Nghiên cứu điều khiển bình ngưng nhà máy điện

HÀ DUY THÁI  CB130979 LỜI CẢM ƠN Sau gần hai năm học tập, nghiên cứu quản lý Viện đào tạo sau đại học – Trường ĐH Bách khoa Hà Nội Tới luận văn thạc sỹ hoàn thành thời gian quy định Xin tỏ lòng cảm ơn tới Viện đào tạo sau đại học tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp hoàn thành luận văn thời gian quy định Qua cho cảm ơn tới Ban lãnh đạo Trường ĐH Hùng Vương, Lãnh đạo môn Cơ – Điện, khoa Toán – Công Nghệ trường ĐH Hùng Vương tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho việc học tập nghiên cứu công tác Luận văn hoàn thành với hướng dẫn tận tình thầy TS Nguyễn Huy Phương Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy góp ý dẫn dắt em thời gian nghiên cứu đề tài Luận văn bảo vệ thành công, phần lớn nhờ vào ý kiến góp ý thầy Qua em mong tương lai nhận ý kiến dẫn dắt lĩnh vực chuyên ngành điều khiển từ động hóa công tác giảng dạy Em xin bày tỏ làm biết ơn tới thầy, cô môn tự động hóa, môn điều khiển tự động, thầy cô viện điện có ý kiến trao đổi lĩnh vực chuyên môn Cũng qua cho xin gửi lời cảm ơn tới tất anh chị bạn đồng nghiệp công tác với tôi, có góp ý sắc đáng vấn đề chuyên ngành đặt nghiên cứu đề tài Rất mong sau luận văn bảo vệ thành công có giúp đỡ từ thầy, bạn bè đồng nghiệp đề tài phát triển tiếp cho trưởng thành lĩnh vực chuyên môn Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên thực Hà Duy Thái - 1- HÀ DUY THÁI  CB130979 MỤC LỤC CHƯƠNG I 12 GIỚI THIỆU VỀ BÌNH NGƯNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 12 1.1 Thiết bị bình ngưng sơ đồ nhiệt nhà máy Nhiệt điện 12 1.1.1 Chu trình Rankine nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng 12 1.1.2 Nhiệm vụ nguyên lý cấu tạo bình ngưng nhà máy nhiệt điện15 1.2 Các khái niệm liên quan đến bình ngưng 15 1.2.1 Áp suất thoát áp suất bình ngưng 15 1.2.2 Khái niệm độ chân không bình ngưng 17 1.2.4 Bội số làm lạnh, số chặng đường nước chiều dài ống 19 1.2.5 Độ kín hệ thống chân không hỗn hợp không khí 22 1.2.6 Độ chênh nhiệt độ độ hâm nước 22 CHƯƠNG II 25 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ THUẬT TOÁN 25 ĐIỀU KHIỂN BÌNH NGƯNG .25 2.1 Cơ cấu trình ngưng tụ dạng ngưng tụ 25 2.2 Sự tản nhiệt khuếch tán môi chất khí ngưng tụ bình ngưng 27 2.3 Những ảnh hưởng tới trình truyền nhiệt bình ngưng .29 2.3.1 Ảnh hưởng tốc độ 29 2.3.3 Ảnh hưởng thiết bị hút thải không khí đến điều kiện trao đổi nhiệt bình ngưng 32 2.3.4 Ảnh hưởng cáu cặn ống bình ngưng 33 2.4 Phân tích công nghệ bình ngưng 36 2.5 Các phương trình động học bình ngưng 37 2.5.1 Phương trình cân lượng .37 2.5.2 Phương trình cân khối lượng .38 2.6 Điều khiển mức nước bình ngưng 38 2.7 Thiết kế điều chỉnh áp suất 42 2.7.1 Nhận dạng đối tượng theo số liệu vận hành thực tế nhà máy 42 - 2- HÀ DUY THÁI  CB130979 2.7.2 Xác định tham số điều khiển từ mô hình đối tượng 49 2.8 Thiết kế điều chỉnh mức nước ngưng 52 2.8.1 Sơ đồ khối điều khiển mức nước ngưng .53 2.8.2 Hàm truyền đạt cảm biến đo mức nước bình ngưng 53 2.8.3 Hàm truyền đạt van nước khỏi bình ngưng 54 2.8.4 Xác định tham số điều khiển mức nước bình ngưng 54 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN BÌNH