的增壓強(qiáng)度和能量向高速旋轉(zhuǎn)葉片逐漸提供燃燒室完全燃燒。若將壓氣機(jī)內(nèi)部作為工質(zhì)的空氣在流動(dòng)時(shí)的質(zhì)量和動(dòng)量視為近似于零，且認(rèn)為壓氣機(jī)內(nèi)部與外界的能量損失和壓氣機(jī)內(nèi)部的容積可以忽略不計(jì)，則壓氣機(jī)部件的特性方程可確定如下：πηc式中??1，??2是壓氣機(jī)特性函數(shù)，可由壓氣機(jī)特性曲線獲得本文采用模塊庫中的二維查表函數(shù)模塊方式，通過設(shè)置離散點(diǎn)的數(shù)值，采取線性插值法計(jì)算壓氣機(jī)工作特性，然后采用外插查表模塊的方式對(duì)其特性進(jìn)行描述。然后，通過與不同的轉(zhuǎn)換速度不同的轉(zhuǎn)換流量來計(jì)算壓縮機(jī)的壓縮比效率。其中n/T1為折合轉(zhuǎn)速，GinT1/P1為折合流量，Gin為進(jìn)口流量，T1TT2P1P2Nc式中，δ1為壓力損失系數(shù)，Pa為大氣壓力，Ta為大氣溫度，T2為出口溫度，kc為空氣比熱比，P（二）容積模塊在各個(gè)部件之間，工質(zhì)流動(dòng)時(shí)，其連接空間可近似看作一個(gè)整體部分[35]，即為容積模塊。由于工質(zhì)在不同部件間迅速流動(dòng)，滯留的時(shí)間短，所以近似的認(rèn)為工質(zhì)向外界環(huán)境的熱量損失以及進(jìn)出容積模塊的壓差可以忽略不計(jì)。對(duì)于連接部分工質(zhì)的純流動(dòng)，計(jì)算容積模塊入口和出口之間的流量差而產(chǎn)生的壓力差，認(rèn)為容積內(nèi)工質(zhì)的平均壓力為P，容積模塊的數(shù)學(xué)方程為：dp式中，Pout為容腔出口總壓，R為氣體常數(shù)，Tin為容腔進(jìn)口總溫，V為容積，t為時(shí)間，Gin、Gout分別為容腔進(jìn)出口流量。圖容積，模塊（三）燃燒室模塊在燃燒室中，高壓的空氣被持續(xù)不斷的送入，與燃料混合后并充分燃燒，產(chǎn)生作為工質(zhì)的高溫燃?xì)猓则?qū)動(dòng)透平發(fā)出功率。燃燒室的出口壓強(qiáng)P3式中，P2、P3分別為燃燒室進(jìn)出口壓強(qiáng)，δb為燃燒室壓力恢復(fù)系數(shù)。燃燒室的出口溫度為：T3式中，G??為燃料流量，Gin、Gout分別為進(jìn)、出口空氣流量，cp為燃?xì)獗葻幔??b為燃燒室效率，LHV為燃料低位發(fā)熱值。圖燃燒時(shí)模塊（四）透平模塊在燃燒室中產(chǎn)生的燃?xì)膺M(jìn)入透平中作為工質(zhì)發(fā)出功率。燃?xì)廨啓C(jī)的透平產(chǎn)生的功可以分為兩部分，一部分功用來帶動(dòng)壓氣機(jī)持續(xù)不斷的壓縮進(jìn)入的空氣，另一部分功傳遞給動(dòng)力透平，輸出功率帶動(dòng)負(fù)載工作。可見，燃?xì)庠谕钙街邪l(fā)出的功一定包含了帶動(dòng)壓氣機(jī)給空氣升高壓力的那部分功，剩下的一部分功用來傳遞給動(dòng)力渦輪輸出給外界負(fù)荷。透平入口流量和透平效率與透平膨脹比的關(guān)系為：GcorGin式中，Tin為透平入口溫度，Pin為透平入口壓強(qiáng)，πt為透平的膨脹比。透平發(fā)出的功率為：Nt透平的出口溫度為：Tout式中，Tin，Tout分別為透平入口和出口的溫度，cp為燃?xì)舛▔罕葻?，R為氣體常數(shù)，Gin為透平的入口流量。透平出口壓力為：Pout（五）轉(zhuǎn)子模塊轉(zhuǎn)子存在于燃?xì)廨啓C(jī)的高、低壓壓氣機(jī)渦輪和動(dòng)力渦輪，其中壓氣機(jī)部分轉(zhuǎn)子的負(fù)荷為壓氣機(jī)消耗的功，動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子的負(fù)荷為外界負(fù)載所需要的功率。轉(zhuǎn)子具有的轉(zhuǎn)動(dòng)能隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小而改變。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子發(fā)出的功與轉(zhuǎn)子消耗的功相互平衡[36]。當(dāng)轉(zhuǎn)子上發(fā)出和消耗的功不能相互平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就處于變化過程中。