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

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2022 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Đức Dũng PGS.TS Bùi Quốc Khánh Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Phương pháp nhận dạng hiệu chỉnh mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun” nghiên cứu tơi hồn thành hướng dẫn TS Lê Đức Dũng PGS.TS Bùi Quốc Khánh Các số liệu nêu luận án hoàn toàn trung thực Những kết luận án chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2022 Tập thể hướng dẫn TS Lê Đức Dũng Nghiên cứu sinh PGS.TS Bùi Quốc Khánh i Nguyễn Tiến Sáng LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới tập thể hướng dẫn TS Lê Đức Dũng PGS.TS Bùi Quốc Khánh tận tâm, tận lực hỗ trợ, động viên, hướng dẫn mặt chuyên mơn suốt q trình tơi thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, góp ý, thời gian thầy Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn báo cho tơi vấn đề có liên quan đến luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, lãnh đạo Viện liên quan hỗ trợ tơi hồn thành chương trình học nghiên cứu sinh Tơi chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng công ty Phát điện hỗ trợ nhiều điều kiện trình tìm hiểu thực tế bố trí cơng việc hợp lý để tơi hồn thành chương trình học tập nghiên cứu sinh Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè người thân ln bên cạnh quan tâm, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi giành thời gian thực luận án, đồng thời ln sẻ chia khó khăn động viên tơi q trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Sáng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 SỰ CẦN THIẾT PHẢI HIỆU CHỈNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 1.1.1 Nguyên lý làm việc nhà máy nhiệt điện đốt than phun 1.1.2 Đặc trưng trình nhiệt nhà máy nhiệt điện 1.1.3 Công tác sửa chữa bảo dưỡng hệ thống thiết bị 1.1.4 Thành phần nhiên liệu than 1.1.5 Ví dụ thực trạng vận hành NMNĐ Duyên Hải 10 1.2 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHẬN DẠNG THAM SỐ ĐỐI TƯỢNG CÁC MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CƠNG NGHIỆP 14 1.2.1 Phương pháp mô hình đối tượng 14 1.2.2 Nguyên tắc nhận dạng đối tượng điều chỉnh công nghiệp 16 1.3 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HIỆU CHỈNH VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN 17 1.3.1 Chỉnh định hệ thống điều khiển 18 1.3.2 Chỉnh định PID thực tế NMNĐ 23 1.3.3 Hiệu chỉnh lượng đặt, thông số khởi tạo tồn q trình nhiệt nhà máy điện theo thời gian 25 1.4 KHÁI QUÁT CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP 26 1.4.1 Khái quát nhận dạng đối tượng điều khiển công nghiệp 26 1.4.2 Khái quát chỉnh định PID NMNĐ 27 1.4.3 Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than 32 1.5 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN CÔNG NGHỆ CẬN TỚI HẠN 35 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 37 iii CHƯƠNG 38 PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN 38 CHƯƠNG 38 2.1 SƠ ĐỒ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN 38 2.2 PHÂN TÍCH MẠCH VỊNG CẤP NƯỚC 41 2.3 PHÂN TÍCH MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN KHĨI GIĨ 45 2.3.1 Thành phần vai trị hệ thống khói gió 45 2.3.2 Mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư khói thải 48 2.3.3 Mạch vòng điều khiển áp suất âm buồng đốt 50 2.4 PHÂN TÍCH MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI 52 2.5 HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT 55 2.5.1 Phân tích cấu trúc điều khiển phụ tải nhiệt 57 2.5.2 Phân tích mạch vịng điều khiển phụ tải nhiệt 62 2.6 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC THƠNG SỐ Q TRÌNH 69 2.6.1 Mô hệ điều khiển 69 2.6.2 Kiểm chứng kết hồn thiện mơ hình theo số liệu NMNĐ Duyên Hải 71 2.6.3 Đánh giá chất lượng điều khiển 73 2.6.4 Đánh giá tác động thơng số q trình tới đáp ứng hệ thống 74 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 