NGƯNG 57 3.1 Mô hình bình ngưng Matlab Simulink 57 3.2 Kết mô 61 3.2.1 Đặc tính độ áp suất bình ngưng 61 3.2.2 Đặc tính độ mức nước bình ngưng 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 - 3-  HÀ DUY THÁI CB130979 LỜI CAM ĐOAN Tên : Hà Duy Thái Sinh ngày: 12/02/1987 Mã HV: CB130979 Học viên lớp cao học khóa 2013B - Ngành Điều khiển Tự động hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu điều khiển bình ngưng nhà máy điện” TS Nguyễn Huy Phương hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng Ngoài tài liệu tham khảo dẫn cuối luận văn, đảm bảo không chép công trình kết người khác Nếu phát có sai phạm với điều cam đoan trên, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm - 4-  HÀ DUY THÁI CB130979 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị a, athực Hệ số ảnh hưởng cáu cặn tới truyền nhiệt bình ngưng Cp; Cpl Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp nước làm lạnh nước ngưng Fcw; Fs; Fc; Lưu lượng nước làm lạnh, lưu lượng hơi, lưu lượng nước ngưng [J/kg.K] [kg/s] G Gia tốc trọng trường [m/s2] A Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt [m2] Q, q Phụ tải nhiệt, suất phụ tải nhiệt [W]; [Wm2] Mcw Lưu lượng khối lượng nước làm lạnh [kg] Tcw; T Nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào, nhiệt độ nước làm lạnh đầu [0C] Tc Nhiệt độ nước ngưng [0C] P Áp suất bên bình ngưng [kPa] U Hệ số truyền nhiệt bình ngưng [W/K.m2] V Thể tích bình ngưng [m3] n Tốc độ dòng [m/s] dH Đường kính ống [m] k Hệ số nhớt động lực học màng nước ngưng [kg.s/m2] m Hệ số nhớt động học màng nước ngưng [m/s2] n , K Trọng lượng riêng nước ngưng [kg/m3] K Độ dẫn nhiệt màng nước ngưng [Kcal/m.g.độ] - 5- HÀ DUY THÁI  CB130979 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Ý nghĩa Bảng 2.1 Số liệu đo thực tế bình ngưng nhà máy điện Trang - 6- 37  HÀ DUY THÁI CB130979 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Ý nghĩa Trang Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị thực chu trình Rankine Hình 1.2 Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo bình ngưng dùng nước làm lạnh ống Hình 1.4 Đồ thị i-s trình giãn nở tuabin hạ áp xác định P2 Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị tuabin ngưng 10 Hình 1.6 Sơ đồ bình ngưng chặng đường nước 12 Hình 1.7 Sơ đồ bình ngưng hai chặng đường nước 13 Hình 1.8 Sơ đồ bình ngưng có hai khoang nối đường mức, làm 13 việc với áp suất khác Hình 1.9 Sơ đồ trao đổi nhiệt dọc theo chiều dài 16 Hình 2.1 Quan hệ tỷ số hệ số tản nhiệt  n /  n với mật độ 23 Hình 2.2 Mô hình đơn giản hóa bình ngưng 30 Hình 2.3 Sơ đồ mức nước bình ngưng 32 Hình 2.4 Sơ đồ lưu lượng van 33 Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển mức nước bình ngưng 33 Hình 2.6 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển lưu lượng nước ngưng 36 áp suất bình ngưng Hình 2.7 Cửa sổ Import data 39 Hình 2.8 Cửa sổ System Identification Tool –Untiled 39 Hình 2.9 Cửa sổ Transfer funcition 40 Hình 2.10 Polynomial and State Space 41 Hình 2.11 Cửa sổ Process Model 42 Hình 2.12 Đặc tính hàm truyền đạt cửa sổ Model 43 Hình 2.13 Cấu trúc khối PID điều chỉnh 44 Hình 2.14 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển áp suất có phản hồi -1 45 Hình 2.15 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển mức nước 47 - 7- HÀ DUY THÁI  CB130979 Hình 2.16 Mạch vòng điều chỉnh mức nước 48 Hình 3.1 Sơ đồ mô mạch vòng điều khiển áp suất mức nước 52 bình ngưng Simulink Hình 3.2 Mô hình điều khiển áp suất mức nước bình ngưng 53 Hình 3.3 Đặc tính độ áp suất bình ngưng 54 Hình 3.4 Đặc tính độ mức nước bình ngưng 55 - 8- HÀ DUY THÁI  CB130979 MỞ ĐẦU Nước ta thời kỳ đại hoá - công nghiệp hoá đất nước, mục tiêu phấn đấu tới hết năm 2020 Để đáp ứng mục tiêu này, điều rõ ràng phải đẩy mạnh phát triển ngành lượng điện Bởi ngành cần phát triển trước bước Trong thực tế năm qua cho thấy: liên tiếp khai thác nguồn lượng khác để sản suất điện Bên cạnh nhà máy thủy điện, nhiệt điện đốt than, tuabin khí sử dụng có nhiều nhà máy điện xây dựng đưa vào vận hành Theo số liệu thống kê tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) thông báo tình hình hoạt động đầu tư xây dựng sản xuất kinh doanh tháng năm 2015, thủy điện chiếm 32,27%, nhiệt điện than chiếm 33,74%, tuabin khí chiếm 32,67%, nhiệt điện dầu chiếm 0,14% nhập Trung Quốc chiếm 1,17% Theo chương trình phát triển nguồn điện, thủy điện giảm, nhiệt điện than tăng, tua bin khí + dầu tăng năm tới Cụ thể, năm 2020 tỷ trọng loại điện là: Thủy điện 26,6%, nhiệt điện than tăng lên 44,7%, nhiệt dầu khí 19,6%, nguồn lượng tái tạo 4,8%, nhập 2,8% (theo số liệu chương trình phát triển nguồn điện, Tổng công ty Điện lực Việt Nam) Qua số liệu thống kê ta thấy năm 2015 nhiệt điện đốt than chiếm 33,74% đến năm 2020 dự kiến tăng lên 44,7% Điều chứng tỏ nhà máy nhiệt điện đốt than vận hành nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, 2; nhà máy nhiệt điện Ninh Bình, nhà máy nhiệt điện Uông Bí; nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả; nhà máy nhiệt điện Hải Phòng; nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, việc mở rộng xây thêm nhà máy Nhiệt điện than điều cần thiết Vấn đề vận hành, thiết kế mở rộng nhà máy cho kinh tế hiệu quan trọng Trong có vấn đề trì độ chân lợi cho bình ngưng Thực tế cho thấy hầu hết nhà máy nhiệt điện ngưng nước ta có dùng nguồn nước làm mát nước sông theo sơ đồ hở, ví dụ như: nhà máy nhiệt điện Phả Lại dùng nước sông Thái Bình, nhà máy nhiệt điện Uông Bí dùng nước sông Uông, nhà - 9- HÀ DUY THÁI  CB130979 máy nhiệt điện Ninh Bình dùng nước sông Đáy Điều kiện khí hậu nước ta lại thay đổi rõ rệt theo mùa, nhiệt độ trung bình nước sông thay đổi nhiều mùa đông mùa hè Theo số liệu khảo sát Phả Lại sông Thái Bình nhiệt độ thấp mùa đông 15°C, đó, mùa hè nhiệt độ cao lại lên tới 32°C Điều làm ảnh hưởng tới trình truyền nhiệt bình ngưng làm thay đổi chế độ chân không bình ngưng Nước sông lại có nhiều phù sa, sinh vật phù du, động vật thân mềm hà hến làm ảnh hưởng tới vấn đề đóng cáu cặn ống bình ngưng, gây cản trở dòng nước làm mát ống Như thực tế vận hành bình ngưng nhà máy nhiệt điện Phả Lại cho thấy, nhà máy phải có chế độ rửa ngược đường ống tuần hoàn nước nóng (45 ÷ 53 0C) để diệt hà hến thông cáu cặn Lọt khí làm việc thiết bị hút thải không khí có ảnh hưởng lớn tới truyền nhiệt tới áp suất bình ngưng