由動(dòng)量守恒關(guān)系得出，轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)方程可表達(dá)為：式中，Nt、Nl分別為轉(zhuǎn)子輸出的功率和負(fù)荷消耗的功率。Jωdωω=2πn圖轉(zhuǎn)子模塊模型（六）燃?xì)廨啓C(jī)整體模型燃?xì)廨啓C(jī)整體模型由壓氣機(jī)、燃燒室、高、低壓透平、動(dòng)力透平、容積模塊、轉(zhuǎn)子模塊等部分所構(gòu)成，圖4.6為將子系統(tǒng)封裝的燃?xì)廨啓C(jī)整體模型。圖4.6燃?xì)廨啓C(jī)整體仿真模型余熱鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)模型本文以某單壓無補(bǔ)燃余熱鍋爐為研究對(duì)象。余熱鍋爐的換熱過程實(shí)際上是利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣所產(chǎn)生的余熱，加熱水產(chǎn)生過熱蒸氣的過程[37]。在廢熱鍋爐中，為了吸收果酒機(jī)械的熱值，由于廢熱鍋爐煙氣和廢氣煙氣之間的熱量差，可以建立熱平衡關(guān)系，以此建立余熱鍋爐的數(shù)學(xué)模型。為最終做到準(zhǔn)確合理的對(duì)余熱鍋爐模塊進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，在建立模型之前先做以下假設(shè)：（1）從給水泵的給水不含蒸汽；（2）認(rèn)為水是不可壓縮的流體，各部件間不飽和水的密度近似相等；（3）省煤器內(nèi)冷水比熱為常數(shù)；（4）考慮到蒸汽鍋筒壁的溫度和飽和蒸汽鍋筒內(nèi)部的溫度是相同的，即在動(dòng)力學(xué)過程中工件與壁之間傳熱的蒸汽鍋筒；（5）認(rèn)為煙氣是理想氣體，不考慮煙氣流動(dòng)時(shí)的阻力，并且進(jìn)入和流出余熱鍋爐的煙氣流量相等。余熱鍋爐和汽輪機(jī)工藝流程圖，余熱鍋爐利用余熱預(yù)熱加熱汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)工作，供水發(fā)電，汽輪機(jī)，聯(lián)合國循環(huán)發(fā)電廠的功率密度約為30％循環(huán)發(fā)電廠的重要組成部分。由圖4.7的余熱鍋爐汽機(jī)簡(jiǎn)要流程圖中可以看出，余熱鍋爐吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙熱量，在汽包及過熱器中產(chǎn)生蒸汽m，再經(jīng)過進(jìn)汽控制閥，進(jìn)入蒸汽輪機(jī)作功。燃?xì)夥懦龅臒崃縌g取決于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣流量和溫度。Q其中：Cpin和Cpout為進(jìn)口燃?xì)獾亩▔罕葻?，mgas為燃?xì)赓|(zhì)量流量，Qg為燃?xì)鉄崃浚琎=Qg×??HRSG其中??HRSG換熱效率，焓值升高，即：Q=式中hs為主蒸汽焓值，hw為汽包給水焓值。所以余熱鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽量ms流出過熱器的蒸汽質(zhì)量流量ms與汽包壓力p及主蒸汽閥前壓力pms圖余熱鍋爐仿真模塊蒸汽輪機(jī)的控制方式有兩種形式，即滑壓運(yùn)行和定壓運(yùn)行。本文研究的蒸汽輪機(jī)模在正常運(yùn)行型及小額負(fù)載（±30%）變化時(shí)余熱鍋爐保持定壓運(yùn)行，在較大負(fù)荷變化時(shí)，余熱鍋爐停止補(bǔ)燃，汽輪機(jī)功率完全由燃?xì)廨啓C(jī)排氣決定與滑壓運(yùn)行方式類似，但是機(jī)組將切換到頻率控制，進(jìn)氣門開度參與調(diào)速系統(tǒng)控制。在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組整體輸出功率中，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率占比超過70%，而蒸汽輪機(jī)的輸出功率只占不到30%。所以當(dāng)蒸汽輪機(jī)采用類似滑壓運(yùn)行的方式時(shí)，進(jìn)入蒸汽輪機(jī)做功的過熱蒸汽完全由余熱鍋爐換熱取得，蒸汽輪功率完全由燃機(jī)排氣參數(shù)決定。 