燃氣輪機控制技術研究.pdf

1、隨著大然氣資源的進一步開發(fā)利用以及對環(huán)保問題的日益重視,燃氣輪機-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的技術發(fā)展非常迅速,由于燃氣輪機是燃機電站中最主要的部分,因此燃氣輪機的系統(tǒng)建模和控制算法的應用研究十分必要。 本文以GE公司的MS7001EA型燃氣輪機為研究對象,基于Matlab/Simulink軟件,從控制角度而非設計結構和能量轉化的角度,通過分析其非線性狀態(tài)空間方程,分別建立了單一循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的燃氣輪機的控制系統(tǒng)模型,并對燃氣輪機

2、動態(tài)過程進行了全工況的仿真實驗,模擬的結果與實際過程相吻合,表明所選的參數(shù)和模型基本符合燃氣輪機實際情況；基于本文建立的燃機控制系統(tǒng)模型,本文用遞推廣義最小二乘法(RELS)辨識出在典型工況點下,具有一定精度的燃氣輪機轉子轉速的動態(tài)模型,為采用先進控制方法控制轉速提供可靠的數(shù)學模型；本文還介紹了MARK VI的燃氣輪機主控制系統(tǒng)的原理,從整體角度上研究燃氣輪機主控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)有何聯(lián)系,分析了有關燃氣輪機單一循環(huán)的一次調頻控制,及聯(lián)

3、合循環(huán)發(fā)電中燃氣輪機、汽輪機負載分配方案等實用知識。 燃機電站對控制品質的要求比常規(guī)火電的要求更高,簡單整定的常規(guī)PID控制算法難以完全滿足這一要求,為此結合燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)的特點,研究先進的控制算法具有重要意義。在燃氣輪機控制系統(tǒng)中,燃機排氣溫度控制的優(yōu)劣影響著聯(lián)合循環(huán)機組的效率,排氣溫度控制的不好也會使燃氣輪機超溫燃燒,損壞燃氣輪機設備。為保證燃氣輪機的正常運行安全性和較高的聯(lián)合循環(huán)效率,控制排氣溫度穩(wěn)定在一定的范圍內非

4、常重要?？紤]到燃氣輪機是一個難以建立完整準確數(shù)學模型的復雜熱能動力系統(tǒng),為提高排氣溫度控制品質,本文將動態(tài)矩陣控制算法(DMC)引入到燃機排氣溫度控制系統(tǒng)中。動態(tài)矩陣控制的預測模型是以對象的階躍響應為基礎,這種模型工程上易于從現(xiàn)場直接獲得,并不要求對模型的結構有先驗知識,因而不必通過復雜的辨識過程。本文設計了一個多變量DMC控制器,通過對DMC控制器重要參數(shù)整定,實現(xiàn)了對燃機的排溫最優(yōu)仿真控制,解決了傳統(tǒng)燃機控制系統(tǒng)中排溫控制品質差的問

5、題,具有一定的參考研究價值。 轉子轉速是燃氣輪機控制系統(tǒng)中最重要的控制參數(shù),轉子轉速直接決定著生產的電力質量,保持燃機轉速穩(wěn)定在額定值非常重要。燃機是一個復雜的非線性系統(tǒng),尤其是多數(shù)燃機電廠承擔著電網(wǎng)調峰任務,其工況經常大范圍變化,機組非線性特性更加凸顯,尤其是加/減速和并網(wǎng)過程中,轉速控制的穩(wěn)定性要求和變化的快速反應要求這對矛盾更加明顯,常規(guī)的PID控制算法往往難以滿足既快又穩(wěn)的要求,因此研究設計先進的燃氣輪機轉速控制算法具有

6、特別重要的意義。廣義預測控制(GPC)是在工業(yè)過程控制中最具應用推廣價值的先進控制策略之一,但是常規(guī)的預測控制策略往往不能適應于全局工況。多模型(Multiple Model)方法是自適應控制的重要發(fā)展方向,是當今先進控制理論的研究熱點之一,已被大量的仿真和實際應用證實為解決動態(tài)特性隨工況變化的復雜工業(yè)過程非線性系統(tǒng)控制的一種有效的方法。本文針對燃氣輪機轉速系統(tǒng)非線性特性與運行工況密切相關的實際特點,首次提出了基于多模型廣義預測控制的燃

7、氣輪機轉速控制策略,即利用多模型建模方法來逼近大范圍工況過程中燃機轉速系統(tǒng)的動態(tài)性能,分別根據(jù)多個典型工況點的轉速動態(tài)模型,用常規(guī)廣義預測控制算法構造子預測控制器,再將各個子控制器按一定的加權方法構成基于全局的燃機轉速系統(tǒng)多模型自適應廣義預測控制器,仿真中,通過對子預測控制器重要參數(shù)整定,實現(xiàn)燃機轉速的最優(yōu)控制。仿真結果表明,多模型廣義預測控制能有效克服單模型預測控制無法解決的燃氣輪機轉速系統(tǒng)參數(shù)非線性、時變性、大范圍工況下參數(shù)跳變的等