Hơn nữa, mực nước sông thường xuyên thay đổi Về mùa mưa (từ tháng đến hết tháng 8), mức nước sông thực tế cao Phả Lại đo cửa hút bơm tuần hoàn ÷ 6,5 m, mùa khô (từ tháng 11 đến hết tháng 2) lại thấp, từ 0,6 ÷ 1,5 m Sự thay đổi nhiều mức nước sông gây khó khăn cho việc điều chỉnh làm việc bơm tuần hoàn Do thực tế nhà máy phải chia phương thức vận hành hệ thống bơm tuần hoàn khác cách đấu nối bơm vào hệ thống việc điều chỉnh góc quay cánh bơm cho bơm làm việc vùng ổn định, đạt hiệu suất cao cung cấp đủ lượng nước cần thiết cho việc làm mát nhu cầu khác nhà máy Phụ tải điện phép phát thường xuyên phải thay đổi phần lớn nhà máy nhiệt điện phải đáp ứng phần phụ tải nửa phụ tải đồ thị phân phối phụ tải chung Quốc gia Chế độ vận hành thường xuyên bị thay đổi độ dao động lớn đồ thị phụ tải làm thay đổi phụ tải nhiệt bình ngưng Nếu chế độ trì chân không chế độ cung cấp nước làm mát không đáp ứng tốt làm giảm hiệu kinh tế trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng Tóm lại, điều kiện thời tiết, khí hậu đặc thù trên, yêu cầu thay đổi - 10-  HÀ DUY THÁI CB130979 - Nếu sai lệch e(t) lớn thông qua thành phần up(t), tín hiệu điều chỉnh u(t) lớn (vai trò khâu khuếch đại Kp) - Nếu sai lệch e(t) chưa thông qua thành phần uI(t), PID tạo tín hiệu điều chỉnh (vai trò tích phân TI) - Nếu thay đổi sai lệch e(t) lớn thông qua thành phần UD(t), phản ứng thích hợp u(t) nhanh (vai trò vi phân TD) Phương trình vi phân mô tả quan hệ tín hiệu vào điều khiển: t U(t)  K1.e(t)  K  e(t)dt  K de(t) dt (2.37) t  de(t)  hay U(t)  K m  e(t)   e(t)dt  Td  TI dt   Trong đó: e(t) tín hiệu vào điều khiển; U(t) tín hiệu điều khiển; Km =K1 hệ số khuếch đại; Td  K3 số thời gian vi phân; K1 TI  K1 số thời gian tích phân; K2 Xây dựng theo sơ đồ cấu trúc hình 2.13: 1/TIs E(s) Y(s) Km Tds Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID Trên không gian Laplace ta có hàm truyền đạt có dạng sau: - 50-  HÀ DUY THÁI W(s)  CB130979 Y(s) K  K p  I  K ds E(s) s (2.38) Trong : Kp hệ số tỷ lệ điều chỉnh KI hệ số tích phân điều chỉnh Kd hệ số vi phân điều chỉnh Nhận xét: Kp ảnh hưởng tới sai lệch tĩnh hệ thống độ điều chỉnh KI làm giảm sai lệch tĩnh tăng thời gian độ Kd Có thể làm hệ thống ổn định giảm thời gian độ *) Tổng hợp theo phương pháp mô đun tối ưu: Hàm truyền đạt chuẩn theo mô đun tối ưu hàm có dạng: WMD (s)  22s  2s  (2.39) Đặc điểm hàm chuẩn mô đun tối ưu hiệu chỉnh lại đặc tính tần số vùng tần số thấp trung bình Sai lệch tĩnh chất lượng động hàm mô đun tối ưu tốt Với hàm truyền đạt đối tượng MH1 Áp dụng luật điều khiển mô đun tối ưu Ta thiết lập mạch vòng điều khiển hình 2.14 Trong đó: WH(s) hàm truyền đạt MH1; WHC1(s) hàm truyền đạt điều khiển cần tìm Fcw(s ) WHC1 ( s) 1/K WH ( s) P(s) (-) Hình 2.14 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển áp suất có phản hồi -1 Từ sơ đồ hình 2.14 ta xác định hàm truyền đạt hệ thống sau: WK (s)  WH (s).WHC1 (s) K.(1  WH (s).WHC1 (s)) (2.40) - 51-  HÀ DUY THÁI CB130979 Theo phương pháp mô đun tối ưu ta có WK (s)  WMD (s) WH (s).WHC1 (s)  2 K.(1  WH (s).WHC1 (s)) 2 s  2s  Hay Biến đổi ta được: WHC1 (s)  K WH (s)2.s(1  s) (2.41) (2.42) Thay biểu thức (2.36) chọn hệ số K = 0,01 vào (2.42) ta được: WHC1 (s)  0,01.