蒸汽輪機(jī)在較大工況變化時(shí)，其壓力、流量、溫度等可由Flugel公式表達(dá)：MstMst其中K0有蒸汽輪機(jī)額定工況決定：K0式中，Mst為蒸汽流量，Tst1為蒸汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽溫度，Pst1、PMstFs隨進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的關(guān)小而減小，閥門全開時(shí)Fs=1。蒸汽輪機(jī)的輸出功率為：Nst式中，hst1、hst2為蒸汽輪機(jī)進(jìn)出口焓值，Mst為主蒸汽流量，N圖蒸汽輪機(jī)仿真模塊3.5聯(lián)合循環(huán)整體模型聯(lián)合循環(huán)模型由燃?xì)廨啓C(jī)組成：預(yù)熱鍋爐和汽輪機(jī)三部分。該模型按照一定的規(guī)則將三個(gè)模塊組合在一起，結(jié)合一定的規(guī)則，結(jié)合三個(gè)模塊。下圖顯示了這三個(gè)模塊之間的關(guān)系。圖非補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖無害可燃?xì)怏w1在蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，最顯著的特點(diǎn)是確定燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，燃?xì)廨啓C(jī)的模式已經(jīng)確定。在該系統(tǒng)中，余熱鍋爐隨動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，汽輪機(jī)跟隨鍋爐，整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷，當(dāng)然，在沒有余熱鍋爐再燃燒的情況下，可以調(diào)整蒸發(fā)量的調(diào)整量，旁通閥開放程度。但其調(diào)整意味著能源效率會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)熱效率的不利影響。圖補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán)最大的特點(diǎn)是余熱鍋在經(jīng)過可以通過燃料補(bǔ)燃，保證輸出蒸汽量的穩(wěn)。因此汽輪發(fā)電機(jī)組可以保證輸出額定功率。這樣聯(lián)合循環(huán)的仿真控制系統(tǒng)圖如下：圖聯(lián)合循環(huán)控制系統(tǒng)仿真圖控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)輸入燃?xì)廨啓C(jī)的燃料流量來對(duì)聯(lián)合循環(huán)裝置的負(fù)荷工況進(jìn)行控制。其中燃料流量經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、透平入口溫度控制器和超速控制器3個(gè)控制器調(diào)節(jié)后通過最小值選擇，輸出最小的燃料信號(hào)，經(jīng)過燃料供給模塊輸出調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的燃料流量。一般情況下，在聯(lián)合循環(huán)裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)起主要調(diào)節(jié)功能，對(duì)燃機(jī)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速和聯(lián)合循環(huán)裝置的輸出功率進(jìn)行控制。3.6本章小節(jié)第四章基于粒子群優(yōu)化算法的PID控制4.1PID控制器與粒子群（PSO）算法原理介紹4.1.1原粒子群優(yōu)化算法4.1.1.1算法原理自19世紀(jì)以來，通過模擬生物層的作用解決問題，已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)，形成了以群體智能為中心的理論體系，應(yīng)用應(yīng)用的突破性發(fā)展【43】。本文僅以蟻群體的代表為實(shí)現(xiàn)模式，蟻群食物采集過程（蟻群優(yōu)化）的蟻群優(yōu)化算法和模擬鳥群運(yùn)動(dòng)模式（粒子群算法）的粒子群優(yōu)化算法，收集到的。