Nghiên cứu và mô phỏng hệ điều khiển lò hơi nhà máy nhiệt điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGUYỄN HÙNG KIÊN Hà Nội - 2009 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Nguyên lý sản xuất điện nhà máy nhiệt điện 1.1.3 Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện ngưng 1.2 Lò nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Vai trò lò nhà máy nhiệt điện 1.2.2 Phân loại lò nhà máy điện 1.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động lò 1.2.4 Quá trình biến đổi lượng lò 13 1.2.5 Các đặc tính kỹ thuật lò 13 CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI 16 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển lò 16 2.1.1 Đối tượng điều khiển lò 16 2.1.2 Hệ cân lò 17 2.2 Các hệ điều khiển lò 18 2.3 Hệ điều khiển cấp nhiên liệu 19 2.3.1 Các yêu cầu nhiên liệu 19 2.3.2 Hệ điều khiển cấp nhiên liệu 20 2.3 Hệ thống điều khiển trình cháy 21 2.3.1 Điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu - không khí 22 2.3.2 Điều chỉnh áp suất chân không buồng đốt 23 2.3 Hệ thống điều khiển mức nước bao 26 2.3.1 Cấu trúc hệ thống cấp nước 26 2.3.2 Quá trình hâm nước khử khí 27 2.3.3 Quá trình lưu thông nước bao 28 2.3.4 Hệ thống điều khiển nước cấp 30 2.4 Hệ thống điều khiển 31 2.4.1 Các thông số hệ điều khiển 31 2.4.2 Điều khiển áp suất lưu lượng 33 2.4.3 Hệ điều khiển nhiệt độ 35 CHƯƠNG MÔ PHỎNG LÒ HƠI 39 3.1 Các phương trình cân lò 39 3.1.1 Phương trình cân khối lượng 39 3.1.2 Phương trình cân thể tích 40 3.1.3 Phương trình cân lượng 40 3.2 Mô hình hóa lò cho toán điều chỉnh ổn định áp suất 41 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 3.2.1 Mô hình hóa phận đốt nhiên liệu 41 3.2.2 Mô hình hóa bao 43 3.2.3 Mô hình hóa nhiệt van cấp 47 3.2.4 Mô hình hệ thống 48 3.3 Mô kiểm chứng tính ổn định mô hình lò 49 3.3.1 Sơ đồ mô 49 CHƯƠNG ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT LÒ HƠI BẰNG LUẬT ĐIỀU 57 KHIỂN PID KINH ĐIỂN VÀ PID MỜ 57 1.1 Luật điều khiển PID 57 1.2 Luật điều khiển PID mờ 62 1.2.1 Khái niệm logic mờ 62 1.2.2 Điều khiển mờ 64 1.2.3.Thiết kế điều khiển mờ 71 1.2.4 Bộ điều khiển PID mờ 73 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 TÓM TẮT LUẬN VĂN Error! Bookmark not defined Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên LỜI MỞ ĐẦU Đất nước bước vào thời kỳ phát triển hội nhập sâu sắc với kinh tế giới, với nhu cầu điện ngày tăng Vấn đề thiếu điện gây khó khăn nhiều mặt cho nhà máy, công ty đến cá nhân Giờ EVN sản xuất điện mà đơn vị Vinacomin, Petro Việt Nam nhiều đơn vị cá nhân khác tham gia xây dựng dự án điện, tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có đất nước Với trữ lượng lớn thuận lợi việc khai thác, than đá xem nguồn tài nguyên tiềm việc giải vấn đề thiếu điện đất nước Nhà máy nhiệt điện hệ thống điều khiển phức tạp, nhiều thiết bị trình với mối tương tác xen kênh Hơn nhà máy nhiệt điện nước ta chuyên gia nước xây dựng, để vận hành cần tới chuyên gia chỉnh định tham số Vấn đề đặt sau thời gian vận hành hệ thống cần phải chỉnh định lại tham số hoạt động chưa tối ưu Vậy để người muốn tìm hiểu