Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Tiến Sáng PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN Ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 9520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: - TS Lê Đức Dũng - PGS.TS Bùi Quốc Khánh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Lý chọn luận án Tính đến hết năm 2020, tổng cơng suất đặt nhà máy nhiệt điện đốt than 20.867 MW, chiếm 30% toàn hệ thống, với sản lượng trung bình hàng năm đạt 123 tỷ kWh Vì vậy, vận hành ổn định nhà máy nhiệt điện đốt than ảnh hưởng tới an ninh lượng hệ thống Hệ thống điều khiển NMNĐ hệ điều khiển phức tạp Hiệu q trình vận hành lị nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào hai nhóm yếu tố ln thay đổi, phân sau: Yếu tố bất định yếu tố gây tổn thất nhiên liệu Các yếu tố bất định bao gồm: suy giảm độ xác thiết bị đo lường, khả đáp ứng cấu chấp hành hiệu trao đổi nhiệt Để hạn chế yếu tố này, cần tiến hành kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ theo quy định Các yếu tố gây tổn thất nhiên liệu gồm có: thay đổi liên tục phẩm chất nhiên liệu tạo nhiễu q trình, khơng ổn định hệ thống điều khiển Để khắc phục nguyên nhân này, cần thiết tiến hành công tác chỉnh định hệ thống điều khiển Do vậy, việc chọn thực đề tài “Phương pháp nhận dạng hiệu chỉnh mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao Mục tiêu, đối tượng phạm vi Mục tiêu: Nghiên cứu phương pháp nhận dạng chỉnh định hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun phục vụ vận hành ổn định hiệu Đối tượng nghiên cứu: Hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ đốt than phun áp suất cận tới hạn Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phân tích, nhận dạng chỉnh định mạch vịng điều khiển nhà máy nhiệt điện Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện cụ thể (Duyên Hải 1) Kết hợp nghiên cứu lý với số liệu thí nghiệm vận hành nhà máy để phân tích nhận dạng đánh giá chỉnh mạch vòng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến mạch vịng điều khiển NMNĐ đốt than phun phục vụ định hướng cho nhận dạng chỉnh định hệ thống điều khiển nhà máy điện Nghiên cứu sử dụng phần tử dự báo kết hợp với điều khiển có NMNĐ đốt than phun Xây dựng thành công công cụ phục vụ chỉnh định tham số điều khiển nhà máy nhiệt điện Những điểm đóng góp đề tài - Phân tích đặc điểm cơng nghệ, cấu trúc điều khiển, yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc, trình tự thực chỉnh định mạch vòng điều khiển NMNĐ đốt than phun công nghệ cận tới hạn, phục vụ định hướng cho nhận dạng chỉnh định hệ thống điều khiển NMNĐ - Sử dụng hiệu phần tử dự báo kết hợp điều khiển để chỉnh định mạch vòng điều khiển NMNĐ Đề xuất thời gian dự báo xác định không vượt 0,461 lần thời gian trễ vận tải đối tượng Đề xuất tham số điều khiển cho mạch vòng điều khiển gió cấp nhiên liệu NMNĐ Dun Hải - Ứng dụng thành công mạng nơron nhận dạng hệ điều khiển