粒子優(yōu)化算法是基于Eberhart和Kennedy的1995年演化計(jì)算技術(shù)的發(fā)展【44】，它可以作為非質(zhì)量體積粒子的個(gè)體使用，其粒子的動(dòng)作調(diào)節(jié)容易，不完全來自粒子群，可以使用具有優(yōu)越特性的解決方案，復(fù)雜性問題。POS自身問題后，其概念簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，在短時(shí)間內(nèi)成為研究的重點(diǎn)，已經(jīng)在IEEE會(huì)議演化計(jì)算CEC專欄“討論的具體主題。在這個(gè)PSO中，所有的解決方案都是“鳥”，“粒子”。作為第一個(gè)PSO隨機(jī)粒子，它是迭代和優(yōu)化的。每次迭代更新都追蹤粒子的兩個(gè)“極值”：一個(gè)極值pBest稱為最優(yōu)解;另一個(gè)極值是整個(gè)極值的最優(yōu)值。這個(gè)極值微粒位置為Xi=(xi1,xi2,……,xiN)T，這個(gè)速度為Vi=(vi1,vi2,……,viN)T，個(gè)人極值顯示為Pi=(pi1,pi2,……,piN)T，作為一個(gè)粒子你自己的飛行經(jīng)驗(yàn)。全局極值表示為Pg=(pg1,pg2,……,pgN)T，作為一個(gè)團(tuán)體的經(jīng)驗(yàn)。粒子是通過他的經(jīng)驗(yàn)和團(tuán)體經(jīng)驗(yàn)決定下一個(gè)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于第（k+1）次迭代，通過以下等式改變?yōu)橐粋€(gè)粒子：VX式中,i=1,2,……M,M是組中的粒子總數(shù)。d=1,2……N,N為解決空間的維度，即參數(shù)個(gè)數(shù)。加速因子c1、c2分別調(diào)節(jié)向量pBest和gBest方向飛行的最大步長，合適的c1、c2你可以快速融合并落入當(dāng)?shù)亍Ｗ畲笏俣萔max決定了問題空間搜索的粒度，粒子的一維速度Vid,都會(huì)被限制在[-vdmax,+vdmax]之間，如果間隔在搜索空間中定義了d的定義[- 由上式可以看出，公式(5-1)主要通過三部分來計(jì)算粒子i更新的速度：粒子i前一時(shí)刻的速度vidk，粒子位于當(dāng)前位置和他們的位置的距離Pid-xid圖粒子移動(dòng)原理圖Fig.4-1Movingprincipleofparticles式(5-1)被稱為第一部分，動(dòng)量部分，粒子本身在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中提供了置信度，粒子做出必要的量，以自己的速度，慣性運(yùn)動(dòng)；第二部分代表個(gè)體對(duì)個(gè)體認(rèn)知的部分，它是粒子自身思想的概念；被稱為san先生，社會(huì)認(rèn)知的部分與粒子之間的信息共享合作，并且導(dǎo)致粒子粒子群之間的最高位置[4-146]。公式(5-1)的多樣化(diversification)的特點(diǎn)對(duì)應(yīng)于第1段，第二和第三項(xiàng)對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于搜索過程集中(intensification)的特征，我們通過這三者之間的相互平衡來確定算法的主要性能。4.1.1.2算法參數(shù)(1)粒子群大小M：由于粒子群的大小的選擇，雖然是特定的問題，但設(shè)置粒子的總數(shù)為20?50。事實(shí)上，大多數(shù)的問題谷物都可以取得好的效果，而且還會(huì)遇到難題或特定類型的問題，粒子數(shù)量和200個(gè)。(2)粒子的長度N：即是問題解空間的維數(shù)。(3)顆粒最大速度Vmax：顆粒速度空間中所有尺寸的最大速度極限值Vmax，如果與速度控制范圍內(nèi)的顆粒速度一起使用，確定空間搜索問題和粒度。其價(jià)值通常由用戶自己設(shè)定。Vmax是一個(gè)非常重要的參數(shù)。如果Vmax值可能較大，則顆粒表現(xiàn)出優(yōu)異的面積;另一方面，如果Vmax值較小，則顆?？赡軣o法在除最佳區(qū)域以外的區(qū)域充分地探測(cè)。實(shí)際上，它們可能落入足夠遠(yuǎn)的局部最佳移動(dòng)距離，以到達(dá)理想位置空間的局部區(qū)域。