Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển turbine của nhà máy nhiệt điện sơn động bắc giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT CHU HOA LƯ NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TURBINE CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SƠN ĐỘNG – BẮC GIANG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT CHU HOA LƯ NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TURBINE CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SƠN ĐỘNG – BẮC GIANG Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đào Văn Tân HÀ NỘI - 2011 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Chu Hoa L MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 12 1.1 Các nguồn lượng sản xuất điện 12 1.2 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện 12 1.2.1 Nhà máy điện áp dụng chu trình turbine nước 12 1.2.2 Nhà máy điện dùng chu trình hỗn hợp turbine khí - 15 1.3 Các loại phụ tải nhiệt điện 16 1.3.1 Phụ tải điện 16 1.3.2 Phụ tải nhiệt 16 1.4 Phân loại nhà máy nhiệt điện 17 1.4.1 Giới thiệu chung 18 1.4.2 Giới thiệu chu trình nhiệt nhà máy 18 1.5 Turbine N110 - 8.92/535 22 1.5.1 Hệ thống 24 1.5.2 Hệ thống đường tắt 24 1.5.3 Hệ thống trích 25 1.5.4 Hệ thống chèn hơ turbine 26 1.5.5 Hệ thống nước đọng 27 1.5.6 Thiết bị gia nhiệt flan (mặt bích) 28 1.5.7 Hệ thống dầu máy bôi trơn 28 1.6 Tổng quan lò 29 1.7 Lò HG - 433/9.8 - L.WM20 36 Chương - GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SƠN ĐỘNG 38 2.1 Khái niệm chung hệ điều khiển phân tán 38 2.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát 38 2.2.1 Cấu trúc thành phần 38 2.2.2 Mơ hình phân cấp 40 2.2.3 Cấu trúc điều khiển 42 2.3 Cấu hình hệ điều khiển phân tán 46 2.4 Cấu trúc phần cứng DCS nhà máy nhiệt điện 46 2.4.1 Hệ thống DCS chia làm phần 47 2.4.2 Hệ thống DCS phân thành cấp 47 2.4.3 Các mạng thông tin hệ thống 48 2.4.4 Các phần tử hệ thống 49 2.5 Các chức điều khiển 50 2.5.1 Phân cấp điều khiển 50 2.5.2 Các điều khiển hiển thị vận hành 51 2.6 Các điều khiển chu trình nhiệt 52 2.6.1 Bộ điều khiển áp suất (Boiler Master) 52 2.6.2 Bộ điều khiển công suất turbine - máy phát (Turbine Master) 54 2.6.3 Bộ điều khiển nhiên liệu (Fuel Control System ) 55 2.6.4 Bộ điều khiển khói gió(Air Control System ) 56 2.6.5 Bộ điều khiển nước cấp 59 2.6.6 Bộ điều khiển nhiệt độ nhiệt 62 Chương - XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TURBINE CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SƠN ĐỘNG BẰNG PLC S7-300 64 3.1 Điều khiển cơng nghệ cho phần (khối lị - turbine - máy phát điện) nhà máy nhiệt điện 64 3.1.1 Giới thiệu chung 64 3.1.2 Các chế độ điều khiển 64 3.2 Nguyên lý điều khiển 66 3.2.1 Chế độ điều khiển Turbine theo lò (Turbine Follow) 66 3.2.2 Chế độ điều khiển lò theo Turbine (Boiler Follow) 67 3.2.3 Chế độ điều khiển phối hợp (CCS) 68 3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển 70 3.3.1 Chương trình 70 3.3.2 Chương trình xử lý cố 70 3.3.3 Chương trình xử lý cố nhiên liệu 70 3.3.4 Chương trình xử lý cố bơm