nhiệt điện nắm bắt cách nhanh chóng nguyên lý hiệu chỉnh tuỳ ý trước vận hành thật hệ mô xem giải pháp tối ưu Với mục tiêu chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “ Nghiên cứu mô hệ điều khiển lò nhà máy nhiệt điện”, để tài phần mở đầu kết luận gồm phần sau: Chương : Tổng quan nhà máy nhiệt điện Chương : Hệ thống điều khiền lò Chương : Mô lò Chương : Ổn định áp suất lò luật điều khiển PID kinh điển PID mờ Để thực luận văn lựa chọn phần mềm Matlab để thiết kế cấu trúc, mô hình hoá đối tượng mô Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện 1.1.1 Giới thiệu chung Để sâu vào nghiên cứu hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện ta phải hiểu nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện nhà máy sản xuất điện cách chuyển hoá lượng từ nhiệt thành sang điện Để sản xuất điện có nhiều cách thuỷ (nhà máy thuỷ điện), lượng nguyên tử (nhà máy điện nguyên tử), lượng gió (nhà máy điện sức gió), lượng mặt trời Tuy nhiên sản xuất điện theo phương pháp nhiệt phương pháp phổ thông chiếm tỷ lệ cao so với sản xuất điện phương pháp khác (Nhà máy nhiệt điện sản xuất khoảng 69% điện giới) Nước ta có nguồn nhiên liệu dồi than công nghiệp dầu mỏ bắt đầu hình thành phát triển, sản lượng đạt hàng triệu tấn/năm có nhiều triển vọng Do nhà máy nhiệt điện đốt than đốt dầu phát triển Hiện nhà máy nhiệt điện lớn nước ta Phả Lại 1&2 với công suất 1040 MW (sản lượng điện hàng năm 3,68 tỷ kWh; lượng than tiêu thụ 1,6 triệu tấn/năm) nhà máy nhiệt điện đốt dầu khí lớn Phú Mỹ 1&2 với công suất 2451 MW Ngoài số nhà máy nhiệt điện nhỏ khác Uông bí, Na dương, Vũng Áng… 1.1.2 Nguyên lý sản xuất điện nhà máy nhiệt điện Nguyên lý sản xuất điện nhà máy nhiệt điện chuyển hoá nhiệt từ đốt cháy loại nhiên liệu lò thành làm quay tuabin, tuabin quay tức chạy máy phát điện chuyển thành điện Nhiệt dẫn đến tuabin qua môi trường dẫn nhiệt nước Hơi nước môi trường truyền nhiệt trước vào tuabin để sinh công Nhiệt cung cấp nhiều lượng điện phát lớn ngược lại Điện áp phát đầu cực máy phát điện đưa qua hệ thống trạm biến áp nâng lên cấp điện áp thích hợp trước hoà vào lưới điện quốc gia Ở chu trình nhiệt chia làm giai đoạn trình đun nóng nước cấp, sinh nhiệt, sinh công ngưng tụ Ban đầu nước trước cấp lên bao phải gia nhiệt (A-B) qua hâm (B-C), từ bao nước chuyển từ dạng lỏng sang (C-D), đưa qua nhiệt (D-E) trước vào tuabin, tuabin trình sinh công xảy Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên (E-F) Hơi sau sinh công ngưng tụ bình ngưng (F-A) sau lại bổ xung vào nước cấp Nhiệt độ E Quá nhiệt C Bão hoà D B Hâm Tuabin Gia nhiệt A F Entropy Hình 1.0: Chu trình Ranhkine nhà máy nhiệt diện Hình vẽ cho thấy lượng giải phóng tuabin đạt tối đa điểm E cao điểm F thấp Đối với nhà máy nhiệt điện, thiết bị sinh lò hơi, bao thiết bị chứa nước Lò sinh nhiệt làm nước bao biến thành theo ống dẫn đưa tới tuabin làm quay tuabin phát điện (chuyển thành điện năng) Nước ngưng Cơ Bao Hơi Nhiệt Lò Tuabin Máy phát Hoá Nhiên liệu Hình 1.1: Quá trình chuyển hóa lượng nhà máy nhiệt điện Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 1.1.3 Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện ngưng Nước cấp cho bao (Bao hơi) Hơi tái hâm nóng Khói Không khí Máy nghiền (Bộ hâm nước) (Lò hơi) (Bộ nhiệt) Phun 10(Quạt gió) 12 (Hâm ko khí) 11 (Quạt khói) 5(Buồng đốt) 13(Bộ hâm nước) 18 (Tua bin) 23 (Máy phát) 14 (Bơm) ~ 15(Hâm) Tầng tái nhiệt 16 (Khử khí) 17(Bơm) 19 (Bình ngưng) 20 22 21(Bơm) nước xử lý Bể chứa nước nước lưu thông Hình 1.2: Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện Than từ kho nhiên liệu đưa đến hệ thống nghiền nát (máy nghiền) Tại than nghiền nát thành than cám Than sau trở thành than cám hút khỏi hệ thống nghiền nhờ quạt hút để đưa đến hệ thống vòi phun buồng đốt lò - hệ thống nồi Tóm lại, nhiên liệu (dầu, than, khí) từ kho nhiên liệu đưa vào lò qua hệ thống cấp nhiên liệu Trên đường từ hệ thống nghiền nát đến hệ thống vòi phun than cám, người ta bố trí thêm phận phân ly (dạng xiclon) để cho hạt than kích thước lớn giữ lại đưa trở máy nghiền (bộ phận không vẽ hình) Nhiên liệu đưa đến buồng đốt (thông qua vòi phun) có áp suất định nhờ quạt không khí 10 mạnh (quạt gió) Không khí quạt gió 10 cung cấp giúp cho than cám phun mạnh vào buồng đốt.Trước không khí hâm nóng Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên nhờ phận hâm nóng không khí 9, phận đặt đường khói nóng thoát nhờ quạt 11 (quạt khói) Tất nhiên khói trước phải qua phận lọc bụi (lọc bụi tĩnh điện) Không khí hâm nóng tránh cho buồng đốt bị lạnh, tiết kiệm nhiên liệu, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho buồng đốt đồng thời nhiên liệu sấy khô trước đưa vào buồng đốt Khói nóng dùng để hâm nước phận hâm nước trước đưa vào bao Nước bao đun nóng chuyển thành nước đưa đến phận nhiệt Tại nước có áp suất cao (P = 130 ÷ 240 kG/cm2), nhiệt độ t= 540 ÷ 5650C đưa đến tuốcbin 18 Sau khỏi tuốcbin, nước có thông số thấp (P = 0,3 ÷ 0,04 kG/cm2, nhiệt độ t = 400C) đến bình ngưng tụ 19 (nằm bên tuốcbin – gian máy) Ở nước trở thành nước nhờ trao đổi nhiệt Nước lạnh đưa vào hệ thống dàn ống nhờ bơm 17, dàn ống đặt bình ngưng tụ để trao đổi nhiệt với nước từ tuabin thoát Nước bình ngưng tụ bơm 21 (bơm ngưng) đưa đến phận khử khí 16 Từ nước ngưng tụ lại đưa đến phận hâm nước 13 đưa đến hâm nước tiết kiệm đưa vào bao Như vậy, nước thực chu trình kín Tuy nhiên có tổn thất nên luôn phải bổ sung vào bao lượng nước xử lý Cả nước ngưng tụ nước bổ sung sau xử lý đưa qua gia nhiệt 13 nhờ bơm cấp cấp 14 Nước cấp cho bao nước hâm nóng phận hâm nóng 13 phận 15 nhờ nóng lấy từ tầng tái nhiệt tuabin 1.2 Lò nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Vai trò lò nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện nói lò trái tim nhà máy Lò thiết bị xảy trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa biến thành hơi, biến lượng nhiên liệu thành nhiệt dòng hơi, lò làm nhiệm vụ chuyển hoá lượng Lò thiết bị có mặt hầu hết tất xí nghiệp nhà máy để sản xuất nước phục vụ cho trình sản xuất điện nhà máy điện,phục vụ cho Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên trình đun nấu chưng cất dung dịch, sấy sản phẩm trình công nghệ nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm… 1.2.2 Phân loại lò nhà máy điện Có nhiều cách để phân loại lò hơi, có :dựa vào chế độ chuyển động nước lò, dựa vào thông số hơi, dựa vào cách đốt nhiên liệu… a)Dựa vào chế độ chuyển động nước lò • Lò đối lưu tự nhiên : môi chất chuyển động đối lưu tự nhiên chênh lệch mật độ nội môi chất mà không tạo vòng tuần hoàn tự nhiên, thường gặp lò công suất nhỏ • Lò tuần hoàn tự nhiên : môi chất tạo vòng tuần hoàn tự nhiên nhờ chênh lệch mật độ nội môi chất, loại lò thường gặp lò công suất trung bình lớn • Lò tuần hoàn cưỡng : môi chất chuyển động theo quỹ đạo khép kín tác dụng bơm, thường gặp lò có thông số cao • Lò đối lưu cưỡng : tác dụng bơm môi chất theo chiều, nhận nhiệt biến dần thành đưa sử dụng mà tuần hoàn lại b) Dựa vào thông số • Lò thông số thấp : áp suất p60bar, nhiệt độ t từ 450-5400C • Lò thông số siêu cao : áp suất p>140bar c) Dựa vào cách đốt nhiên liệu • Lò đốt theo lớp : Nhiên liệu rắn (than, củi , bã mía) xếp thành lớp ghi để đốt.Có loại ghi cố định, có loại ghi chuyển động gọi ghi xích (ghi xích thuận chiều ngược chiều) • Lò đốt phun : Nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành bụi, nhiên liệu rắn nghiền thành bột phun vào buồng lửa, hỗn hợp với không khí tiến hành giai đoạn trình cháy không gian buồng lửa • Lò đốt đặc biệt : thường gặp loại : buồng lửa xoáy buổng lửa tầng sôi Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên Buồng lửa xoáy đốt than cám nguyên khai nghiền sơ Nhiên liệu không khí đưa vào buồng lửa hình trụ theo chiều tiếp tuyến với tốc độ cao Dưới tác dụng lực ly tâm, xỉ lỏng hạt nhiên liệu có kích thước lớn bám sát thành lớp vào tường lò, hạt than nhỏ với chất bốc chuyển động vùng trung tâm cháy không gian Buồng lửa tầng sôi: nhiên liệu rắn nguyên khai nghiền sơ đưa vào tác dụng gió có tốc độ đủ lớn, dao động lên xuống khoảng không gian định buồng lửa tiến hành giai đoạn trình cháy d) Một số cách phân loại khác • Dựa vào trạng thái xỉ ra, chia thành hai loại thải xỉ thô thải xỉ lỏng • Dựa theo áp suất không khí sản phẩm cháy buồng lửa, có loại buồng lửa áp suất âm, có loại buồng lửa áp suất dương • Dựa theo cách lắp đặt, có loại di động, loại tĩnh loại nửa di động • Dựa theo công dụng có loại lò cấp nhiệt, có loại động lực • Dựa theo đặc điểm bề mặt truyền nhiệt, có loại ống lò, có loại ống lửa, có loại nằm loại đứng 1.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động lò a) Cấu tạo lò Lò thiết bị sinh hơi, có cấu tạo nhằm thực nhiệm vụ chuyển hóa nhiên liệu thành nhiệt sản phẩm cháy, đưa nước cấp vào lò tiếp nhận nhiệt từ sản phẩm cháy để biến thành nước nóng rùi bão hòa nhiệt có áp suất nhiệt độ thỏa mãn yêu cầu Trong lò có cấu tạo khà phức tạp gồm nhiều hệ thống: Hệ thống cung cấp đốt cháy nhiên liệu Hệ thống cung cấp không khí thải sản phẩm cháy Hệ thống xử lý nước cấp nước làm mát Hệ thống sản xuất cấp nước nóng cho trình sinh Hệ thống đo lường,điều khiển Hệ thống lò: khung lò, tường lò… Hệ thống an toàn Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 70 + Nguyên lý cận phải Hình 4-11 : Hàm thuộc • Nguyên lý trung bình : y' = y1 + y 2 • Nguyên lý cận trái : chọn y’ = y1 • Nguyên lý cận phải : chọn y’ = y2 B Phương pháp trọng tâm Điểm y’ xác định hoành độ điểm trọng tâm miền bao trục hoành đường µB’(y) Công thức xác định : y' = ∫ yµ ( y )dy S ∫ µ ( y )dy S S miền xác định củ a tậ p mờ B’ *Phương pháp trọng tâm cho luật Sum-Min Giả sử có m luật điều khiển triển khai, ký hiệu giá trị mờ đầu luật điều khiển thứ k µB’k(y) với quy tắc Sum-Min hàm thuộc µ B'( y) = m ∑µ k =1 B 'k ( y) y’ xác định: M i = ∫ yµ B 'k ( y )dy S Ai = ∫ µ B 'k ( y )dy S Trong đó: i=1,2,…,m Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 71 µ H m1 y m2 a b Hình 4-12 : Hàm thuộc dạng hình thang Xét riêng cho trường hợp hàm thuộc dạng hình thang hình trên: Mk = H (3m22 − 3m12 + b − a + 3m2 b + 3m1 a ) Ak = H (2m2 − 2m1 + a + b ) Hai công thức áp dụng cho luật max-min *Phương pháp độ cao: hàm thuộc có dạng Singleton ta có: m y' = ∑y H k =1 m k ∑H k =1 k k với Hk = µB’k(yk) Đây công thức giải mờ theo phương pháp độ cao 1.2.3.Thiết kế điều khiển mờ a.Các bước thiết kế B1 : Định nghĩa tất biến ngôn ngữ vào/ra B2 : Xác định tập mờ cho biến vào/ra (mờ hoá) + Miền giá trị vật lý biến ngôn ngữ + Số lượng tập mờ + Xác định hàm thuộc + Rời rạc hoá tập mờ B3 : Xây dựng luật hợp thành Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 72 B4 : Chọn thiết bị hợp thành B5 : Giải mờ tối ưu hoá b.Những lưu ý thiết kế BĐK mờ - Không dùng điều khiển mờ để giải toán mà dễ dàng thực điều khiển kinh điển - Không nên dùng BĐK mờ cho hệ thống cần độ an toàn cao - Thiết kế BĐK mờ phải thực qua thực nghiệm c.Một số sơ đồ điều khiển sử dụng mô hình mờ thường gặp c1.Điều khiển trực tiếp Bộ điều khiển mờ dùng đường thuận (forward path) hệ thống điều khiển nối tiếp Tín hiệu đối tượng điều khiển so sánh với tín hiệu đặt, có sai lệch điều khiển mờ xuất tín hiệu tác động vào đối tượng nhằm mục đích làm sai lệch giảm Đây sơ đồ điều khiển quen thuộc, sơ đồ này, điều khiển mờ dùng để thay điều khiển kinh điển Tín hiệu đặt Sai lệch Σ + - Bộ điều khiển mờ Đối tượng điều khiển Tín hiệu Hình 4-13: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ dùng cho điều khiển trực tiếp c2.Điều khiển bù nhiễu Sơ đồ điều khiển nhằm mục đích bù ảnh hưởng nhiễu đo Điều cần mô hình xác, việc xây dựng mô hình khó khăn đắt tiền dùng mô hình mờ Sơ đồ trình bày hệ thống điều khiển với điều khiển kinh điển bù nhiễu mờ ( fuzzy compensator) Khi bỏ qua ngõ vào nhiễu, hệ thống xem kết hợp tác động điều khiển tuyến tính phi tuyến; điều khiển điều khiển PID điều khiển mờ F đóng vai trò điều khiển phi tuyến phụ Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 73 Nhiễu Bộ bù nhiễu mờ Tín hiệu đặt Σ + - Bộ điều khiển C + Σ + Đối tượng điều khiển Tín hiệu Sai lệch Hình 4-14: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ dùng cho điều khiển bù nhiễu c3 Điều khiển thích nghi Các qui tắc mờ dùng để hiệu chỉnh thông số điều khiển tuyến tính sơ đồ điều khiển thích nghi Nếu đối tượng phi tuyến thay đổi điểm làm việc, để chất lượng điều khiển tốt thông số điều khiển phải thay đổi theo Bộ giám sát mờ Sai lệch Tín hiệu đặt + Σ - Bộ điều khiển C Tín hiệu Đối tượng điều khiển Hình 4-15: Sơ đồ điều khiển thích nghi với giám sát mờ 1.2.4 Bộ điều khiển PID mờ Có thể nói lĩnh vực điều khiển, PID xem giải pháp đa cho ứng dụng điều khiển analog hay digital Việc thiết kế PID kinh điển thường dựa phương pháp Zeigler- Nichols, Offrein, Reinish,…Ngày người ta thường dùng kỹ thuật hiệu chỉnh PID mềm (dựa phần mềm), sở thiết kế PID mờ hay PID thích nghi Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 74 a.Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ Bộ chỉnh định mờ de dt x(t) + e(t) PID mờ Thiết bị chỉnh định PID z(t) fn(t) u(t) y(t) ĐỐI TƯỢNG Hình 4-16: Sơ đồ khối điều khiển PID mờ Mô hình toán PID u (t ) = K p e(t ) + K I ∫ e(t )dt + K D de(t ) dt Nếu biểu diễn miền LAPLACE hàm truyền điều khiển PID là: WPID ( s ) = U ( s) = KP + KI + KDs E ( s) s Các tham số KP, KI, KD chỉnh định theo điều khiển mờ riêng biệt dựa sai lệch e(t) đạo hàm e(t) Có nhiều phương pháp khác để chỉnh định PID dựa phiếm hàm mục tiêu, chỉnh định trực tiếp, chỉnh định theo Zhao, Tomizuka Isaka…Nguyên tắc chung bắt đầu với trị KP, KI, KD theo Zeigler-Nichols, sau dựa vào đáp ứng thay đổi dần để tìm hướng chỉnh định thích hợp b.Luật chỉnh định PID Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 75 Hình 4-17 : Đồ thị tín hiệu + Lân cận a1 ta cần luật điều khiển mạnh để rút ngắn thời gian lên, chọn KP lớn, KI nhỏ, KD nhỏ + Lân cận b1 tránh vọt lố lớn nên chọn KP nhỏ, KI nhỏ, KD lớn + Lân cận c1, d1 giống lân cận a1 b1 Các bước thiết kế: Đề xuất thuật toán PI mờ Yêu cầu toán thiết kế là: đảm bảo khả hoạt động tốt hệ thống điều chỉnh toàn dải làm việc van cấp nhiệt, đồng thời đạt mục tiêu chất lượng áp suất gây nhiệt tốt so với việc sử dụng điều khiển PI kinh điển Đầu vào cho chỉnh định gồm : + Giá trị sai lệch e : e = p*s – p*t + Giá trị đạo hàm sai lệch de/dt: * * de dps dpT = − dt dt dt Các bước thiết kế Xác định biến ngôn ngữ Đầu vào : biến + Sai lệch + Tốc độ ET = Đo - Đặt DET = Luận văn thạc sĩ ET (i + 1) - E(i) T Nguyễn Hùng Kiên 76 (Với T chu kỳ lấy mẫu) Đầu : biến + KP hệ số tỉ lệ + KI hệ số tích phân Số lượng biến ngôn ngữ ET= {âm vừa, âm nhiều, âm ít, zero, dương ít, dương vừa, dương nhiều} ET= {N3, N2, N1, ZE, P1, P2, P3} DET={âm vừa, âm nhiều, âm ít, zero, dương ít, dương vừa, dương nhiều} DET={N31, N21, N11, ZE1, P11, P21, P31} KP= {zero, nhỏ, trung bình, lớn, lớn} = {Z, S, M, L, U} KI = {mức1, mức2, mức3, mức4, mức 5} = {L1, L2, L3, L4, L5} Các tập mờ đầu vào đầu lựa chọn hình đây: Hình 4-18 : Hàm thuộc đầu vào ET Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 77 Hình 4-19 : Hàm thuộc đầu vào DET Hình 4-20 : Hàm thuộc đầu KP Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 78 Hình 4-21 : Hàm thuộc đầu KI Hình 4-22 : Luật điều khiển KP không gian Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 79 Hình 4-23 : Luật điều khiển KI không gian Luật hợp thành: KP ET DET N31 N21 N11 ZE1 P11 P21 P31 N3 U U U U U U U N2 L L L L L L L N1 M M M M M M M ZE Z Z Z Z Z Z Z P1 M M M M M M M P2 L L L L L L L P3 U U U U U U U Bảng 4-24 : Hàm thuộc đầu