如果間隔在搜索空間中定義了d的定義[-xdmax,+xdmax]，則通常v(4)加速定數(shù)c1、c2：分別調(diào)節(jié)向量pBest和gBest方向飛行的最大步長，確定的粒子個(gè)體經(jīng)驗(yàn)和群體經(jīng)驗(yàn)是粒子運(yùn)行軌跡的影響，反射粒子群之間的信息交換。如果c1=0，粒子是一個(gè)群體的經(jīng)驗(yàn)，其收斂速度比局部最優(yōu)；如果c2=0，沒有關(guān)于粒子群的共享信息，并且通過獲得行進(jìn)的M的單個(gè)粒子來獲得規(guī)模的M個(gè)群的等價(jià)性，則解的概率很小，因此一般安裝c1=c2。這個(gè)常數(shù)表明系統(tǒng)的“張力變化”，較低的c1、c2值使得粒子徘徊在遠(yuǎn)離目標(biāo)的區(qū)域，較高的c(5)r1、4.1.1.3算法邊界條件它需要真實(shí)的空間，可以限制在正常的過程應(yīng)用程序。如何設(shè)置邊界：(1)吸收壁：解空間運(yùn)動(dòng)，允許粒子朝向某個(gè)上游粒子碰撞解空間的邊界，其速度與0相同。在這個(gè)意義上，邊界壁吸收了吸收空間粒子的能量。(2)反射墻：粒子在某些風(fēng)中解開空間邊界，粒子在熔化空間中反射。(3)墻：粒子無拘無束的運(yùn)動(dòng)。但是，在空間中逃逸粒子的粒子必須計(jì)算適應(yīng)值。該技術(shù)基于對(duì)溶液空間中的顆粒的評(píng)估，從而節(jié)省了由顆粒節(jié)省的時(shí)間。4.1.1.4算法的步驟(1)初始化粒子群：給定群大小M，解空間維數(shù)N，隨機(jī)產(chǎn)生的所有粒子的位置Xi，速度Vi。(2)基準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)f（x）計(jì)算每個(gè)粒子的當(dāng)前適應(yīng)值。(3)更新個(gè)體極值：通過比較第i個(gè)粒子的當(dāng)前自適應(yīng)值f（Xi）和同一個(gè)粒子的個(gè)體極值Pi自適應(yīng)值來進(jìn)行所有人類粒子的自適應(yīng)極值的評(píng)估，如果前者更新為Pi，HoldPi不會(huì)改變。(4)更新全局極值：從所有Pi中選出最好的，作為全局極值Pg。(5)更新更新速度和位置公式（5-1）以更新所有粒子的速度Xi和位置Vi。(6)檢查必須檢查條件是否滿足，否，則退出；否則，轉(zhuǎn)至步驟(2)。4.1.1.5算法的復(fù)雜度分析：(1)需要對(duì)M個(gè)粒子進(jìn)行初始化，而且每個(gè)粒子又是N維，其時(shí)間復(fù)雜度即為O(MN)；(2)計(jì)算M粒子的適應(yīng)度函數(shù)（參考測(cè)試函數(shù)）計(jì)算適應(yīng)值，適應(yīng)度函數(shù)的復(fù)雜度通常都是O(N)，所以時(shí)間是復(fù)雜的0(MN)；(3)對(duì)M個(gè)粒子更新個(gè)體極值，時(shí)間復(fù)雜度為O(M)；(4)從M個(gè)個(gè)中選出最好的那個(gè)，時(shí)間復(fù)雜度也為O(M)；(5)由于我們需要更新速度和位置來更新每個(gè)粒子的每個(gè)粒子，所以這個(gè)時(shí)間會(huì)更新復(fù)雜度(；(6)判斷了條件、常數(shù)時(shí)間。從以上分析可以看出，(2)-(6)步驟中的最大時(shí)間復(fù)雜度為O(MN)。我們假設(shè)算法的迭代次數(shù)為T(可以是：用戶設(shè)定的最大迭代次數(shù)為了達(dá)到計(jì)算精度ε所需要的迭代次數(shù)或當(dāng)最優(yōu)解達(dá)到最大凝滯步數(shù)Δt時(shí)的迭代次數(shù)等)，那么循環(huán)(2)-(6)后的時(shí)間復(fù)雜度為O(MNT)，其大于步驟(1)的時(shí)間復(fù)雜度O(MN)，所以原始PSO算法的時(shí)間復(fù)雜度即為0(MNT)。4.2優(yōu)化PID控制器的步驟與計(jì)算4.2.1傳統(tǒng)的PID控制器參數(shù)普通控制方案PID調(diào)節(jié)器采用大量，PID調(diào)節(jié)器易于調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)在施工過程中得到廣泛應(yīng)用。