nhà máy cụ thể Mạng nơron kiểm chứng chức nhận dạng đặc tính vận hành nhà máy, đánh giá cấu trúc điều khiển hiệu chỉnh trình cấp nhiên liệu NMNĐ Duyên Hải Nội dụng luận án trình bày bốn chương Chương 01 trình bày tổng quan, nguyên nhân dẫn tới cần thiết phải nghiên cứu hiệu chỉnh nhà máy nhiệt điện Khái qt cơng trình nghiên cứu nhận dạng hiệu chỉnh Chương 02 phân tích yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng điều khiển NMNĐ đốt than phun, ứng dụng mơ hình điều khiển nhà máy phục vụ nghiên cứu chế độ vận hành đánh giá đáp ứng hệ thống điều kiện vận hành thực Chương 03 trình bày kết phát triển phương pháp phần tử dự báo điều khiển để chỉnh định mạch vịng điều khiển Trình bày phần mềm phục vụ chỉnh định tham số điều khiển NMNĐ Chương 04 trình bày phương pháp ứng dụng mạng nơron để nhận dạng hệ điều khiển nhà máy từ số liệu vận hành NỘI DUNG LUẬN ÁN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Chương luận án trình bày nội dung sau: - Sự cần thiết nghiên cứu hệ thống điều khiển nhà máy nhiệt điện nói chung điển hình NMNĐ Duyên Hải 1; - Khái quát chung phương pháp nhận dạng chỉnh định mạch vịng điều khiển cơng nghiệp; - Tổng kết cơng trình nghiên cứu nhận dạng chỉnh định mạch vịng điều khiển cơng nghiệp; - Định hướng nghiên cứu PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN Chương luận án trình bày nội dung: i) Phân tích hệ điều khiển phụ tải nhiệt yếu tố ảnh hưởng đến mạch vịng điều khiển NMNĐ Duyên Hải công suất 622,5 MW phục vụ định hướng cho nhận dạng chỉnh định hệ thống điều khiển nhà máy điện; ii) Nghiên cứu hệ điều khiển phụ tải nhiệt; iii) Mô kiểm chứng đáp ứng hệ thống điều khiển vận hành ba chế độ khác có yếu tố nhiễu biến đổi mạnh 2.1 Phân tích mạch vịng điều khiển Trên Hình 2.1 trình bày sơ đồ P&ID hệ lò - tuabin - máy phát Ta có hệ điều khiển: - Hệ điều khiển phụ tải nhiệt (hệ điều khiển cấp trên) gồm hai mạch vòng điều khiển: i) Mạch vòng điều khiển cơng suất phát; ii) Mạch vịng điều khiển áp suất - Hệ điều khiển sở (hệ điều khiển cấp dưới) đặc trưng cho q trình lị chu trình nhiệt, gồm mạch vịng điều khiển sở sau: i) Mạch vòng điều khiển nhiên liệu; ii) Mạch vịng điều khiển nồng độ xy dư (điều khiển cấp gió); iii) Mạch vịng điều khiển áp suất buồng đốt (điều khiển khói); iv) Mạch vịng điều khiển mức nước bao (điều khiển nước cấp); v) Mạch vòng điều khiển (đẳng trị) nhiệt  st MSV PT T*qn3 TC TC FT T*qn2 Trích trung áp CV Crossover Ne TT Tm Tqn2 Whbh Bao TC T*qn2 pbh RH1 Than Khơng khí SH1 Bao W*gio2 Qт Bơm ngưng N*e Bộ hâm F(Ne) H* Pbl LC FC FC Than Khơng khí P*bl PC Wnc Than Khơng khí ICV H Wgio2 PT Dàn ống sinh Condenser O*2 O2 C UT SH1 Rst RSV Trích cao áp RH2 G LP B LP A Reheat TT SH2 SH3 IP MV Nước trích từ bơm cấp IP TT TT SH2 TT Nước trích từ bơm cấp MV LT HP T*qn1 SCR PC FC FC F(x) Hỗn hợp than gió Máy cấp than Wf IDF 110oC TT W*gio1 g Tái lạnh Hơi trích GT FT SR Máy nghiền than FC M-file Speed* 110oC f(x) MV APH FT Wnc W*f WR ST Nước cấp FC GT P*h Tới vòi đốt ST WR Wair FDF Bunker than ngun Tới vịi đốt W*nc LCV Gió lạnh (tươi) Gió nóng cấp Changeover CV GT PAF FC GT Wh.td BFPT ST Bơm nước cấp Động tuabin Wnc Tới bình ngưng Nước đến từ bình khử khí Hình 2.1 Sơ đồ P&ID nhà máy nhiệt điện đốt than phun 2.2 Phân tích mạch vịng cấp nước Vai trò mạch vòng điều khiển nước cấp cân lượng lượng nước cấp vào bao hơi, đáp ứng nhanh để xen kênh với trình sinh mạch vịng phát cơng suất Whbh SH1 Bao HP-Tuabin FT LT H* pbh LC FC IP SH2 SH3 W*nc RH2 FC FC Wnc MV RH1 Than Khơng khí Dàn ống sinh Qт SH1 Hơi trích Tái lạnh LCV Wnc Changeover CV Bộ hâm Wh.td SCR Bơm nước cấp Đường tín hiệu Đường cơng nghệ BFPT Wnc f(x) ST Động tuabin Tới bình ngưng Nước đến từ bình khử khí Hình 2.4 Sơ đồ P&ID điều khiển mức nước bao Mức nước bao giữ mức thiết kế không đổi tức đảm bảo cân nước cấp vào bao hơi, giá trị đặt mạch vịng ln số H* = Do vậy, đặc điểm mạch vòng điều khiển cấp nước điều khiển đáp ứng theo nhiễu tải (lưu lượng hơi) Đại lượng cần điều khiển mức nước bao H, đại lượng tác động MV lưu lượng nước cấp Wnc, cấu chấp hành bơm nước cấp, truyền động quay bơm nước cấp động tuabin Đại lượng nhiễu tải lưu lượng (thay đổi theo công suất phát) Wh Wh GF H*  − Wnc* GcH GD nc +  − Gv GCnc Wnc Gpnc −  G pH H G pnc GTH Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng cấp nước [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vịng phương pháp chỉnh định: - Thơng số hệ: Cơ cấu chấp hành bơm tuabin, lưu lượng nước cấp tỷ lệ với tốc độ quay tuabin, trở lực đường ống cấp nước - Thông số điều khiển: Mức GcH (có dạng PID) lưu lượng GcW (có dạng PI), hàm Feedforward lưu lượng Hàm GF thiết lập Feedforward tĩnh.Việc chỉnh định mạch vòng thường tiến hành chỉnh từ mạch vòng điều khiển lưu lượng, mạch vòng điều khiển mức, cuối chỉnh Feedforward 2.3 Phân tích mạch vịng điều khiển khói gió Sơ đồ P&ID mạch vịng điều khiển khói gió Hình 2.10 Whbh SH1 Bao Đường tín hiệu LT pbh Đường công nghệ HP SH2 IP RH2 SH3 O2C UT O*2 Wgio2 RH1 SH1 FC PT Than Khơng khí W*gio2 Pbl PC Dàn ống sinh Wnc P*bl PC SCR Qт F(x) Wair FC FDF GT APH FT GT FT Hình 2.10 Sơ đồ P&ID hệ điều khiển khói gió IDF Đại lượng tác động (MV) lưu lượng gió 2, cấu chấp hành quạt gió FDF hướng trục, cấu điều chỉnh cánh động thay đổi góc nghiêng Wf W f O2*% GD ka +  > Gco2 −  − Gcg2 Gpg2 Gpch −  O2% GTg2 GTO2 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh nồng độ %O2 [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng phương pháp chỉnh định: - Thông số hệ: Cơ cấu chấp hành quạt gió cấp FDF, lưu lượng gió cấp tỷ lệ với tốc độ quay độ mở cánh động, trở lực đường ống cấp gió, lượng đặt nồng độ oxy dư tỷ lệ theo lưu lượng đặt thủ công Các thơng số mạch vịng thay đổi chu kỳ vận hành - Thông số điều khiển: nồng độ oxy GCO2 (có dạng PI) lưu lượng gió Gcg2 (có dạng PI) Đặc biệt tham số hàm Feedforward lưu lượng nhiên liệu, nhân