Sai lệch công suất theo ba chế độ được thể hiện tại Hình 4.26 và Bảng 4.3. Nhận thấy, khi tổ máy vận hành ổn định tại một mức công suất, sai lệch điều khiển chỉ xuất hiện trong q trình tăng - giảm tải. Mơ hình trả ra đáp ứng phù hợp với thực tế vận hành.
Hình 4.26. Sai lệch công suất theo ba chế độ vận hành
1 – Chế độ lò hơi theo tuabin; 2 – Chế độ tuabin theo lò hơi; 3 - Chế độ phối hợp
Bảng 4.3. Sai lệch công suất theo ba chế độ vận hành
Chế độ Sai lệch công suất lớn nhất (%)
Tăng tải Giảm tải Ổn định tải
Theo tuabin 4,68 3,69 0,21
Theo lò hơi 3,29 2,41 0,14
Phối hợp 2,12 1,65 0,03
Chế độ điều khiển phối hợp có sai lệch điều khiển ít nhất, phù hợp với kết quả mô phỏng theo đáp ứng lý tưởng tại Chương 2.
Để kiểm chứng kết quả đáp ứng của mơ hình, tiến hành bổ sung giá trị hiệu chỉnh lượng đặt mạch điều khiển cấp nhiên liệu theo kịch bản cụ thể như sau:
- Chế độ vận hành: Phối hợp, khi nhiệt trị than ổn định và có thay đổi; - Thời gian mơ phỏng: 7h00-17h00 ngày 30/7/2018;
- Giá trị đầu vào mạng nơron:
+ Công suất phát điện thực tế (tại đầu ra của mơ hình); + Lưu lượng nhiên liệu thực tế (tại đầu ra của mơ hình); + Áp suất hơi quá nhiệt thực tế (tại đầu ra của mơ hình);
- Mục tiêu cần so sánh: Đáp ứng phụ tải điện của mơ hình khi bổ sung giá trị hiệu chỉnh từ mạng nơron tại đầu vào vòng điều khiển cấp nhiên liệu.
4.4.2. Kết quả trên Matlab/Simulink
Mô phỏng trên mơi trường Matlab/Simulink với mơ hình điều khiển từ Chương 2 và bổ sung kết hợp nơron thu được tại Mục 4.3.3, thu được mơ hình tại Hình 4.27. Mục tiêu nhằm kiểm tra đáp ứng phụ tải điện khi sử dụng mạng nơron tác động vào lượng đặt của mạch điều khiển cấp nhiên liệu.
123
Chạy mơ phỏng mơ hình tương ứng với thời gian vận hành thực tế, thu được đáp ứng cơng suất phát điện của tổ máy tại Hình 4.28.
t
Hình 4.28. Đáp ứng công suất phát điện của tổ máy chế độ phối hợp
1- Đáp ứng lượng đặt; 2 - Đáp ứng khi kết hợp mạng nơron; 3 - Đáp ứng nguyên bản
Đường số 1 thể hiện đáp ứng đặt, đường số 3 trả ra với mơ hình điều khiển phối hợp nguyên bản và đường số 2 thể hiện đáp ứng khi bổ sung mạng nơron hiệu chỉnh lượng đặt hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu.
Sai lệch cơng suất được thể hiện trên Hình 4.29, với đường số 1 là sai lệch với mơ hình ngun bản số 3 tại Hình 4.26, đường số 2 là khi kết hợp mơ hình nơron.
Hình 4.29. Sai lệch công suất chế độ phối hợp kết hợp mạng nơron
1 - Sai lệch với mơ hình ngun bản chế độ phối hợp; 2 - Sai lệch khi có mạng nơron
Bảng 4.4. Sai lệch công suất khi kết hợp mạng nơron
Chế độ Sai lệch công suất lớn nhất (%)
Tăng tải Giảm tải Ổn định tải
Khi bổ sung mạng nơron nhận dạng, nhu cầu nhiên liệu thực tế cần đưa vào lò hơi theo sự biến thiên của phụ tải điện, lưu lượng nhiên liệu, áp suất hơi quá nhiệt, đáp ứng cơng suất điện của mơ hình nhanh chóng tiến sát với lượng đặt (Hình 4.30). Sai lệch điều khiển khi có mạng nơron giảm so với chế độ điều khiển phối hợp.
Hình 4.30. Đáp ứng lưu lượng nhiên liệu cấp vào lị hơi
1 – Đáp ứng với mơ hình ngun bản chế độ phối hợp; 2 – Đáp ứng khi có mạng nơron
Khi kết hợp mạng nơron, đáp ứng lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ thực tế từ mơ hình (khi phát cơng suất) đã thấp hơn so với trường hợp điều khiển phối hợp, đặc biệt trong giai đoạn tăng tải của tổ máy.
Trong thực tế, việc tổ máy đáp ứng tức thì cơng suất đặt mong muốn là không thể thực hiện được. Tuy nhiên, kết quả của nghiên cứu đã chứng minh rằng: Tổ máy vận hành hiệu quả nhất trong chế độ điều khiển phối hợp nhưng cịn có thể cải thiện chất lượng điều khiển bằng cách bổ sung đại lượng hiệu chỉnh lượng đặt đầu vào - ra của mạch điều khiển phối hợp.
t
Hình 4.31. Sai lệch cơng suất khi kết hợp mạng nơron chế độ theo lò hơi, tuabin
Tương tự, với các chế độ điều khiển theo lị hơi và theo tuabin, mạng nơron có ảnh hưởng tới đáp ứng điều khiển, khiến sai lệch công suất cực đại giảm khi tổ máy tăng-giảm tải. Đặc biệt tại chế độ theo lò hơi, khi tổ máy phát tải ổn định, dao động giảm đáng kể (đường màu vàng ít dao động). Khi tổ máy chạy ở chế độ theo tuabin ổn định công suất đặt, sai lệch dao động có xu hướng tăng. Điều này được lý giải là do mạng nơron hiện đang lấy đầu vào theo áp suất thực tế nên giá trị trả ra sẽ khó phù hợp với mơ hình lý tưởng đang chạy ở chế độ theo tuabin.
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Từ nội dung Chương 4 rút ra những vấn đề sau:
- Ứng dụng mạng nơron để nhận dạng đặc tính vận hành của hệ điều khiển phụ tải nhiệt trong NMNĐ có thể thực hiện với độ chính xác cao.
- Ứng dụng mạng nơron vào việc hiệu chỉnh lượng đặt mạch điều khiển cấp nhiên liệu đã giúp nâng cao chất lượng đầu ra của hệ thống.
- Chế độ điều khiển phối hợp luôn là chế độ vận hành hiệu quả nhất. Trước khi xem xét đầu tư các cơng nghệ tiên tiến khác, nên duy trì vận hành ổn định chế độ điều khiển phối hợp tại các NMNĐ.
- Đối với quá trình tăng tải với phẩm chất nhiên liệu thay đổi mạnh, việc ứng dụng mạng nơron nhằm nhận diện nhu cầu nhiên liệu thực tế theo phẩm chất than có thể giúp hệ thống điều khiển đưa ra giá trị cài đặt lưu lượng than phù hợp, tiết kiệm lượng than tiêu thụ của tổ máy.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng mạng nơron vào hệ điều khiển NMNĐ cung cấp khả năng nhận dạng trực tuyến, góp phần nâng cao hiệu quả của công tác chỉnh định trong NMNĐ.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nội dung luận án đã giải quyết các vấn đề sau:
- Phân tích các mạch vịng điều khiển đối tượng q trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện đốt than phun công nghệ cận tới hạn, ứng dụng mơ hình điều khiển nhà máy phục vụ nghiên cứu các chế độ vận hành và đánh giá đáp ứng của hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau.
- Trình bày phương pháp sử dụng phần tử dự báo kết hợp bộ điều khiển, đồng thời xây dựng công cụ hỗ trợ công tác chỉnh định tham số bộ điều khiển trong NMNĐ. Đề xuất bộ tham số điều khiển mới cho mạch vịng điều khiển gió chính và cấp nhiên liệu tại tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1.
- Mạng nơron ứng dụng cho hệ điều khiển NMNĐ cung cấp khả năng nhận dạng trực tuyến, góp phần nâng cao hiệu quả cơng tác chỉnh định trong NMNĐ.
Các kết quả chính đạt được của luận án:
- Phân tích đặc điểm cơng nghệ, cấu trúc điều khiển, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc, trình tự thực hiện chỉnh định các mạch vòng điều khiển cơ bản trong NMNĐ đốt than phun công nghệ cận tới hạn, phục vụ định hướng cho nhận dạng và chỉnh định hệ thống điều khiển trong NMNĐ.
- Sử dụng hiệu quả phần tử dự báo kết hợp bộ điều khiển để chỉnh định các mạch vòng điều khiển trong NMNĐ. Đề xuất thời gian dự báo được xác định không vượt quá 0,461 lần thời gian trễ vận tải của đối tượng. Đề xuất bộ tham số điều khiển mới cho mạch vịng điều khiển gió chính và cấp nhiên liệu tại NMNĐ Duyên Hải 1.
- Ứng dụng thành công mạng nơron trong nhận dạng hệ điều khiển nhà máy cụ thể. Mạng nơron được kiểm chứng chức năng nhận dạng đặc tính vận hành của nhà máy, đánh giá các cấu trúc điều khiển và hiệu chỉnh quá trình cấp nhiên liệu tại NMNĐ Duyên Hải 1.
Kiến nghị các nghiên cứu tiếp theo:
- Hoàn thiện phần mềm và xây dựng phương án tổ chức thực hiện chỉnh định tham số bộ điều khiển tại NMNĐ Duyên Hải 1.
- Nghiên cứu kết nối mạng nơron với hệ điều khiển DCS của nhà máy để có thể triển khai nhận dạng và chỉnh định hệ điều khiển.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
[1] Nguyễn Tiến Sáng, Pikina Galina Alekceeva, Nguyễn Tiến Khang (2018), Thiết
kế bộ điều khiển dự báo bền vững sử dụng phần mềm nhận dạng đối tượng nhiệt,
Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 143 – 9/2018, trang 23-27.
[2] Sang N.T., Dung L.D., Pikina G.A., Khang N.T. (2018). Design of the Control
System Using the Sustainable Controller incorporates Prediction Elements,
International Conference on Fluid Machinery & Automation Systems. October 27-28, 2018 Ha Noi.
[3] Nguyễn Tiến Sáng, Phạm Thị Lý, Nguyễn Hải Nam, Nguyễn Hải Anh, Nguyễn Văn Thái, Lê Nguyễn Hồng Ân (2019), Phân tích hệ điều khiển phụ tải nhiệt
của nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số
147 – 5/2019, trang 20-25.
[4] Nguyễn Tiến Sáng, Lê Đức Dũng, Bùi Quốc Khánh (2019), Mơ hình điều khiển
lị hơi nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 sử dụng mạng nơron, Tạp chí Năng
lượng nhiệt, số 149 – 9/2019, trang 10-15.
[5] Nguyễn Tiến Sáng, Lê Đức Dũng, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Hữu Linh (2020),
Mơ phỏng số buồng đốt than phun lị hơi nhà máy nhiệt điện duyên hải 1: trộn than á - bitum với antraxit và nâng cao hiệu suất cháy, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 151 - 1/2020, tr. 10-25.
[6] T.S. Nguyen, Q.K. Bui, T.K. Nguyen (2020), The Software Tuning The Controller Parameters of Overheating Objects in Thermal Power Plants, ISSN:
1024-1752, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments – Vol 43, No.4-2020, pp.245-255. https://jmerd.net/04-2020-245-255/.(Scopus).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Công Hân, Phạm Lê Dần (2007), Cơng nghệ lị hơi và mạng nhiệt, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[2] Phạm Hồng Sơn, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng (2013), Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[3] Đỗ Văn Thắng (2010), Vận hành Thiết bị lò hơi và Tuabin của nhà máy Nhiệt
điện, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam.
[4] Hoàng Minh Sơn (2016), Cơ sở Hệ thống điều khiển quá trình, Tái bản lần thứ 4, có chỉnh sửa, bổ sung.– H. Bách khoa Hà Nội 2016. – 506tr.
[5] Bộ Công Thương (2021), Văn bản số 828/BCT-ĐL ngày 09/02/2021 về việc ý
kiến góp ý về Dự thảo Đề án Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn tới năm 2045, Thơng báo tại http://www.erea.gov.vn/.
