Xây dựng hệ thống điều khiển thích nghi bền vững cho các đối tượng công nghệ nhiệt điện

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Phấn Dũng XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Hà Nội – Năm 2011 LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 1/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ ĐỂ …………………………………………………………………1 LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 14 1.1 Những vấn đề chung hệ điều khiển thích nghi 14 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ ĐKTN 14 1.1.2 Khái niệm chung điều khiển thích nghi 16 1.1.2.1 Bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh tham số 17 1.1.2.2 Điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi 18 1.2 Những tồn hệ điều khiển thích nghi 20 1.3 Điều khiển bền vững 21 2.1 Nhận dạng đối tượng bất định 25 2.1.1 Phương pháp mô hình hoá đối tượng không đổi 25 2.1.2 Đối tượng bất định phương pháp mô hình hoá 27 2.1.2.1 Mô hình bất định phi cấu trúc kiểu đĩa tròn nguyên tắc xử lý số liệu 27 2.1.2.2 Mô hình hoá “nhân” bất định 30 2.1.3 Các phương pháp tiêu chuẩn đánh giá dự trữ ổn định hệ thống 33 2.1.3.1 Miền nghiệm đặc tính khái niệm dự trữ ổn định theo số dao động 33 2.1.3.1.1 Miền nghiệm đặc tính 33 2.1.3.1.2 Khái niệm dự trữ ổn định theo số dao động 35 2.1.3.1.3 Chỉ số dao động mềm đặc tính mềm 38 2.1.3.2 Điều kiện đảm bảo dự trữ ổn định hệ thống theo đường biên mềm 41 2.1.3.3 Tiêu chuẩn Nyquisst mở rộng theo đặc tính mềm 42 2.1.3.4 Tiêu chuẩn Parabol theo đặc tính mềm 43 2.1.3.5 Điều kiện đủ tiêu chuẩn Parabol 43 LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 2/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.2 Bộ điều chỉnh bền vững chất lượng cao 45 2.2.1 Tổng hợp điều khiển 45 2.2.2 Bộ điều chỉnh bền vững tối ưu lý tưởng 47 2.2.3 Bộ điều chỉnh bền vững thực tế, tối ưu cho kênh điều khiển đặt 48 2.2.4 Tối ưu hoá tham số hệ thống điều khiển 51 2.2.5 Đặc tính mềm xấu phương pháp xác định 53 2.2.5.1 Đối tượng bất định đặc tính xấu 53 2.2.5.2 Công thức xác định đặc tính mềm xấu 54 2.3 Bài toán tối ưu hoá hệ bất định thuật giải 56 2.4 Nguyên lý thích nghi bền vững [4,5] 58 2.4.1 Phương pháp nhận dạng mô hình đối tượng làm việc 58 2.4.2 Nguyên lý hiệu chỉnh thích nghi bền vững [4] 59 Chương 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN HƠI QUÁ NHIỆT 64 3.1 Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhiệt 64 3.1.1 Tầm quan trọng việc đảm bảo ổn định nhiệt độ nhiệt 64 3.1.2 Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ nhiệt 64 3.1.3 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt 65 3.1.3.1 Điều chỉnh nhiệt độ nhiệt giảm ôn 66 3.1.3.2 Điều chỉnh nhiệt độ nhiệt cách điều chỉnh đường khói 67 3.2 Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 67 3.2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống nhiệt Nhà máy 67 3.2.1.1 Bộ nhiệt xạ 69 3.2.1.2 Bộ nhiệt mành 69 3.2.1.3 Bộ nhiệt đối lưu 70 3.2.2 Nguyên lý điều khiển nhiệt Nhà máy 71 3.3 Tổng hợp hệ thống nhiệt cho Nhà máy 72 3.3.1 Nhận dang đối tượng nhiệt 73 3.3.2 Tổng hợp điều khiển 79 3.3.3 Đánh giá chất lượng điều chỉnh 82 LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 3/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 4/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, nội dung luận văn làm theo hướng dẫn PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Không chép hay nội dung đề tài công bố Các số liệu thu thập nhà máy nhiệt điện Uông Bí đưa luận văn hoàn toàn trung thực Các kết tính toán đưa luận văn chưa công bố Tôi xin chân thành cảm ơn cán công nhân viên nhà máy nhiệt điện Uông Bí Mở rộng 1, tạo điều kiện cho trình khảo sát lấy số liệu nhà máy Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh tận tình hướng dẫn hoàn thành tốt luận văn Học viên Lê Phấn Dũng LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 5/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐKTN Điều khiển thích nghi MARC Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu ĐKBV Điều khiển bền vững ĐKTNBV Điều khiển thích nghi bền vững MIT Massachusetts Institute of Technology LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 6/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tiến độ thực nhà máy nhiệt điện miền Bắc 10  LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 7/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh tham số 18  Hình 1.2 Bộ điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi 19  Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 21  Hình 2.1 Mô hình bất định kiểu đĩa tròn 28  Hình 2.2 Đường bao bán kính (khoảng cách điểm) đặc tính biến thiên bất định đặc tính sở 32  Hình 2.3 Sự phân bố nghiệm phương trình đặc tính mặt phẳng phức 35  Hình 2.4 Nghiệm đặc tính bên trái góc quay véc tơ 37  Hình 2.5 Sự biến thiên số dao động mềm theo tần số, ứng với hệ số mềm hoá 39  Hình 2.6 Đường biên mềm nghiệm đặc tính 39  Hình 2.7 Đặc tính mềm hệ hở 41  Hình 2.8 Nghiệm đặc tính bên trái đường biên mềm góc quay véc tơ 41  Hình 2.9 Đồ thị đánh giá dự trữ ổn định theo điểm cắt cao đặc tính mềm parabol 44  Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc điển hình hệ thống điều khiển 47  Hình 2.11 Đặc tính mềm hệ hở với hàm truyền 50  Hình 2.12 Sơ đồ điều khiển hệ vòng 51  Hình 2.13 Mô hình biến thiên kiểu đĩa tròn đối tượng bất định 54  Hình 2.16 Các dải bất định đối tượng 60  Hình 3.1 Đặc tính điều chỉnh thiết bị nhiệt 65  Hình 3.2 Cấu tạo phun nước giảm ôn 66  Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống nhiệt Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 68  Hình 3.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ 72  Hình 3.6 Đặc tính thời gian nhiệt độ sau nhiệt cấp phụ tải khác 74  Hình 3.7 Đặc tính thời gian lưu lượng nước phun giảm ôn 75  Hình 3.8 a, Thông số nhận dạng đối tượng; b, Sai số mô hình với số liệu thực tế 76  Hình 3.9 a, Thông số nhận dạng đối tượng; b, Sai số mô hình với số liệu thực tế 76  Hình 3.10 a, Thông số nhận dạng đối tượng sở; b, Sai số mô hình với số liệu thực tế đối tượng sở 77  Hình 3.11 Mô hình hóa nhân bất định 78  LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 8/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 3.12 1, Đặc tính mềm hệ hở; 2, Đặc tính mềm hệ hở đặc tính xấu 79  Hình 3.13 Đặc tính độ hệ thống 80  Hình 3.14: 1, Đặc tính mềm hệ hở sau tối ưu hóa lại; 2, Đặc tính mềm hệ hở đặc tính xấu sau tối ưu hóa lại 81  Hình 3.15: 1, Đặc tính độ hệ thống; 2, Đặc tính độ hệ thống chế độ xấu 82  LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 9/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU Những năm gần lý thuyết điều khiển đại ứng dụng rộng rãi thực tế có điều khiển thích nghi Đặc biệt điều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến Trong trình mô tả người ta thường đưa giả thiết bỏ qua khâu động khó mô hình coi tham số không đổi theo thời gian Tuy nhiên thực tế giả thiết không đáp ứng được, hệ điều khiển thích nghi (ĐKTN) không bền vững Để ứng dụng ĐKTN điều khiển hệ thực thực tế, việc nâng cao tính bền vững cho hệ ĐKTN yêu cầu cần thiết Trong nghiệp công nghiệp hoá - đại hoá đất nước, lĩnh vực lượng Nhà nước Chính phủ coi trọng Tình trạng thiếu điện diễn thường xuyên năm gần dự báo tương lai gần tình trạng chưa thể chấm dứt Trong tổng sơ đồ điện VII Thủ tướng phê duyệt xây dựng Nhà máy Nhiệt điện giải pháp cấp thiết để giải vấn đề thiếu điện Cụ thể đến năm 2020 Nhiệt điện chiếm đến 54% tổng công suất huy đông động lưới điện nước Sau bảng số liệu thực tế xây dựng nhà máy nhiệt điện Việt Nam tính đến tháng năm 2011 Bảng Tiến độ thực nhà máy nhiệt điện miền Bắc STT Tên dự án Công Thời gian Thời gian Thời gian Tổng thời suất bắt đầu dự dự kiến kết thực tế kết gian chậm án thúc thúc Tháng Tháng Tháng 6/1998 1/2001 1/2003 Tháng Tháng Tháng 6/2003 8/2006 11/2009 39 tháng Tháng Tháng Chưa kết dự kiến 5/2008 6/2011 thúc chậm 01 (MW) Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 600 dự án 24 tháng Nhà máy Nhiệt điện UB Mở rộng 300 Nhà máy Nhiệt điện UB Mở 300 LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 10/85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Mỗi dàn ống xoắn chế tạo từ loại ống thép hợp kim kết hợp Phần ống đầu dàn ống phần bên nhiệt trần chế tạo từ ống thép hợp kim Dn 42 x mm Việc xếp dàn ống khối ống dàn ống thực kẹp ống hình lược Hơi nhiệt cấp III xuôi chiều dòng khói 3.2.2 Nguyên lý điều khiển nhiệt Nhà máy Ở giai đoạn khởi động tổ máy, nhiệt độ khỏi lò trì vòi phun khởi động giảm ôn phun Điều kiện đưa để khởi động vòi phun sau: - Áp suất bao ≈ 30 kgf/cm2 - Nhiệt độ khỏi lò không nhỏ 320 oC Để việc phun giảm ôn có chất lượng việc vận hành vòi phun khởi động tin cậy, có bố trí việc viều khiển độ chênh áp suất theo yêu cầu (≈ 40 kgf/cm2) vòi phun Cùng với việc tăng phụ tải nhiệt độ gần với nhiệt độ định mức áp suất bao ≈ 115 kgf/cm2, nhóm chức "nhiệt độ hơi" kết nối tới điều chỉnh giảm ôn phun số số hai dòng để điều khiển van giảm ôn ngừng vòi phun khởi động Hệ thống điều khiển tự động nhiệt độ tổ máy vận hành phụ tải dải phụ tải điều chỉnh bao gồm điều chỉnh tương quan với giảm ôn phu số số Bộ điều chỉnh giảm ôn phun số cung cấp dải làm việc cho giảm ôn phun số 3, giảm ôn trì độ chênh nhiệt độ Bộ điều chỉnh giảm ôn phun số giữ ổn định nhiệt độ khỏi lò Hệ thống điều khiển tự động giảm ôn phun số cung cấp để điều khiển nhiệt độ sau phun, nhiệt độ luôn cao nhiệt độ bão hoà giá trị không nhỏ 14 oC (T’’1