tỷ lệ để tổng lưu lượng gió cấp vào lị (bao gồm gió cấp 2) Cấu trúc điều khiển áp suất chân khơng buồng lửa Hình 2.14 Wa Wa GD GF * bd P +  − Gcas  − Wkh Gpk G pas  Pbd GTp Hình 2.14 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều khiển áp suất âm buồng đốt [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng phương pháp chỉnh định: - Thông số hệ: Cơ cấu chấp hành quạt khói IDF, lưu lượng khói tỷ lệ với độ mở damper cánh tĩnh, trở lực đường khói qua hệ thống trao đổi nhiệt (như SH, RH, hâm, SCR, APH) - Thông số điều khiển: Áp suất buồng đốt Gcas (có dạng PI) Đặc biệt tham số hàm Feedforward tổng lưu lượng gió 2, trích từ điều khiển gió cấp Việc chỉnh định mạch vòng thường tiến hành chỉnh từ mạch vịng điều khiển lưu lượng khói, tiếp đến điều khiển Feedforward từ lưu lượng gió cấp 2.4 Phân tích mạch vịng điều khiển nhiệt độ Sơ đồ P&ID Hình 2.17 cấu trúc điều khiển Hình 2.18 T*qn3 TC TC Whbh MV pbh TT T*qn2 MV IP TT T*qn1 TT HP Nước trích từ bơm cấp TT T*qn2 TC Tqn2 Nước trích từ bơm cấp SH2 TT Đường tín hiệu SH2 SH3 Đường cơng nghệ RH2 RH1 SH1 Bao SH1 Dàn ống sinh Than Khơng khí Wnc Bộ hâm Qт SCR Hình 2.17 Sơ đồ P&ID điều khiển nhiệt độ nhiệt Bao hơi; – Vịi phun giảm ơn cấp 1; – Vịi phun giảm ơn cấp 2; – Van chỉnh lưu lượng phun giảm ôn cấp 1; – Van chỉnh lưu lượng phun giảm ôn cấp Nhiễu Qhqn2 GcFF T*hqn2 GcT W*ngo GD - µngo Gcngo Gpngo Wngo - T hqn2 Qngo hngo GpT GTgo GTT Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều khiển nhiệt độ nhiệt [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng phương pháp chỉnh định: - Thông số hệ: Cơ cấu chấp hành van phun nước giảm ôn, lưu lượng nước giảm ôn tỷ lệ độ mở van, công suất nhiệt quy đổi từ nhiệt độ áp suất nhiệt, lượng đặt nhiệt độ nhiệt (không đổi) - Thơng số điều khiển: Nhiệt độ GcT (có dạng PID) lưu lượng giảm ơn Gcngo (có dạng PID) Đặc biệt tham số hàm Feedforward công suất nhiệt quy đổi từ nhiệt độ áp suất 2.5 Phân tích hệ điều khiển phụ tải nhiệt Mạch vịng điều khiển áp suất công suất phát điện mạch vòng tầng cao nhất, giúp tổ máy vận hành đạt phụ tải đích mong muốn Sơ đồ P&ID mơ tả Hình 2.25 Đường tín hiệu N*e NeC f(Ne) Đường công nghệ  * st P*h GC PC  st a) Hơi nhiệt MSV PT W*f GT NeT Trích trung áp CV GR Crossover Ne Tm HP IP LP A Reheat Rst RSV Trích cao áp N*e Condenser ICV P*h NeC Ne G LP B Bơm ngưng Đường tín hiệu f(Ne) Đường cơng nghệ  * st GC PC  st b) Hơi nhiệt W*f PT MSV GT NeT Trích trung áp CV GR Crossover Ne Tm HP IP LP A Reheat G LP B Rst RSV Trích cao áp Condenser ICV Bơm ngưng * N GFN e NeC F(Ne) P*h Đường tín hiệu PC  KFP  * st c) Hơi nhiệt W*f Đường công nghệ X GC  st PT MSV GR GT CV NeT Trích trung áp Crossover Ne Tm HP IP LP A Reheat Trích cao áp LP B G Rst RSV Condenser ICV Bơm ngưng Hình 2.25 Sơ đồ P&ID điều khiển áp suất công suất điện theo chế độ a) Chế độ lò theo tuabin; b) Chế độ tuabin theo lò hơi; c) Chế độ phối hợp Sơ đồ P&ID họa hình 2.26 Hình 2.37 Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất lưu lượng gió cấp thay đổi Khi thay đổi lưu lượng gió tải cố định, chế độ điều khiển phối hợp có sai lệch từ -0,016% đến 0,001%, lị theo tuabin có sai lệch từ -0,52% đến 0,3%, chế độ tuabin theo lò từ -0,087% đến 0,045% 2.6.3 Ảnh hưởng thay đổi lưu lượng phun giảm ôn Sai lệch công suất hệ theo ba trường hợp Hình 2.38 Hình 2.38 Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất lưu lượng phun giảm ôn Khi thay đổi lưu lượng phun giảm ôn, nhiệt độ nhiệt có phần thay đổi, nhiên cơng suất điện gần dao động, nguyên nhân nước thay đổi khoảng làm việc 2.6.4 Ảnh hưởng thay đổi lưu lượng nhiên liệu Sai lệch công suất hệ theo ba trường hợp Hình 2.39 Hình 2.39 Biểu đồ thay đổi sai lệch cơng suất lưu lượng nhiên liệu thay đổi 11 Khi thay đổi lưu lượng nhiên liệu tải cố định (từ 4000s đến 9000s) sai lệch cơng suất chế độ lò theo tuabin lớn từ -0,85 đến 0,46% Nguyên nhân theo Hình 2.22, lưu lượng than thay đổi ảnh hưởng trực tiếp tới áp suất hệ thống khói gió 2.6.4 Ảnh hưởng thay đổi nhiệt trị than Trong thực tế vận hành, nhiệt trị than thay đổi theo thời gian Sử dụng mơ hình [18] với số liệu cấu trúc điều khiển cập nhật NMNĐ Duyên Hải 1, tiến hành mơ q trình nhiệt trị than thay đổi theo Hình 2.3b [10, CBKH3] Kết dẫn Hình 2,40 Hình 2.40 Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất nhiệt trị than thay đổi Khi thay đổi nhiệt trị tải cố định (từ 4000s đến 9000s) sai lệch cơng suất có thay đổi tương ứng cho chế độ phối hợp (sai lệch khoảng -0,01% đến 0,005%), lò theo tuabin (sai lệch khoảng -0,32% đến 0,18%) tuabin theo lò (sai lệch khoảng -0,05% đến 0,04%) Trong đó, dấu – lưu lượng nhiên liệu không thay đổi mà nhiệt trị giảm dẫn đến nhiệt chưa kịp đáp ứng theo yêu cầu tải thời điểm NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN TỬ DỰ BÁO KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VỊNG Chương 03 trình bày nội dung: i) Phương pháp số hóa q trình thiết kế tham số điều kết hợp phần tử dự báo, phục vụ định hướng chỉnh định điều khiển PID NMNĐ; ii) Phần mềm chuyên dụng phục vụ tính tốn, định hướng chỉnh định tham số PID nhà máy nhiệt điện đốt than phương án cài đặt thực tế; iii) Kết sử dụng phần mềm thiết kế tham số điều khiển số dạng mơ hình đối tượng nhiệt ứng dụng thiết kế cho mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư khói thải điều khiển áp suất nhiệt NMNĐ Duyên Hải 12 3.1 Phương pháp kết hợp khâu dự báo với điều khiển Tinh thần phương pháp chỉnh định điều khiển theo phương pháp dự báo [38,43] đưa thêm vào khối gọi thành phần dự báo Gpr(s) nhằm thay đổi xung sai số (t) đại lượng điều chỉnh đầu vào điều khiển Gc(s) thành (t+pr) D(s) GD(s) Gcpr(s) Y*(s) E(s) + Gpr(s) Epr(s) Gc(s) U(s) Gp(s) + Y(s) a) D(s) GD(s) Gc1pr(s) Y*(s) E1(s) Gpr(s) E1pr(s) Gc1(s) U1(s) E2(s) Gc2(s) U2(s) Gp2(s) Gp1(s) + Y(s) b) Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chung cấu trúc điều khiển 3.2 Chức phần mềm phục vụ chỉnh tham số PID nhà máy nhiệt điện Phần mềm phục vụ chỉnh định tham số điều khiển đối tượng trình nhiệt nhà máy nhiệt điện có chức chính: - Với mơ hình đối tượng q trình nhiệt, nhập vào phần mềm dạng hàm truyền Laplace, phần mềm tính tốn ra tham số điều khiển PI, PID dựa quan điểm bền vững, số dao động mềm ứng với tần số cắt - Vẽ đặc tính mềm hệ hở mạch điều khiển, kiểm tra khả hội tụ hệ thống sử dụng tham số điều khiển số dao động mềm ứng với tần số cắt; - Vẽ đặc tính cứng hệ hở hệ thống điều khiển theo số biên độ dao động hệ kín, kiểm tra tính hội tụ đáp ứng đầu hệ thống; - Vẽ đáp ứng đầu hệ thống với kích thích đầu vào xung vng với tham số PI/PID/PD/D tính tốn theo lượng đặt theo nhiễu, so sánh đáp ứng với tham số khác nhau; - Cho phép chỉnh định tham số điều khiển, đồng thời so sánh với số phương pháp miền tần số [24,35-37], áp dụng 13 cho dạng mạch vòng: mạch vòng đơn, mạch hai vịng cascade, mạch hai vịng có vi phân; - Nghiên cứu hệ thống điều khiển kết hợp phần tử dự báo, tìm giá trị dự báo điều khiển sử dụng [24] Từ vẽ đáp ứng đầu hệ thống kết hợp phần tử dự báo với kích thích đầu vào xung vuông, so sánh đáp ứng với giá trị dự báo; Hình 2.5 Module khai báo tốn thiết kế nhập hàm truyền đối tượng - Đánh giá chất lượng điều khiển tham số thông qua tiêu đặc trưng trình nhiệt cách dễ dàng; - Từ điều khiển PID lý tưởng, phần mềm cho phép thiết kế điều khiển PID thực theo cấu trúc nhà máy điện Các dạng mơ hình hàm truyền đối tượng lập trình nhận dạng gồm có: qn tính bậc có trễ, qn tính bậc hai có trễ, qn tính bậc ba có trễ, tích phân qn tính bậc có trễ, tích phân qn tính bậc có trễ, dao động có trễ 3.3 Ứng dụng phần mềm thiết kế điều khiển a Với đối tượng cần điều khiển có hàm truyền với dạng sau: Gp ( s ) = k e −  s T1s + = 0,075e −13 s 30s + (3.16) Kết quả, tính tốn tham số điều khiển mô đáp ứng bước hệ thống theo lượng đặt nhiễu với tác động đầu vào xung vng thể Hình 3.10-3.11 14 a) b) Hình 3.10 Đáp ứng bước theo lượng đặt: a) Theo [36-37], b) Theo [24] a) b) Hình 3.11 Đáp ứng bước theo nhiễu: a) Theo [36-37], b) Theo [24] Nhận xét: - Phần cho phép tính tốn tham số điều khiển PI/PID theo hai phương pháp so sánh hiệu kết thiết kế Với đường số điều khiển nguyên bản, đường số 2, 3, tương ứng với thời gian dự báo từ 2,4,6s - Khi bổ sung phần từ dự báo với thời gian dự báo từ 2,4,6 s, đáp ứng hệ thống theo tham số điều khiển [24] thích nghi có phần tốt Nhận định ban đầu cho thấy thời gian dự báo đề xuất từ 0,1530,461 lần thời gian trễ vận tải đối tượng b Giả sử đối tượng có dạng [24]: 0, 45 Gp ( s ) = e−0.52 s (3.19) 1,9 s + 1,9 s + 1,9 s + ( )( )( ) Thiết kế điều khiển PID lý tưởng theo [24]   1   Gc ( s ) = k p 1 + + Td s  = 7,04876 1 + + 1,839s  (3.20)  2,44s   Ti s  Tham số điều khiển PID thực sau: 15 2,035s   Gc ( s ) = 5,862 1 + +   2, 229s 0, 254s +  (2.21) Đáp ứng hệ thống điều khiển theo lượng đặt kênh