78 CHƯƠNG 79 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN TỬ DỰ BÁO KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN 79 3.1 PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP KHÂU DỰ BÁO VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN 79 3.1.1 Phương pháp luận 79 3.1.2 Thiết kế hệ thống điều khiển kết hợp dự báo theo tín hiệu số 81 3.2 PHẦN MỀM HỖ TRỢ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN 86 3.2.1 Chức phần mềm 86 3.2.2 Các cửa sổ phần mềm 88 3.3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHỈNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN 90 3.3.1 Thiết kế điều khiển PI 90 3.3.2 Thiết kế điều khiển PID dạng thực 94 3.3.3 Thiết kế mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 95 3.3.4 Thiết kế điều khiển Fuel Master Boiler Master tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 97 3.4 CHUYỂN ĐỔI THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀO THỰC TẾ 100 3.4.1 Cấu trúc điều khiển thực tế NMNĐ Duyên Hải 100 3.4.2 Phương pháp chuyển đổi tham số điều khiển 101 iv 3.5 MỘT SỐ NỘI DUNG CẦN PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 103 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 104 CHƯƠNG 105 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN 105 4.1 VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 105 4.1.1 Nguyên lý ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhận dạng hiệu chỉnh hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than 105 4.1.2 Phương án triển khai nghiên cứu thực tế 107 4.2 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG TRẠNG THÁI VẬN HÀNH HỆ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 107 4.2.1 Thiết kế mạng nơron nhận dạng hệ điều khiển 107 4.2.2 Kết mô 110 4.3 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐỂ HIỆU CHỈNH LƯỢNG ĐẶT HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 113 4.3.1 Điều chỉnh lưu lượng than nhiệt trị thay đổi 113 4.3.2 Phương pháp luận sử dụng mạng nơron 115 4.3.3 Nhận dạng thời gian thực 117 4.3.4 Tác động theo thời gian dự báo 121 4.4 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT 122 4.4.1 Kịch mô 122 4.4.2 Kết Matlab/Simulink 123 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa a0 ,a1 , ,an D A Z BF CCS C CFB c,u,Z Vận tốc tuyệt đối, vận tốc quay, vận tương tương đối tuabin DCS Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed control system) 10 H Sai lệch điều khiển 11 i Biến đếm, chạy thuật toán 12 IDF 13 j 14 F Z Hàm hỗ trợ xây dựng tham số điều khiển 15 FDF Quạt gió cấp 2, gió (Forced Draft Fan) 16 J Tần số phi thứ nguyên 17 G Hàm truyền trình 18 Gc s Nhiệm vụ phần tử dự báo thay đổi xung sai số H t đại lượng, điều chỉnh đầu vào điều khiển Gc s thành H t  W pr cách dự báo trước khoảng thời gianW pr Khoảng thời gian W pr phụ thuộc vào độ trễ vận tải đối tượng, xác định theo phương án mô hệ thống đánh giá tác động giá trị tới chất lượng điều khiển Nguyên lý mạch vòng (a) vịng cascade (b) minh họa Hình 3.1 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) ‒ b) Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chung cấu trúc điều khiển 79  ‒ Y(s) Trong đó, Gpr s  hàm truyền phần tử dự báo; Gc s , Gc1 s , Gc s  hàm truyền điều khiển mạch vòng đơn, mạch vịng ngồi mạch vịng hệ hai tầng cascade; Gp s , Gp1 s , Gp s  hàm truyền đối tượng mạch vòng đơn, đối tượng vịng ngồi hệ hai tầng cascade; GD s  hàm truyền nhiễu trong; Y * s , Y s  hàm truyền lượng đặt phản hồi; E s ... ẢNH HƯỞNG TỚI CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN 38 CHƯƠNG 38 2.1 SƠ ĐỒ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN ... dạng, hiệu chỉnh giúp trì ổn định chất lượng điều khiển nhà máy nhiệt điện Do vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài nghiên cứu ? ?Phương pháp nhận dạng hiệu chỉnh mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện. ..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: