Từ đó, mơ hình được biến đổi thành các cấu trúc điều khiển theo tuabin và theo lò hơi. Với giả thiết tổn thất cơng suất trong lị giữ tỉ lệ khơng đổi, q trình cháy được hệ điều khiển khói gió đảm bảo, q trình cấp nước đảm bảo cân bằng hơi và nước, điều khiển hơi quá nhiệt ổn định [10]…, tiến hành xây dựng mơ hình theo các chế độ điều khiển tổ máy: lò hơi theo tuabin, tuabin theo lò hơi và phối hợp lò hơi-tuabin [10, 12].
2.6.2. Kiểm chứng kết quả hồn thiện mơ hình theo số liệu NMNĐ Duyên Hải 1
Kết quả mơ phỏng đáp ứng của bốn mạch vịng điều khiển của NMNĐ Duyên Hải 1: mức nước bao hơi, nồng độ oxy dư khói thải, áp suất buồng lửa và nhiệt độ hơi quá nhiệt ứng với ba chế độ vận hành được thể hiện trên Hình 2.33, tương đồng với kết quả tại [10].
Hình 2.33. Đáp ứng của bốn mạch vòng điều khiển lò hơi với ba chế độ vận hành
Nhận xét: Các mạch vòng đều hoạt động tốt và đáp ứng đúng theo yêu cầu điều chỉnh ở cả ba chế độ vận hành.
Để so sánh kết quả điều khiển của ba chế độ vận hành, các đáp ứng công suất, đáp ứng lưu lượng nhiên liệu, đáp ứng lưu lượng hơi và đáp ứng áp suất được biểu thị lần lượt trên Hình 2.34a, 2.34b, 2.34c và 2.34d. Trong đó, đường 1 ứng với điều khiển tuabin theo lò hơi (Boiler Following Control), đường 2 ứng với điều khiển lò hơi theo tuabin (Turbine Following Control) và đường 3 ứng với chế độ điều khiển phối hợp (Coordinated). Các kết quả này phù hợp với kết quả đã thu được tại [10]. Nhận thấy rằng chế độ phối hợp có đáp ứng tốt nhất, chế độ tuabin theo lò hơi dẫn tới đáp ứng cơng suất chậm xác lập nhưng khơng có độ q điều chỉnh, chế độ lị hơi theo tuabin có độ q điều chỉnh.
Hình 2.34. Đáp ứng cơng suất, nhiên liệu, lưu lượng hơi và áp suất hơi theo ba chế độ
Thời gian đáp ứng và độ quá điều chỉnh khi tăng tải được thể hiện tại Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thời gian đáp ứng và độ quá điều chỉnh theo ba chế độ
Chế độ Thời gian đáp ứng (s) Độ quá điều chỉnh (%) Tăng tải Giảm tải
Tuabin theo lò hơi 1187 2149 0
Lò hơi theo tuabin 800 1121 1,33
Phối hợp 390 792 0
Nhận xét: Thời gian đáp ứng của chế độ điều khiển phối hợp là nhanh nhất và
chỉ chế độ theo lị hơi có độ q điều chỉnh.
Hình 2.35 thể hiện sai lệch cơng suất ứng với ba chế độ vận hành của mơ hình, tương ứng với sai lệch công suất lớn nhất thể hiện trong Bảng 2.2.
Hình 2.35. Sai lệch cơng suất theo ba chế độ
Nhận xét: Điều khiển tuabin theo lị hơi có sai lệch cơng suất lớn nhất, sau đó
là lị hơi theo tuabin và điều khiển phối hợp là nhỏ nhất. Kết quả mô phỏng này phù hợp với thực tế tại tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1.