(s  27,3833)(s  0,0067) 2s(1  s).(0,0002916s  1, 47.105 ) Với số ti = 0,0002916 < 10-3 coi không đáng kể bỏ qua nên: 0,01.(s  27,3833)(s  0,0067) 2s(1  s) 0,01.(s  27,3833) (s  0,0067)  2.s (1  s) WHC1 (s)  (2.43) Chọn   1/ 0.0067 nên (2.15) có dạng: WHC1 (s)  0,01.(s  27,3833) 9,17  3,35  298,5074.s s (2.44) Kết luận: Bộ điều chỉnh áp suất tỷ lệ tích phân (PI) đó: Hệ số tỷ lệ PI Kp= 3,35; Hệ số tích phân PI KI = 9,17 2.8 Thiết kế điều chỉnh mức nước ngưng Mức nước bình ngưng thông số cần trì giá trị định Cho nên trình vận hành, thiết bị điều chỉnh mức nước bình ngưng phải làm việc với cường độ liên tục có độ tin cậy cao không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, thiết bị hay phải sửa chữa hỏng hóc, sai lệch phải ngừng lò, ảnh hưởng xấu đến phụ tải, làm thiệt hại tới trình sản xuất kinh doanh điện nhà máy - 52-  HÀ DUY THÁI CB130979 2.8.1 Sơ đồ khối điều khiển mức nước ngưng Từ sơ đồ hình 2.5 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển lưu lượng nước ngưng áp suất bình ngưng ta có sơ đồ khối mạch vòng điều khiển mức nước ngưng sau: Fc(s) H(dat) A1.s Wvan (-) H(s) F3(s) W1 Hình 2.15 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển mức nước Trong đó: Wvan hàm truyền đạt van điều chỉnh lưu lượng nước ra; WDC hàm truyền đạt điều chỉnh; A1 tiết diện bình ngưng; W1 hàm truyền đạt cảm biến đo lưu lượng nước cấp; Fc(s) lưu lượng nước ngưng bình ngưng coi không đổi; F3(s) lưu lượng nước ngưng bơm tuần hoàn lưu lượng nước ngưng chảy qua van đồng trục Trong trường hợp van mở 100% lưu lượng qua van không Để trình đơn giản coi F3(s) = 2.8.2 Hàm truyền đạt cảm biến đo mức nước bình ngưng Thiết bị đo mức nước cảm biến có dải đo ÷ 1000mm, tương ứng cho tín hiệu đầu dạng dòng điện liên tục từ ÷ 20mA Thiết bị có hàm truyền đạt khâu quán tính bậc nhất: W1  s   K1  T1s Trong : K1 hệ số khuếch đại thiết bị đo mức nước (chọn dòng quy chuẩn 05mA tương đương với điện áp quy chuẩn 010V) - 53-  HÀ DUY THÁI K1  CB130979 Imax 20   mA    0,016  H max 1000  mm  T1 thời gian trễ khâu đo lường thường lấy T1 = 0.005s Vậy hàm truyền đạt khâu đo mức nước là: W1 (s)  0,016  0,005s (2.45) 2.8.3 Hàm truyền đạt van nước khỏi bình ngưng Hàm truyền đạt van nước khỏi bình ngưng gần khâu quán tính bậc có dạng sau: WV (s)  Kv  Tvs Trong đó: Kv hệ số khuếch đại van Thực tế van mở đến 80% lưu lượng nước 125 (T/h) van đóng đến 15 % lưu lượng nước qua van = 0, khoảng thời gian mở van từ 15% đến 80% 18s Dựa vào đặc tính van nước ta có: Kv  Q 125tan/ h   69(kg / s) %van 50% Tv thời gian trễ, thường lấy Tv = 0,01s Vậy hàm truyền đạt van nước là: Wv (s)  Kv 69   Tvs  0,01s 2.8.4 Xác định tham số điều khiển mức nước bình ngưng Từ sơ đồ hình 2.9 ta giả thiết đại lượng Fc(s) F3(s) không đổi Ta áp dụng luật điều khiển mô đum tối ưu sau: Biến đổi sơ đồ 2.15 mạch phản hồi -1 ta sơ đồ hình 2.16 - 54-  HÀ DUY THÁI H(dat) WHC2(s) 1/W1(s) Wv(s) CB130979 W1(s) (-) A1.s H(s) Hình 2.16 Mạch vòng điều chỉnh mức nước Biến đổi tương đương sơ đồ ta hình 2.16 sau: Trong đó: H(dat) 1/W1(s) WHC2(s) WH(s) H(s) (-) Hình 2.17 Mạch vòng điều chỉnh mức nước WH (s)  Wv (s).W1 (s) 69 0,016  