但是，PID調(diào)節(jié)器通常通常會(huì)通過參考來調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值，或者繼續(xù)導(dǎo)致其他同步機(jī)的安裝，現(xiàn)有參數(shù)，振動(dòng)等問題的不匹配，嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。常規(guī)的PID控制框圖PID控制器比較系統(tǒng)設(shè)定值r（t）和輸出y（t）之間的偏差e（t）、積分和微分，然后輸出控制量u(t)作用于被控對(duì)象，通過調(diào)節(jié)控制量u(t)，使得偏差e(t)趨于0，從而保證控制系統(tǒng)處于一個(gè)預(yù)期穩(wěn)定狀態(tài)。其控制規(guī)律為:其中，u（t）是PID控制器的輸出，KP是比例增益，TI是積分時(shí)間常數(shù)，TD是微分時(shí)間常數(shù)，e（t）是系統(tǒng)設(shè)定值和輸出之間的偏差。對(duì)應(yīng)的模擬PID的傳遞函數(shù)為:數(shù)字PID為了便于通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，需要將模擬PID離散化為差分方程。其轉(zhuǎn)換結(jié)果如下:其中，u（t）是PID控制器的輸出，KP是比例增益，TI是積分時(shí)間常數(shù)，TD是微分時(shí)間常數(shù)，e（t）是系統(tǒng)設(shè)定值和輸出之間的偏差;T為采樣周期。式(3)中u(k)表示了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，稱為數(shù)字PID位置型控制算式。位置型控制算式在工業(yè)過程控制中應(yīng)用較少，這是因?yàn)橐奂悠頴(k)，不僅要占用較多的存儲(chǔ)單元，而且較難通過程序?qū)崿F(xiàn)。因此，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，產(chǎn)生數(shù)字PID增量型算式。由式(3)可得:由式(3)和式(4)可得數(shù)字PID增量型算式為:其中，KI=KPT/TI為積分系數(shù);KD=KPTD/T為微分系數(shù)。PID控制器性能對(duì)參數(shù)的影響（1）Kp的作用是調(diào)節(jié)加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)響應(yīng)速度越高，調(diào)整精度越高，但系統(tǒng)精度越高，系統(tǒng)突然增加越不穩(wěn)定，變得越來越大。Kp越小，調(diào)整的準(zhǔn)確性越低，響應(yīng)速度越慢，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性會(huì)惡化系統(tǒng)。（2）Ki的作用是擦除系統(tǒng)的固定誤差。作為Ki，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差更快，但是Ki取得了比賽的最終飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致了超大的音調(diào)。Ki太小，很難消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，影響系統(tǒng)的調(diào)整精度。（3）改善Kp運(yùn)行的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性主要是響應(yīng)響應(yīng)過程中偏差偏差抑制變化的方向，較大，降低了Kp系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)在系統(tǒng)中時(shí)，特別是當(dāng)發(fā)生高頻波干擾時(shí)。粒子群控制算法應(yīng)用控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是目標(biāo)數(shù)學(xué)模型有罪參數(shù)的在線優(yōu)化角[43]。根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，首先選擇影響調(diào)整信號(hào)參數(shù)，然后，為在線PID參數(shù)調(diào)整優(yōu)化作為參數(shù)給出的性能的指標(biāo)。