KP Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 80 KI ET DET N31 N21 N11 ZE1 P11 P21 P31 N3 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 N2 L3 L2 L2 L1 L2 L2 L3 N1 L4 L3 L2 L1 L2 L3 L4 ZE L5 L4 L3 L2 L3 L4 L5 P1 L4 L3 L2 L1 L2 L3 L4 P2 L3 L2 L2 L1 L2 L2 L3 P3 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 Hình 4-25 : Hàm thuộc đầu KI Áp dụng vào toán điều chỉnh áp suất ta có sơ đồ mô Simulink sau: Hình 4-26 : Sơ đồ mô hệ thống dùng PID mờ Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 81 Hình 4-27 : Bộ điều khiển PID mờ Kết mô ta thu đồ thị sau: Hình 4-28 : Đồ thị lưu lượng vào tuabin (lbs/s) Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 82 Hình 4-29 : Đồ thị áp suất nhiệt (Psi) Cho tải thay đổi tức lưu lượng thay đổi giây 1500 (lưu lượng tăng lên) giây 2000 (lưu lượng giảm xuống) áp suất trở trạng thái đặt 1800psi => PID mờ hoạt động ổn định Kết mô cho thấy giá trị xác lập lưu lượng 1351 lbs/s, áp suất bao 2619 psi áp suất nhiệt 1800 psi NHẬN XÉT VỀ HAI THUẬT TOÁN PI VÀ PI MỜ: Ta thấy áp dụng thuật toán PID mờ cho kết tương tự PID kinh điển, Tuy nhiên PID mờ thường hay áp dụng cho toán cần tác động nhanh, với toán quán tính lớn dùng PID kinh điển Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 83 KẾT LUẬN Qua luận văn thấy tính khó khăn phức tạp điều khiển trình nhiệt lò nhà máy nhiệt điện Luận văn trình bày tất nghiên cứu học viên trình điều khiển lò Luận văn mô khâu hoạt động lò cách áp dụng điều khiển mờ vào đối tượng hệ thống Tuy nhiên thời gian giới hạn nội dung luận văn, phần mềm mô khâu lò giúp người đọc nắm bắt nhanh hiểu nguyên lý hoạt động lò nhà máy nhiệt điện Phương hướng thời gian tới học viên hoàn thiện nốt phần mô chi tiết khâu lại bên cạnh lò nhà máy nhiệt điện Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Quốc Khánh - Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện - [2] Quy trình vận hành lò KZ220-100-10C- Nhà máy điện Phả Lại [3] Nguyễn Văn Hoà.- Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động [4] Nguyễn Thị Phương Hà - Điều khiển mờ [5] Phan Xuân Minh - Lý thuyết điều khiển mờ [6] Một số tài liệu internet Tiếng Anh [7].Thomas C.Elliott - Standard handbook of powerplant engineering [8] D.P.Atherton - Power plant control and instrumentation [9] Douglas J.Cooper - Practical Process Control Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên ... MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện 1.1.1 Giới thiệu chung Để sâu vào nghiên cứu hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện ta phải hiểu nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện nhà máy sản xuất điện. .. nghiệp “ Nghiên cứu mô hệ điều khiển lò nhà máy nhiệt điện , để tài phần mở đầu kết luận gồm phần sau: Chương : Tổng quan nhà máy nhiệt điện Chương : Hệ thống điều khiền lò Chương : Mô lò Chương... tuabin 1.2 Lò nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Vai trò lò nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện nói lò trái tim nhà máy Lò thiết bị xảy trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa biến thành hơi, biến