A1.s  0,01s  0,005s 8.s 0,138  s.1  0,01s 1  0,5s  (2.46) Với A1 = m2, tính chọn cho bình ngưng 50K-Y0-4 có chặng đường nước Từ sơ đồ hình 2.17 ta có hàm truyền đạt hệ kín sau: WK (s)  WH (s).WHC2 (s) (1  WH (s).WHC2 (s)) (2.47) Theo phương pháp modun tối ưu ta có WK (s)  WMD (s) Hay WH (s).WHC2 (s)  2 (1  WH (s).WHC2 (s)) 2 s  2s  Biến đổi ta được: WHC2 (s)  WH (s)2.s(1  s) (2.48) (2.49) Với hàm truyền WH (s) W1 (s) xác định theo biểu thức (2.45); (2.46) thay vào (2.49) ta được: - 55-  HÀ DUY THÁI WHC2 (s)  (0.01s  1)(0.5s  1) 0.138.2(1  s) CB130979 (2.50) Chọn   0.5 ta WHC2 (s)  7,24  0,072.s Kết luận: Bộ điều chỉnh WHC2 (s) khâu tỉ lệ vi phân (PD) hệ số tỷ lệ Kp2 =7,24 hệ số khâu vi phân KD = 0,072 - 56- HÀ DUY THÁI  CB130979 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN BÌNH NGƯNG Để đánh giá chế độ hoạt động bình ngưng ta sử dụng phần mềm Matlab Simulink để thiết kế mô cho hệ thống Theo yêu cầu công nghệ bình ngưng, để bình ngưng không ảnh hưởng đến tiêu kinh tế tua bin chế độ làm việc bình thường thiết bị bình ngưng cần điều khiển hai thông số: Áp suất mức nước bình ngưng Dựa vào phần thiết kế chương 2, để ổn định hai đượng lượng nói ta cần sử dụng hai điều khiển với thông số sau: Bộ điều khiển sử dụng PI mục đích điều khiển áp suất bình ngưng với tham số: Kp= 3,35; KI = 9,17 Bộ điều khiển sử dụng PD mục đích điều khiển mức nước bình ngưng với hệ số khâu khuếch đại Kp2 = 7,24 hệ số khâu vi phân KD = 0,072 3.1 Mô hình bình ngưng Matlab Simulink Với sơ đồ hình 3.1 mô hình toán học bình ngưng Simulink xây dựng dựa phương trình sau: - Phương trình cân vào nước ngưng Q  Fc  - Phương trình mối liên hệ tốc độ truyền nhiệt: Q  U.A.Tm - Phương trình cân lưu lượng nước nhiệt: dT Fcw Q  (t1b  t 2b )  dt Mcw Mcw Cp - Phương trình thực nghiệm 0,8  a1.Fcw  a2 U.A - Phương trình cân khối lượng - 57- HÀ DUY THÁI  CB130979 dP R.TC  (FS  FC ) dt V Mối quan hệ nhiệt độ nước ngưng áp suất: Tc  .P   Lập giá trị ban đầu khai báo thông số cho hệ thống: Khối Fs (lưu lượng vào bình ngưng) đặt trước 20 (kg/s); Khối Fcw (lưu lượng nước làm mát) đặt trước 700 (kg/s); Khối Tcw (Nhiệt độ nước làm mát đầu vào) đặt trước 250C; Mạch vòng điều khiển áp suất điều khiển PI điều khiển mức nước PD hình 3.2 - 58- HÀ DUY THÁI  CB130979 Hình 3.1 Sơ đồ mô mạch vòng điều khiển áp suất mức nước bình ngưng Simulink - 59- HÀ DUY THÁI  CB130979 Hình 3.2 Mô điều khiển áp suất mức nước bình ngưng Khai báo giá trị đặt: Mức nước đặt 1000 mm Áp suất đặt 10 kPa - 60-  HÀ DUY THÁI CB130979 3.2 Kết mô 3.2.1 Đặc tính độ áp suất bình ngưng 15 14 P(kPa) 13 12 11 10 50 100 150 200 250 t(s) 300 350 400 450 500 Hình 3.3 Đặc tính độ áp suất bình ngưng Nhận xét: Dựa vào số liệu hoạt động nhà máy Nhiệt điện Phả Lại Ta thấy để bình ngưng làm việc tối ưu áp suất bình ngưng cần phải trì mức 10 kPa Trên hình 3.3 thể đường đặc tính áp suất bình ngưng bám sát giá trị đặt 10 kPa thời gian 200s Với sai lệnh tĩnh St %  10  9,8 100%  2% 10 Giá trị sai lệch tĩnh hoàn toàn nằm dải cho phép thiết kế điều khiển Vậy thông số điều khiển PI theo thiết kế là: Kp= 3,35; KI = 9,17 giải toán ổn định áp suất cho bình ngưng - 61-  HÀ DUY THÁI CB130979 3.2.2 