圖5-2是文中提出的粒子群用于模擬量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖：圖5-2粒子群用調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)PID參數(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖Fig5-2PSOusedtoanalogmodulatesystemPIDparametersoptimiztionpattern4.2.2基于粒子群的優(yōu)化PID控制器KPTITD調(diào)節(jié)，要求滿足該參數(shù)參數(shù)的信使系統(tǒng)的控制性能。對(duì)于這個(gè)人來說，從優(yōu)化的角度來看，最好找到變量的參數(shù)空間，最好地滿足系統(tǒng)的控制性能。這三個(gè)變量的參數(shù)空間是很大的。手工制作也可以建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從根本上來說是一種考試湊湊法，大參數(shù)空間很難找到它，但基于優(yōu)越的結(jié)果，其他一些優(yōu)化方法對(duì)象模型的分析也很好，難以獲得具有不確定對(duì)象模型的最具競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)果第五章聯(lián)合循環(huán)頻率控制裝置優(yōu)化5.1基于傳統(tǒng)PID控制器的頻率控制策略在本改造方案中的燃機(jī)與汽輪機(jī)分別拖動(dòng)發(fā)電機(jī)，所以兩個(gè)部分別由自身的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。聯(lián)合循環(huán)中各部件受自身熱力學(xué)特性影響，對(duì)于電網(wǎng)負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間有所不同，燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)節(jié)速度更快，響應(yīng)時(shí)間更短，所以燃?xì)庵饕?fù)荷對(duì)負(fù)荷變化的調(diào)整。而余熱鍋爐與蒸汽輪機(jī)自身熱慣性大，對(duì)于工況變化的響應(yīng)時(shí)間更長，也更容易出現(xiàn)事故，因此需要對(duì)汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)研究。5.2蒸汽輪機(jī)調(diào)速控系統(tǒng)模型單元控制系統(tǒng)的速度/負(fù)荷控制角中包括三種控制方式：輸出控制，調(diào)節(jié)類壓力控制和轉(zhuǎn)速控制，分別對(duì)應(yīng)控制方式選擇0,1。圖：ω是發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，PE是發(fā)電機(jī)電磁輸出，P1是壓力調(diào)節(jié)渦輪。其中負(fù)載控制電路控制兩種類型的方法：控制級(jí)的輸出控制和壓力控制。選擇所有調(diào)速器是兩種方法之一，或者兩種負(fù)載控制方法都不采用，此時(shí)轉(zhuǎn)速控制[13-14]。如果單元是隔離網(wǎng)絡(luò)，輸出控制方案，在功率平衡較大的情況下，出現(xiàn)輸出控制排斥現(xiàn)象[2]。該控制方法實(shí)現(xiàn)了選擇兩旋轉(zhuǎn)控制方法作為兩旋轉(zhuǎn)控制方法。此時(shí)，F(xiàn)M功能一旦調(diào)整一次差值FM，就調(diào)整FM一次后出現(xiàn)的周波偏差，以滿足輸入速度PID控制功能的需要，同時(shí)，調(diào)整。 將其視為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間單元的孤子控制方法波數(shù)穩(wěn)定化控制角單元模擬模型的重要影響主要是控制系統(tǒng)模型，執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型，過度保護(hù)（超速保護(hù)控制器，OPC）模型和渦輪機(jī)模型。在數(shù)字式電氣控制系統(tǒng)中，閥位控制時(shí)流體對(duì)負(fù)載控制電路無用，此時(shí)一旦FM和轉(zhuǎn)速控制電路的周數(shù)PID被控制，模型圖所示的模型輸入旋轉(zhuǎn)偏差，一旦FM電路和旋轉(zhuǎn)P