nhiễu thay đổi tham số điều khiển lý tưởng thực dẫn Hình 3.13 Hình 3.13 Đáp ứng bước đầu hệ thống theo lượng đặt kênh nhiễu – PID lý tưởng; – PID thực; 3,4 – PID thực với  pr = 1, s Nhận xét: Tham số điều khiển thực phần mềm tính tốn tương đồng với tham số [24] c Sử dụng phần mềm thực thiết kế điều khiển tương ứng với điều khiển Oxi Master FDF tổ máy S1 Duyên Hải Hàm truyền đối tượng sau: 10,75e−2 s 0,0058e−38 s %O2 kg / s G pch = ; G pWa2 = + 3,91s %damper _ dinamic + 566, 47 s kg / s Bộ điều khiển nguyên sử dụng nhà máy có có cấu trúc dạng PI PI thực sau [31]: 1   = 0,025  1 +  3800s  95s  1   GcgDH ( s ) = 1,1 + = 1,1 1 +  40  s  44s  DH GcO ( s ) = 0,025 + (3.22) Hai tham số điều khiển:   R GcO ( s ) = 1418,  1 +   192,01s    GcgR ( s ) = 1,03  1 +   10,82s  (3.23) Thực mô đáp ứng bước hệ thống theo nhiễu 1(t) 16 Hình 3.14 Đáp ứng bước mạch điều khiển Oxi Master theo nhiễu – Bộ điều khiển hữu; – Bộ điều khiển Độ điều chỉnh ứng với điều khiển hữu 0,026% điều khiển đạt 0,01% c Chỉnh định tham số điều khiển áp suất nhiệt tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải theo sơ đồ nguyên lý điều khiển áp suất nhiệt theo [9] bổ sung thêm phần tử dự báo dẫn Hình 3.15 [9] D(s) Y*(s) E1(s) Gpr(s) E1pr(s) Gc1(s) E2(s) Gc2(s) Gp2(s) Gp1(s) Y(s) Hình 3.15 Sơ đồ khối điều khiển áp suất nhiệt NMNĐ Duyên Hải Hàm truyền đối tượng mạch vòng điều khiển nhiên liệu mạch vòng điều khiển áp suất nhiệt 0,014e−2118,7 s MPa G p1 ( s ) = s(1 + 144526s)(1 + 1036 s) kg / s (3.24) 18, 46e −20,1s kg / s Gp ( s ) = (1 + 484,9s ) % MV Hai điều khiển PI xây dựng theo [24] sau:     Gc1 ( s ) = k p 1 +  = 15,9 1 +   221,3  s   Ti s      Gc ( s ) = k p 1 +  = 0, 779 1 +   87,92  s   Ti s  Tiến hành đánh giá đáp ứng hệ thống cấp nhiên liệu 17 (3.26) Hình 3.1 Đáp ứng bước hệ thống cấp nhiên liệu theo lượng đặt – Bộ điều khiển hữu; – Bộ điều khiển mới; 3,4 – Bộ điều khiển bền vững kết hợp thời gian dự báo  pr = 3s  pr = 9s Nhận xét: Khi sử dụng điều khiển với tham số thay điều khiển hữu, độ điều chỉnh giảm 31%, kèm theo hệ số tắt dần tăng từ 0,67 lên 0,90 Khi sử dụng kết hợp thêm phần tử dự báo với thời gian 3s, độ điều chỉnh giảm 46,4% hệ số tắt dần tăng lên 0,93 so với đáp ứng mô với tham hữu Đáp ứng hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt: a) b) Hình 3.17 Đáp ứng bước hệ thống ĐK phụ tải: a) Theo lượng đặt, b) Nhiễu – Bộ điều khiển hữu; – Bộ điều khiển mới; – Bộ điều khiển dự báo 90s Bảng 3.2 Đánh giá tiêu mạch điều khiển áp suất theo lượng đặt Nhà máy BĐK Dự báo Độ điều chỉnh 1,452 1,22 1,15 Hệ số tắt dần 0,89 0,83 0,91 Bình phương sai lệch 419 189 171 STT Chỉ tiêu Nhận xét: Mô phần mềm thông qua hàm truyền đầy đủ trình cháy tích luỹ áp suất thực tế, phần phản ảnh dao động áp suất 18 thực tế Do hạn chế nguồn lực yêu cầu an toàn hệ thống, việc kiểm chứng kết tính tốn vào thực tế vận hành chưa thể thực 3.4 Chuyển đổi tham số điều khiển vào thực tế Tổng hợp lại, ta có phương pháp quy đổi hệ số Bảng 3.3 Công thức quy đổi hệ số PID mô sang điều khiển thực tế STT Ký hiệu DCS PGAIN INTG Ký hiệu điều khiển K DH p  iDH DH D DGAIN K DRATE  dDH Xác định từ phần mềm kp Ti k p k p  Td Tf Với phương án quy đổi theo Bảng 3.3 nêu trên, có thơng số tính tốn mơ phần mềm chỉnh tham số điều khiển, cán thực chỉnh định dễ dàng xác định tham số PID ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 4.1 Vấn đề nghiên cứu ứng dụng mạng nơron nhà máy nhiệt điện đốt than Chương luận án trình bày kết nghiên cứu phương án ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào lĩnh vực điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than, cụ thể gồm: i) Ứng dụng mạng nơron nhận dạng trạng thái vận hành hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện; ii) Ứng dụng mạng nơron để hiệu chỉnh lượng đặt mạch điều khiển cấp nhiên liệu nhà máy nhiệt điện đốt than phun; iii) Ứng dụng mạng nơron đánh giá cấu trúc hệ điều khiển phụ tải nhiệt theo ba chế độ vận hành lị Có ba loại hình ứng dụng hệ điều khiển thực theo bước sau: (1) Xác định mục tiêu nhận dạng hoạt động hệ điều khiển hệ thống vận hành ổn định tiêu chất lượng đảm bảo yêu cầu (2) Chọn trạng thái nhà máy vận hành ổn định, thu thập sữ liệu chạy mơ hình mạng nơ ron nhận dạng trực tuyến NN-ID Thông qua thông số vận hành thu thập trực tuyến huấn luyện mạng trực 19 tuyến sai lệch hội tụ 0, ta thu mơ hình mạng nơron thể quan hệ vào hệ điều khiển Với mơ hình mẫu thu cho phép phục vụ nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc tham số điều khiển tới chất lượng hệ (kết hợp thơng qua mơ hình điều khiển lị Chương (3) Chọn mơ hình hệ có chất lượng tốt để làm mơ hình mẫu RM-NN (Reference model NN) phục vụ đánh giá hoạt động hệ trình bày Hình 4.2 Plant Output  Input NN − ID Đánh giá Hiệu Quá trình cháy Truyền nhiệt Chất lượng thiết bị đo chấp hành Chất lượng mạch vòng điều khiển Hiệu chỉnh lượng đặt Bảo dưỡng Thay Chỉnh định CNN Hình 4.2 Ứng dụng mạng nơron phục vụ đánh giá để chỉnh định 4.2 Ứng dụng mạng nơron nhận dạng trạng thái vận hành hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than Với mục đích nhận dạng đặc tính vận hành trọng tới q trình cháy nên đầu mơ hình chọn: Áp suất hơi, lưu lượng công suất phát; Áp suất buồng đốt nồng độ oxy dư Hình 4.9-4.10 Đáp ứng đầu nơron sau huấn luyện sai lệch Bảng 4.1 Phân tích rời rạc dao động sai lệch đầu mạng nơron Đại lượng Đ/vị Trung bình Phương sai Độ lệch chuẩn Áp suất % -0,2962 2,392 1,547 Lưu lượng % -0,0094 0,335 0,579 Công suất điện % -0,0235 1,035 1,018 Nồng độ Oxy dư % -0,2156 25,111 5,011 Áp suất chân không buồng lửa % -877,157 3,41.1010 184.654,4 20 Nhận xét: - Từ đồ thị đáp ứng sai lệch bảng phân tích sai lệch đầu mạng nơron, thấy mạng nơron học tương đối tốt mơ hình lị với thông số như: lưu lượng hơi, công suất hơi, áp suất hơi, cơng suất điện, lưu lượng khói có độ lệch chuẩn trung bình thấp (