cấp 71 3.3.5 Chương trình xử lý cố quạt sơ cấp 71 3.3.6 Chương trình xử lý cố quạt thứ cấp 72 3.3.7 Chương trình xử lý cố quạt khói 73 3.3.8 Chương trình xử lý cố hệ thống van GV 73 3.3.9 Chương trình điều khiển tự động 74 3.3.10 Chương trình CCS 74 3.3.11 Chương trình điều khiển áp suất 75 3.3.12 Chương trình điều khiển GV 76 3.3.13 Chương trình Boiler Folow 77 3.3.14 Chương trình Turbine Folow 78 3.4 Chương trình điều khiển 78 3.4.1 Thiết lập phần cứng 78 3.4.2 Đầu vào/đầu 79 3.4.3 Chương trình điều khiển 82 Chương - ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TURBINE CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SƠN ĐỘNG 83 4.1 Tổng quan điều khiển PID (Proportinal-Integral-Derivative) 83 4.1.1 Bộ điều khiển tỷ lệ P (Proportional controller) 83 4.1.2 Bộ điều khiển PI (Proportinal - Integral controller) 84 4.1.3 Bộ điều khiển PID (Proportinal - Integral - Derivative controller) 85 4.2 Ứng dụng điều khiển PID vào hệ thống điều khiển turbine nhà máy nhiệt điện Sơn Động 86 4.2.1 Hàm truyền đạt van điều khiển GV 86 4.2.2 Hàm truyền đạt đối tượng điều chỉnh (turbine - máy phát) 87 4.2.3 Hệ kín khơng có điều khiển PID 87 4.2.4 Hệ kín có điều khiển PID 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC .107 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Chu trình Carno nước 13 Hình 1-2 Sơ đồ thiết bị nhà máy điện 14 Hình 1-3 Đồ thị T-s chu trình NMNĐ 14 Hình 1-4 Sơ đồ thiết bị đồ thị T-s chu trình hỗn hợp 15 Hình 1-5 Sơ đồ chu trình nhiệt tổ máy 19 Hình 1-6 Sơ đồ phận lị 29 Hình 1-7 Lị ống lửa 30 Hình 1-8 Lò ống nước 31 Hình 1-9 Lị trọn 31 Hình 1-10 Lị tầng sơi tuần hoàn 33 Hình 1-11 Lị đốt ghi 34 Hình 1-12 Buồng lửa ghi xích 35 Hình 1-13 Lị than phun 35 Hình 2-1 Các thành phần hệ thống điều khiển giám sát 39 Hình 2-2 Mơ hình phân cấp hệ thống điều khiển giám sát 40 Hình 2-3 Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung 42 Hình 2-4 Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra phân tán 43 Hình 2-5 Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra tập trung 44 Hình 2-6 Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra phân tán 45 Hình 2-7 Cấu hình hệ điều khiển phân tán 46 Hình 2-8 Sơ đồ mạch điều khiển áp suất 53 Hình 2-9 Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lò 54 Hình 2-10 Sơ đồ Turbine Master 55 Hình 2-11 Sơ đồ mạch điều khiển nhiên liệu 56 Hình 2-12 Sơ đồ điều khiển khói gió 56 Hình 2-13 Sơ đồ mạch điều khiển gió 58 Hình 2-14 Sơ đồ mạch điều khiển quạt khói 58 Hình 2-15 Sơ đồ mạch điều khiển mức nước bao 60 Hình 2-16 Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ nhiệt 62 Hình 3-1 Mơ hình sản xuất điện 65 Hình 3-2 Sơ đồ chế độ điều khiển turbine follow 66 Hình 3-3 Mạch vịng điều khiển chế độ điều khiển Turbine Follow 66 Hình 3-4: Sơ đồ chế độ điều khiển boiler follow 67 Hình 3-5 Mạch vòng điều khiển chế độ điều khiển Boiler Follow 68 Hình 3-6 Sơ đồ chế độ điều khiển CCS (phối hợp) 69 Hình 3-7 Mạch vịng điều khiển chế độ điều khiển CCS 69 Hình 3-8 Chương trình 70 Hình 3-9 Chương trình xử lý cố 70 Hình 3-10 Chương trình xử lý cố nhiên liệu 71 Hình 3-11 Chương trình xử lý cố bơm cấp 71 Hình 3-12 Chương trình xử lý cố quạt sơ cấp 72 Hình 3-13 Chương trình xử lý cố quạt thứ cấp 72 Hình 3-14 Chương trình xử lý cố quạt khói 73 Hình 3-15 Chương trình xử lý cố hệ thống van GV 73 Hình 3-16 Chương trình điều khiển tự động 74 Hình 3-17 Chương trình CCS 74 Hình 3-18 Chương trình điều khiển áp suất 75 Hình 3-19 Chương trình điều khiển GV 76 Hình 3-20 Chương trình Boiler Folow 77 Hình 3-21 Chương trình Turbine Folow 78 Hình 3-22 Lập trình S7-300 79 Hình 3-23 Thiết lập phần cứng 79 Hình 4-1 Đường cong thực nghiệm van FISHER 86 Hình 4-2 Sơ đồ khối hệ kín khơng có điều khiển PID 88 Hình 4-3 Sơ đồ cấu trúc matlab hệ kín khơng có điều khiển PID 88 Hình 4-4 Khối “Constant” 89 Hình 4-5 Khối “Look up Table 1” 89 Hình 4-6 Khối “Sum” 90 Hình 4-7 Khối “Look up Table 2” 90 Hình 4-8 Khâu giữ chậm 90 Hình 4-9 Khâu trễ bậc 91 Hình 4-10 Khối hàm truyền turbine - máy phát 91 Hình 4-11 Khối hàm truyền turbine - máy phát 92 Hình 4-12 Khối hàm truyền turbine - máy phát 92 Hình 4-13 Sơ đồ khối giá trị cơng suất đặt hệ kín khơng có điều khiển PID 93 Hình 4-14 Sơ đồ khối subsystem hệ kín khơng có điều khiển PID 93 Hình 4-15 Kết mơ hệ kín khơng có điều khiển PID 94 Hình 4-16 Sơ đồ khối hệ kín có điều khiển PID 94 Hình 4-17 Sơ đồ cấu trúc matlab hệ kín có điều khiển PID 95 Hình 4-18 Kết mơ khối tính tốn tối ưu “Signal Constraint” 95 Hình 4-19 Bộ thơng số PID 96 Hình 4-20 Sơ đồ khối giá trị công suất đặt hệ kín có điều khiển PID 96 Hình 4-21 Sơ đồ khối subsystem hệ kín có điều khiển PID 97 Hình 4-22 Khối “PID controller” 97 Hình 4-23 Khối “Proportional” 98 Hình 4-24 Khối “Integral” 98 Hình 4-25 Khối “Derivative” 99 Hình 4-26 Khối “Integrator” 99 Hình 4-27 Khối “Band-limited Derivative” 100 Hình 4-28 Khối “Sum” 100 Hình 4-29 Kết mơ hệ kín có điều khiển PID 101 138 Phụ lục 2-4: Chương trình điều khiển Turbine Folow 139 140 141 Phụ lục 2-5: Chương trình điều khiển nhiên liệu Phụ lục 2-6: Chương trình điều khiển bơm cấp 142 Phụ lục 2-7: Chương trình điều khiển hệ thống quạt 143 Phụ lục 2-8: Chương trình điều khiển hệ thống van GV 144 Phụ lục 2-9: Chương trình xử lý cố nhiên liệu 145 146 10 Phụ lục 2-10: Chương trình xử lý cố bơm cấp 147 11 Phụ lục 2-11: Chương trình xử lý cố hệ thống quạt 148 149 12 Phụ lục 2-12: Chương trình xử lý cố hệ thống van GV 150 151 152 ... Chương 1: Tổng quan nhà máy nhiệt điện - Chương 2: Giới thiệu hệ thống điều khiển nhà máy nhiệt điện Sơn Động - Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển turbine nhà máy nhiệt điện Sơn Động PLC S7-300... biển xây dựng nhà máy điện thủy triều; - Từ lượng mặt trời xây dựng nhà máy điện mặt trời; - Từ nguồn nóng lịng đất xây dựng nhà máy điện địa nhiệt; - Từ lượng hạt nhân xây dựng nhà máy điện. .. hệ thống điều khiển nhà máy cần thiết Mục đích - Đối tượng - Phạm vi nghiên cứu - Mục đích đề tài: phân tích đánh giá hệ thống điều khiển turbine nhà máy nhiệt điện Sơn Động - Ứng dụng điều khiển