[6] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Nguyễn Huy Phương (2014), Điều khiển
quá trình, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[7] Hoàng Văn Chước (2013), Hệ thống cung cấp nhiệt, Nhà xuất bản Bách khoa, Hà Nội.
[8] Vũ Thu Diệp (2018), Nghiên cứu phát triển lý thuyết hệ điều khiển nhiều tầng
trong điều khiển quá trình nhiệt trên cơ sở chỉ số dao động mềm, Luận án Tiến
sĩ Kỹ thuật Nhiệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[9] Đỗ Cao Trung (2019), Nghiên cứu phương pháp chỉnh định hệ thống điều khiển
quá trình nhiệt điện trong điều kiện phụ tải biến đổi, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật
Nhiệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[10] Phạm Thị Lý (2021), Xây dựng hệ điều khiển phụ tải nhiệt phục vụ vận hành tối
ưu nhà máy nhiệt điện đốt than áp suất cận tới hạn, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật
điều khiển và tự động hóa, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[11] Nguyễn Chiến Thắng (2017), Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất
cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun, Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật
Nhiệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[12] Phân xưởng vận hành 1 (2018). Các tài liệu, bản vẽ, thuyết minh, quy trình vận
hành, sửa chữa, Logic điều khiển và sơ đồ P&ID tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1, Công ty Nhiệt điện Duyên Hải.
[13] Phân xưởng vận hành 1 (2018), Các dữ liệu vận hành của tổ máy S1 nhà máy
nhiệt điện Duyên Hải 1, 30/7/2018, định dạng dưới dạng file exel, Công ty Nhiệt
điện Duyên Hải.
[14] Phân xưởng vận hành (2020). Các tài liệu, bản vẽ, thuyết minh, quy trình vận
hành, sửa chữa, Logic điều khiển và sơ đồ P&ID tổ máy S7, S8, Cơng ty Nhiệt
điện ng Bí.
[15] Phân xưởng vận hành (2020). Các tài liệu, bản vẽ, thuyết minh, quy trình vận
hành, sửa chữa, Logic điều khiển và sơ đồ P&ID tổ máy U1, Công ty Nhiệt điện
[16] Phân xưởng vận hành (2020). Các tài liệu, bản vẽ, thuyết minh, quy trình vận
hành, sửa chữa, Logic điều khiển và sơ đồ P&ID tổ máy S1, S2, S3, S4, Công
ty Cổ phần Nhiệt điện Quảng Ninh.
[17] Nguyễn Khắc Sơn, Nguyễn Tiến Sáng, Vũ Đình Hải, Đào Hồng Hải, Nguyễn Văn Dũng, Phùng Văn Sinh, Huỳnh Hữu Thiện (2019), Ảnh hưởng của tỉ lệ trộn
than á bitum với than antraxit đến nhiệt độ bắt cháy và lượng xỉ đáy lò tại nhà máy điện Duyên Hải 1, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 145 – 1/2019, trang 22-
26.
[18] Phạm Thị Lý, Nguyễn Tiến Sáng, Lê Đức Dũng, Bùi Quốc Khánh (2018), Xây
dựng mơ hình động học cơ bản của hệ phụ tải nhiệt phục vụ đánh giá và chỉnh định điều khiển, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 143 – 9/2018, trang 14-19.
[19] Александров А.А. (2004), Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок, Издавтельство МЭИ. [20] Цветов Ф.Ф., Григорьев Б.А. (2005), Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов, Издавтельство МЭИ [21] Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. (2003), Котельные установки и парогенераторы. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 592 с. [22] А.Г. Костюк, В.В.Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний (2008), Паровые и газовые турбины для электростанций: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 556 с. [23] Плетнев Г.П. (2007), Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов. Г.П. Плетневю – 4-е изд., стрерот. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007.352с. [24] Ротач В.Я. (2008), Теория автоматического управления: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 396 с., ил. [25] Пикина Г.А. (2007), Математические модели технологических объектов: учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 300с.
[26] Prabha Kundu (1994), Power System Stability and Control, A Volume in the
EPRI Power System Engineering Series.
[27] Sam G. Dukelow (1991), The Control of Boilers 2nd ed, Includes
bibliographical references and index. ISBN 1-55617-330-X.
[28] Flynn Damian (2003), Thermal Power Plant Simulation and Control, The
Institution of Engineering and Technology (IET) Editor: Damian Flynn ISBN: 9780852964194. London, UK, 2003. [29] Иванова Г.М (2005), Теплотеххнические измерения и приборы: учебник для вузов, Издвтельсво МЭИ, 2005 – 460с, [30] Стерман Л.С. (2008), Тепловые и атомные электрические станции: учебник для вузов по направлению "Теплоэнергетика" и теплоэнергетическим специальностям энергетических вузов и факультетов, Издательский дом МЭИ. [31]
[32] Top Control “Detailed loop Analysis With Expertune” www.topcontrol.com. [33] Shinskey F.G (1996), Process Control Systems Application-Design-Adjustment,
McGraw-Hill New York 1996.
[34] Sigurd Skogestad (2003), Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning, Journal of Process Control 13 (2003) 291-309.
[35] Нгуен Ван Мань (1999), Посковые методы оптимизации систем управления недетерминированными объектами (на примере теплоэнергетики), Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. [36] Мань Н.В (2000), Оптимальный синтез робастной каскадной автоматической системы управления, Теплоэнергетика, 2000. №9. С. 22- 28. [37] Мань Н.В (2000), Робастная настройка многосвязных систем управления по «мягкой» степени колебательности, Теплоэнергетика, 2000. №2. С. 48- 52.
[38] G.A. Pikina, T.S. Nguyen, I.S. Durgaryan, and F.F. Pashchenko (2016), The Predictive Control Principle and Perspectives of its Application in Automatic Control Systems, Proceedings of International Conference “Design and Produc-
tion Engineering”, Berling, Germany, July 25-26, 2016. Journal of applied me- chanical engineering. vol.5. Iss. 3. 2016.
[39] G.A. Pikina, T.S. Nguyen, F.F. Pashchenko (2020), A Combined Discrete-and-
Continuous Multipoint Model of a Countercurrent Heat Exchanger, Thermal
Engineering-ISSN 0040-6015, 2020, Vol. 67, № 1, с. 52-59. DOI: 10.1134/S0040601520010061. [40] Пикина Г.А., Нгуен Т.С. (2015), Теплогидравлические коды теплообменных устройств ТЭС и АЭС, Труды XXIV междунар. науч.- техн. конф. «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». Алушта, 14-20 сентября 2015. [41] Т.С. Нгуен, Г.А. Пикина, Ф.Ф. Пащенко (2019), Дискретно-непрерывная многоточечная модель конвективного прямоточного теплообменника, Проблемы машиностроения и автоматизации, 2019, № 1, с. 51-57. [42] Пикина Г.А., Нгуен Т.С (2015), Программа расчета статических и динамических характеристик теплообмена оборудования тепловых и атомных электростанций, Вестник МЭИ, 2015. №1. С. 46-50. [43] Бурцева Ю.С. (2014), Беспоисковый метод расчета настроек регуляторов на минимум квадратичного критерия, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, МЭИ.
[44] By Štefan Bucz and Alena Kozáková (2018), Advanced Methods of PID
Controller Tuning for Specified Performance, June 8th 2017Reviewed:
February 28th 2018Published: September 12th 2018,
[45] Phùng Tiến Duy, Nguyễn Đức Nhật, Nguyễn Đức Anh, Trần Trung Dũng, Nguyễn Duy Hiển, Mai Văn Chung (2020), Thiết kế bộ điều khiển tự chỉnh định
tham số pid cho đối tượng lò nhiệt, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Trường Đai
học Hùng Vương, Tập 19 số 2, 88-100
[46] Shu Zhang, Cyrus W. Taft, Joseph Bentsman, Aaron Hussey, Bryan Petrus (2012) Simultaneous gains tuning in boiler/turbine PID-based controller clusters sing iterative feedback tuning methodology. ISA Transactions 51, pp.
609–621.
[47] A. Yasmine Begum, G.V. Marutheeswar (2016), Design of MPC for Superheated Steam Temperature Control in a Coal-fired Thermal Power Plant,
October 2016 Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science 4.
[48] Xiao Wu, Jiong Shen, Yiguo Li, Kwang Y. Lee (2015), Steam power plant configuration, design, and control, WIREs Energy Environ 2015, doi:
10.1002/wene.161. //HAY//.