Bảng 2.2. 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
Phối hợp 4,27 2,94 0,1
Lò hơi theo tuabin 7,93 4,57 0,54
Tuabin theo lò hơi 9,99 6,32 0,63
2.6.3. Đánh giá chất lượng điều khiển
Hệ điều khiển lị hơi có các chỉ tiêu đánh giá [10,12,18]: - Hệ đảm bảo số giờ vận hành ổn định trong năm lớn nhất; - Hệ đảm bảo an toàn về môi trường;
- Chỉ tiêu bám công suất đặt JN, MWh là sai lệch đáp ứng công suất phát điện so với công suất đặt và chỉ tiêu suất hao than J kgf, than/kWh là lượng than tiêu thụ để tổ máy phát công suất Netrong khoảng thời gian t0 →t, được tính:
0 0 0 * ( ) . min; min ( ) t f t t N t e f t e t W t dt J N N dt J N t dt = − → = → (2.44)
Từ các đáp ứng, áp dụng cơng thức tính JN, Jfcho 3 đoạn: tăng tải, tải ổn định có nhiệt trị thay đổi và giảm tải, kết quả tính tốn cho mơ hình với thơng số [13] dẫn tại Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Giá trị các chỉ tiêu JN (MWh), Jf (kgthan/kWh) từ kết quả mô phỏng
Chế độ JN Tăng tải JN Ổn định JN Giảm tải Jf
Phối hợp 3,516 0,003 1,840 0,408
Lò hơi theo tuabin 5,521 0,484 4,709 0,424
Tuabin theo lò hơi 8,886 0,588 9,286 0,416
Như vậy, ta thấy chỉ tiêu bám lượng đặt công suất của chế độ điều khiển phối hợp tốt nhất sau đó đến lị hơi theo tuabin và kém nhất là tuabin theo lò hơi ở cả 3 khoảng tăng-giảm tốc. Mức độ tiêu thụ nhiên liệu của chế độ điều khiển phối hợp ít nhất và lị hơi theo tuabin là nhiều nhất.
Nghiên cứu đã xây dựng thành cơng mơ hình điều khiển tổ máy nhiệt điện đốt than cơng suất 622,5MW, sử dựng mơ hình để nghiên cứu ba chế độ vận hành cơ bản của tổ máy dựa trên tiêu chuẩn tối ưu bám lượng đặt và lượng tiêu thụ than cho ba chế độ vận hành. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy chế độ vận hành phối hợp là tốt nhất, phù hợp với kết quả đã kiểm chứng tại [10].
2.6.4. Đánh giá tác động của thơng số q trình tới đáp ứng hệ thống
2.6.4.1. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng hơi và lưu lượng nước cấp
Sự thay đổi của lưu lượng hơi và lưu lượng nước cấp ảnh hưởng trực tiếp tới mạch vòng điều khiển mức nước bao hơi. Trong thực tế vận hành, lưu lượng hơi và nước cấp được ổn định. Tuy nhiên, không thể tránh khỏi những sự cố về hệ thống bơm, hệ thống gia nhiệt, bình khử khí… dẫn tới các đại lượng này thay đổi đột ngột. Sử dụng mơ hình điều khiển tại [10][18] với số liệu và cấu trúc điều khiển được cập nhật của NMNĐ Duyên Hải 1 [13]. Nhiễu có dạng như Hình 2.3a thể hiện q trình: - Lưu lượng hơi ổn định ở giai đoạn 0-4000 giây (s) với giá trị 1924 t/h. Trong khoảng thời gian 4000-5000s, lưu lượng hơi tăng (từ 1924 đến 2138 t/h), sau đó giảm dần trong giai đoạn 5000-7000s (từ 2138 xuống 1732 t/h) và tăng trở lại giá trị 1924 t/h tại thời điểm 8000s.
- Lưu lượng nước cấp ổn định ở giai đoạn 0-4000 giây (s) với giá trị 1884 t/h. Trong khoảng thời gian 4000-5000s, lưu lượng hơi tăng (từ 1884 đến 2093 t/h), sau
đó giảm dần trong giai đoạn 5000-7000s (từ 2093 xuống 1695 t/h) và tăng trở lại giá trị 1884 t/h tại thời điểm 8000s.
Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp với tác động của lưu lượng (a) và lưu lượng nước cấp (b) được biểu diễn trong Hình 2.36.
a)
b)
Hình 2.36. Biểu đồ thay đổi sai lệch cơng suất khi lưu lượng hơi và nước cấp thay đổi
Khi thay đổi lưu lượng hơi ở tải cố định (từ 4000s đến 8000s) thì sai lệch cơng suất cũng có sự thay đổi tương ứng cho 3 chế độ: Phối hợp (sai lệch trong khoảng - 0,16% đến 0,17%), lò hơi theo tuabin (sai lệch trong khoảng -0,15% đến 0,18%) và tuabin theo lò hơi (sai lệch trong khoảng -0,46% đến 0,49%).
Khi thay đổi lưu lượng nước cấp ở tải cố định (từ 4000s đến 8000s) thì chế độ phối hợp sai lệch công suất không đáng kể, trong khi đó, chế độ lị hơi theo tuabin (sai lệch trong khoảng -0,2% đến 0,2%) và tuabin theo lò hơi (sai lệch trong khoảng -0,015% đến 0,05%).
Theo các Hình từ 2.22 đến 2.24, tại chế độ tuabin theo lò hơi, khi lưu lượng hơi thay đổi ảnh hưởng trực tiếp tới hơi vào tuabin và công suất điện, cần một thời gian tác động vào công suất điện tới khi đạt trạng thái ổn định trước khi thay đổi lưu lượng nhiên liệu vào lò hơi.
hệ thống quạt gặp sự cố cơ học… Nhiễu có dạng như Hình 2.3b thể hiện sự thay đổi lưu lượng gió cấp 2 theo than thực tế [13] tại phụ tải 100%RO là 1987 t/h.
Lưu lượng gió khơng đổi trong giai đoạn từ 0-4000s (giá trị là 1987 t/h tương ứng với 100%). Giai đoạn 4000-4800s, lưu lượng tăng lên, đạt giá trị 2186 t/h (110%). Sau đó giảm dần cịn 1788 t/h (90%) tại thời điểm 7300s. Cuối cùng, lưu lượng than tăng trở lại giá trị 2086 t/h (105%) tại thời điểm 9000s và duy trì ổn định.
Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp như tại Hình 2.37.
Hình 2.37. Biểu đồ thay đổi sai lệch cơng suất khi lưu lượng gió cấp 2 thay đổi
Khi thay đổi lưu lượng gió 2 ở tải cố định, chế độ điều khiển phối hợp có sai lệch từ -0,016% đến 0,001%, lị hơi theo tuabin có sai lệch từ -0,52% đến 0,3%, chế độ tuabin theo lò hơi từ -0,087% đến 0,045%.
2.6.4.3. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng phun giảm ôn
Lưu lượng phun giảm ôn ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ hơi quá nhiệt trước khi tác động tới phụ tải điện của hệ thống. Lưu lượng phun giảm ôn thay đổi bất thường do bộ điều khiển phun giảm ôn bị sự cố, lỗi hệ thống van phun… Sử dụng mô hình tại [18] với số liệu và cấu trúc điều khiển được cập nhật của NMNĐ Duyên Hải 1 [13]. Nhiễu có dạng như tại Hình 2.3a thể hiện q trình biến thiên của lưu lượng hơi giảm ơn như sau: Giai đoạn 0-4000s, lưu lượng đạt giá trị ổn định (63 t/h). Trong khoảng thời gian từ 4000-5000s, lưu lượng tăng dần, đạt tới 70 t/h. Sau đó giảm tới 56 t/h tại thời điểm 7000s và tăng trở lại giá trị 63 t/h tại thời điểm 8000s. Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp như tại Hình 2.38.
Khi thay đổi lưu lượng phun giảm ôn, nhiệt độ hơi quá nhiệt có phần thay đổi, nhưng cơng suất điện gần như ít dao động. Ngun nhân là do thế năng của hơi nước ít thay đổi tại khoảng làm việc, đồng thời cơng suất điện phụ thuộc chính vào lưu lượng hơi thay vì nhiệt độ hơi.
2.6.4.4. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nhiên liệu
Lưu lượng than ảnh hưởng tới mạch vịng ổn định nhiên liệu sau đó tới mạch vịng khói gió trước khi tác động tới cơng suất phát điện của hệ thống. Lưu lượng than thay đổi do sự thay đổi của phẩm chất nhiệt trị, hoặc do sự cố liên quan tới hệ thống chế biến và cung cấp than (có thể gián đoạn từ các băng tải kho than).
Nhiễu có dạng như tại Hình 2.3b thể hiện sự thay đổi lưu lượng gió cấp 2 theo than thực tế [13] tại phụ tải định mức là 324 t/h. Lưu lượng than không đổi trong giai đoạn từ 0-4000s (giá trị là 324 t/h tương ứng với 100%). Giai đoạn 4000-4800s, lưu lượng tăng lên, đạt giá trị 360 t/h (110%). Sau đó giảm dần cịn 292 t/h (90%) tại thời điểm 7300s. Cuối cùng, lưu lượng than tăng trở lại giá trị 340 t/h (105%) tại thời điểm 9000s và duy trì ổn định.
Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp như tại Hình 2.39.
Hình 2.39. Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất khi lưu lượng nhiên liệu thay đổi
Khi thay đổi lưu lượng nhiên liệu ở tải cố định (từ 4000s đến 9000s) thì sai lệch cơng suất tại chế độ lị hơi theo tuabin là lớn nhất từ -0,85 đến 0,46%. Nguyên nhân là do lưu lượng than thay đổi ảnh hưởng trực tiếp tới áp suất hơi và hệ thống khói gió. Do vậy, để ổn định đáp ứng của hệ lò hơi-tuabin-máy phát điện, cần thiết ổn định giá trị lưu lượng nhiên liệu than cấp vào lò hơi.
2.6.4.5. Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt trị than
Trong thực tế vận hành, nhiệt trị than luôn thay đổi theo thời gian. Sử dụng mơ hình tại [18] với số liệu và cấu trúc điều khiển được cập nhật của NMNĐ Duyên Hải 1, tiến hành mơ phỏng q trình nhiệt trị than thay đổi theo Hình 2.3b [10, CBKH3]. Nhiễu có dạng như tại Hình 2.3b thể hiện sự thay đổi thay đổi nhiệt trị của than: Giai đoạn từ 0-4000s, nhiệt trị than theo thiết kế ổn định tại giá trị 19000 kJ/kg (tương ứng 100%). Ở khoảng 4000-4800s, nhiệt trị tăng dần, đạt tới 20900 kJ/kg (110%),
Thu được kết quả: Chế độ điều khiển phối hợp giúp ổn định cơng suất và có sai lệch cơng suất nhỏ, dẫn tại Hình 2.40.
Hình 2.40. Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất khi nhiệt trị than thay đổi
Khi thay đổi nhiệt trị ở tải cố định (từ 4000s đến 9000s) thì sai lệch cơng suất cũng có sự thay đổi tương ứng cho 3 chế độ phối hợp (sai lệch trong khoảng -0,01% đến 0,005%), lò hơi theo tuabin (sai lệch trong khoảng -0,32% đến 0,18%) và tuabin theo lò hơi (sai lệch trong khoảng -0,05% đến 0,04%). Trong đó, dấu – là do khi lưu lượng nhiên liệu không thay đổi mà nhiệt trị giảm dẫn đến nhiệt năng chưa kịp đáp ứng theo yêu cầu của tải tại một thời điểm.
Theo các Hình từ 2.22-2.23, với chế độ tuabin theo lò hơi, khi nhiệt trị than thay đổi dẫn tới áp suất hơi trước van điều chỉnh thay đổi, trong khi công suất điện chưa kịp thay đổi thì van điều chỉnh đã đáp ứng để ổn định áp suất hơi vào tuabin, dẫn tới sai lệch tại chế độ tuabin theo lò hơi nhỏ hơn tại chế độ lò hơi theo tuabin.
1.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Từ nội dung chương 2, có thể rút ra các vấn đề:
- Việc làm đầu tiên và quan trọng nhất khi muốn triển khai thực hiện chỉnh định hệ điều khiển là phân tích cấu trúc các mạch vịng điều khiển trong NMNĐ phục vụ quá trình nhận dạng và hiệu chỉnh.
- Với các cấu trúc đã được phân tích, kết hợp với số liệu vận hành lấy từ nhà máy Duyên Hải 1, Chương 2 đã đánh giá hoạt động của các mạch vịng điều khiển cơ sở (điều khiển khói gió, điều khiển cấp nước và điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt), đánh giá bộ điều khiển phụ tải nhiệt với cấu trúc khác nhau (theo lò hơi, theo tuabin và phối hợp) dựa trên lượng tiêu thụ nhiên liệu than và đánh giá sự ảnh hưởng các đại lượng quá trình tới phụ tải điện cho NMNĐ Duyên Hải 1. Trong đó, điều khiển phối hợp theo cấu trúc của NMNĐ Duyên Hải 1 cho đặc tính tốt nhất.
- Từ việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển, kiểm chứng khi xuất hiện các nhiễu của từng mạch vòng tới đáp ứng của hệ thống, nhận thấy lưu lượng và chất lượng nhiên liệu có ảnh hưởng lớn tới đáp ứng phụ tải điện.
- Sau khi hồn thành phân tích từng mạch vịng cụ thể, nghiên cứu đã xác định các khâu (quá trình vật lý) của đối tượng cần điều khiển, kết quả nhận dạng đối tượng và nhiễu. Nhiệm vụ tiếp theo cần thực hiện là chỉnh định từng mạch vòng nhằm ổn định và nâng cao chất lượng điều khiển theo lượng đặt và nhiễu.
CHƯƠNG 3.
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN TỬ DỰ BÁO KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN
Chương 03 trình bày các nội dung:
- Phương pháp số hóa q trình thiết kế tham số bộ điều khiển kết hợp phần tử dự báo, phục vụ định hướng chỉnh định các bộ điều khiển PID trong NMNĐ;
- Phần mềm chun dụng phục vụ tính tốn, định hướng chỉnh định tham số PID trong nhà máy nhiệt điện đốt than và phương án cài đặt trong thực tế;
- Kết quả sử dụng phần mềm thiết kế tham số bộ điều khiển một số dạng mơ hình đối tượng nhiệt và ứng dụng thiết kế cho mạch vịng điều khiển nồng độ oxy dư trong khói thải và điều khiển áp suất hơi quá nhiệt tại NMNĐ Duyên Hải 1.
3.1. PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP KHÂU DỰ BÁO VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.1.1. Phương pháp luận 3.1.1. Phương pháp luận
Phương pháp chỉnh định bộ điều khiển kết hợp phần tử dự báo đã được nghiên cứu trong các cơng trình [38,43]. Thành phần dự báo Gpr( )s được tích hợp vào mạch vịng điều khiển phía trước bộ điều khiển G sc( ). Nhiệm vụ của phần tử dự báo là thay đổi xung sai số( )t của đại lượng, điều chỉnh đầu vào bộ điều khiển G sc( ) thành
(t pr)
+ bằng cách dự báo trước một khoảng thời gianpr. Khoảng thời gian pr phụ thuộc vào độ trễ vận tải của đối tượng, xác định theo phương án mô phỏng hệ thống và đánh giá tác động của từng giá trị tới chất lượng điều khiển. Nguyên lý đối với mạch 1 vòng (a) và 2 vịng cascade (b) được minh họa trên Hình 3.1.
a)
+ +
Y*(s) E(s) Epr(s)
Gcpr(s) Gpr(s) Gc(s) U(s) Gp(s) GD(s) Y(s) D(s) b) + D(s) Y(s) Y*(s) Gc1pr(s)
E1(s) E1pr(s) U1(s) E2(s)
Gpr(s) Gc1(s) Gc2(s) Gp2(s) Gp1(s)
GD(s)