Đặc tính độ mức nước bình ngưng 1.03 1.02 1.01 H(m) 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 50 100 150 200 250 t(s) 300 350 400 450 500 Hình 3.4 Đặc tính động mức nước bình ngưng Nhận xét: Với yêu cầu mức nước bình ngưng ổn định mức 1000 mm tính từ đáy bình ngưng Do trình thiết kế cho ta điều khiển PD với hệ số là: hệ số khâu khuếch đại Kp2 = 7,24 hệ số khâu vi phân KD = 0,072 Từ đặc tính hình 3.4 ta thấy mức nước bám giá trị đặt 1000mm khoảng thời gian độ t =130s Sai lệnh tĩnh: St%  1002,5  1000 100%  0, 25% 1000 Vậy sai lệch tĩnh St% = 0,25 % nằm dải cho phép Do điều khiển PD hoàn toàn đáp ứng yêu cầu ổn định mức nước cho bình ngưng - 62- HÀ DUY THÁI  CB130979 KẾT LUẬN Qua qúa trình nghiên cứu bình ngưng nhà máy Nhiệt điện Luận văn đạt kết sau: - Phân tích cấu tạo, vai trò nguyên lý hoạt động bình ngưng nhà máy Nhiệt điện - Xây dựng mô hình toán học bình ngưng thuật toán điều khiển bình ngưng Dựa vào phương trình cân lượng: phương trình cân vào nước ngưng, phương trình mối liên hệ tốc độ truyền nhiệt, phương trình cân lưu lượng nước nhiệt, phương trình thực nghiệm Phương trình cân khối lượng; Phương trình cân thể tích lưu lượng nước ngưng Trên sở mối liên hệ đại lượng thiết lập mô hình toán học bình ngưng Dựa vào mô hình toán học bình ngưng thiết lập mạch vòng điều khiển Luận văn tính toán đưa điều khiển PI PD Trong đó, điều khiển PI dùng để điều khiển áp suất điều khiển PD dùng để điều khiển mức nước cho bình ngưng Kết mô đặc tính động áp suất mức nước bình ngưng, thực Matlab Simulink cho thấy, điều khiển làm việc hiệu đáp ứng yêu cầu đặt bình ngưng - 63-  HÀ DUY THÁI CB130979 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn Nhà máy nhiệt điện – ĐH Bách Khoa Hà Nội , Giáo trình chuyên đề bình ngưng tập 1,2 Hoàng Minh Sơn (2009), Cơ sở hệ thống điều khiển trình, ĐH Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Thành Lâm, B.Ajpaneb (1983), Quy trình vận hành bình ngưng 100 – KLIC, Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại Phạm Lương Tuệ (1991), Chế độ làm việc thay đổi chế độ độ tua bin nước, ĐH Bách Khoa Hà Nội Phạm Duy Hồng (1991), Tập tài liệu đơn vị đo lường giới, ĐH Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Trần Văn Năm, Các số liệu kỹ thuật tuabin K-100-90, Tài liệu dịch từ tiếng Nga, Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại Thomsen EG (1946), Heat transfer in an evaporative condenser Refrigeration Engineering Yi Cao Dynamic modeling of a steam Condenser - 64- ... lên 44,7% Điều chứng tỏ nhà máy nhiệt điện đốt than vận hành nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, 2; nhà máy nhiệt điện Ninh Bình, nhà máy nhiệt điện Uông Bí; nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả; nhà máy nhiệt... vòng điều khiển áp suất mức nước 52 bình ngưng Simulink Hình 3.2 Mô hình điều khiển áp suất mức nước bình ngưng 53 Hình 3.3 Đặc tính độ áp suất bình ngưng 54 Hình 3.4 Đặc tính độ mức nước bình ngưng. .. - Ngành Điều khiển Tự động hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan đề tài Nghiên cứu điều khiển bình ngưng nhà máy điện” TS Nguyễn Huy Phương hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng