Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Nhiệt: Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun" nhằm nghiên cứu phương pháp nhận dạng và chỉnh định hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun phục vụ vận hành ổn định và hiệu quả. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Nhiệt: Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Tiến Sáng PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN Ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 9520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2022
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: - TS. Lê Đức Dũng - PGS.TS. Bùi Quốc Khánh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn luận án Tính đến hết năm 2020, tổng công suất đặt của các nhà máy nhiệt điện đốt than là 20.867 MW, chiếm 30% toàn hệ thống, với sản lượng trung bình hàng năm đạt 123 tỷ kWh. Vì vậy, vận hành ổn định các nhà máy nhiệt điện đốt than ảnh hưởng tới an ninh năng lượng của hệ thống. Hệ thống điều khiển NMNĐ là hệ điều khiển phức tạp. Hiệu quả quá trình vận hành lò hơi nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào hai nhóm yếu tố luôn thay đổi, có thể phân như sau: Yếu tố bất định và yếu tố gây tổn thất nhiên liệu. Các yếu tố bất định bao gồm: sự suy giảm độ chính xác của các thiết bị đo lường, khả năng đáp ứng của các cơ cấu chấp hành và hiệu quả trao đổi nhiệt. Để hạn chế các yếu tố này, cần tiến hành kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ theo quy định. Các yếu tố gây tổn thất nhiên liệu gồm có: sự thay đổi liên tục về phẩm chất của nhiên liệu tạo ra nhiễu quá trình, sự không ổn định của các hệ thống điều khiển chính. Để khắc phục những nguyên nhân này, cần thiết tiến hành công tác chỉnh định hệ thống điều khiển. Do vậy, việc chọn và thực hiện đề tài “Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun” là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. 2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi Mục tiêu: Nghiên cứu phương pháp nhận dạng và chỉnh định hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun phục vụ vận hành ổn định và hiệu quả. Đối tượng nghiên cứu: Hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ đốt than phun áp suất cận tới hạn. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phân tích, nhận dạng và chỉnh định các mạch vòng điều khiển chính của nhà máy nhiệt điện. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu hệ điều khiển của nhà máy nhiệt điện cụ thể (Duyên Hải 1). Kết hợp nghiên cứu lý với số liệu thí nghiệm và vận hành của nhà máy để phân tích nhận dạng đánh giá chỉnh các mạch vòng. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến các mạch vòng điều khiển chính trong NMNĐ đốt than phun phục vụ định hướng cho nhận dạng và chỉnh định hệ thống điều khiển trong nhà máy điện. Nghiên cứu sử dụng phần tử dự báo kết hợp với bộ điều khiển hiện có trong NMNĐ đốt than phun. Xây dựng thành công công cụ phục vụ chỉnh định tham số bộ điều khiển trong nhà máy nhiệt điện. 5. Những điểm đóng góp mới đề tài - Phân tích đặc điểm công 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 vòng 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. 6. Nội dụng luận án được trình bày trong bốn chương Chương 01 trình bày tổng quan, nguyên nhân dẫn tới sự cần thiết phải nghiên cứu hiệu chỉnh trong nhà máy nhiệt điện. Khái quát các công trình nghiên cứu về nhận dạng và hiệu chỉnh. Chương 02 phân tích yếu tố ảnh hưởng tới các mạch vòng điều khiển trong NMNĐ đốt than phun, ứng dụng mô hình điều khiển nhà máy phục vụ nghiên cứu các chế độ vận hành và đánh giá đáp ứng của hệ thống trong điều kiện vận hành thực. Chương 03 trình bày kết quả phát triển phương pháp phần tử dự báo trong bộ điều khiển để chỉnh định các mạch vòng điều khiển. Trình bày phần mềm phục vụ chỉnh định tham số bộ điều khiển trong NMNĐ. Chương 04 trình bày phương pháp ứng dụng mạng nơron để nhận dạng hệ điều khiển nhà máy từ số liệu vận hành. 2
NỘI DUNG LUẬN ÁN 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Chương một của luận án trình bày các nội dung sau: - Sự cần thiết nghiên cứu các hệ thống điều khiển trong nhà máy nhiệt điện nói chung và điển hình tại NMNĐ Duyên Hải 1; - Khái quát chung về phương pháp nhận dạng và chỉnh định các mạch vòng điều khiển trong công nghiệp; - Tổng kết các công trình nghiên cứu về nhận dạng và chỉnh định các mạch vòng điều khiển trong công nghiệp; - Định hướng nghiên cứu. 2. PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN Chương 2 của luận án trình bày các nội dung: i) Phân tích hệ điều khiển phụ tải nhiệt và yếu tố ảnh hưởng đến các mạch vòng điều khiển chính trong NMNĐ Duyên Hải 1 công suất 622,5 MW phục vụ định hướng cho nhận dạng và chỉnh định hệ thống điều khiển trong nhà máy điện; ii) Nghiên cứu hệ điều khiển phụ tải nhiệt; iii) Mô phỏng kiểm chứng đáp ứng của các hệ thống điều khiển khi vận hành tại ba chế độ khác nhau và khi có các yếu tố nhiễu biến đổi mạnh. 2.1. Phân tích các mạch vòng điều khiển Trên Hình 2.1 trình bày sơ đồ P&ID hệ lò hơi - tuabin - máy phát. Ta có các hệ điều khiển: - Hệ điều khiển phụ tải nhiệt (hệ điều khiển cấp trên) gồm hai bộ mạch vòng điều khiển: i) Mạch vòng điều khiển công suất phát; ii) Mạch vòng điều khiển áp suất. - Hệ điều khiển cơ sở (hệ điều khiển cấp dưới) đặc trưng cho các quá trình của lò hơi và chu trình nhiệt, gồm các mạch vòng điều khiển cơ sở sau: i) Mạch vòng điều khiển nhiên liệu; ii) Mạch vòng điều khiển nồng độ ô xy dư (điều khiển cấp gió); iii) Mạch vòng điều khiển áp suất buồng đốt (điều khiển khói); iv) Mạch vòng điều khiển mức nước bao hơi (điều khiển nước cấp); v) Mạch vòng điều khiển (đẳng trị) hơi quá nhiệt. 3
 st PT MSV Trích hơi trung áp FT T*qn3 TC TC T*qn2 CV Crossover Ne TT Tm Tqn2 HP IP LP A LP B G T*qn2 T*qn1 Whbh TC TT Nước MV Rst Bao hơi trích từ MV Nước trích từ Reheat RSV LT bơm cấp bơm cấp Condenser pbh IP TT Trích hơi ICV Bơm ngưng TT TT SH2 cao áp SH2 SH3 RH2 N*e O2 C O*2 UT H Wgio2 W*gio2 F(Ne) Pbl H* LC RH1 SH1 FC FC Than Bunker than Bao hơi Không khí nguyên P*h SH1 PT PC P*bl Tới 3 vòi đốt PC Tới 3 vòi đốt - W*nc Dàn ống Wnc W*f FC sinh hơi ST WR WR ST Than Than SCR Không khí Bộ hâm Nước cấp Qт Không khí Hỗn hợp FC FC Wnc Wf Máy cấp than than gió F(x) Speed* M-file f(x) 110oC 110oC Wair MV Máy nghiền than SR FC APH TT W*gio1 g Hơi trích Tái lạnh FDF GT FT Gió lạnh (tươi) PAF FC GT FT Gió nóng cấp 1 IDF Changeover LCV GT GT CV BFPT Wh.td ST Bơm nước cấp Động cơ tuabin hơi Wnc Tới bình ngưng Nước đến từ bình khử khí Hình 2.1. Sơ đồ P&ID của nhà máy nhiệt điện đốt than phun 2.2. Phân tích mạch vòng cấp nước Vai trò của mạch vòng điều khiển nước cấp là cân bằng lượng hơi ra và lượng nước cấp vào bao hơi, đáp ứng nhanh để xen kênh với quá trình sinh hơi và mạch vòng phát công suất. HP-Tuabin Whbh SH1 FT LT Bao hơi H* pbh LC FC IP W*nc SH2 SH3 RH2 FC FC Wnc MV RH1 SH1 Hơi trích Tái lạnh LCV Changeover Dàn ống Wnc CV Than sinh hơi Không khí Bộ hâm f(x) Qт SCR Wh.td ST Bơm BFPT nước cấp Động cơ tuabin hơi Wnc Đường tín hiệu Tới bình ngưng Đường công nghệ Nước đến từ bình khử khí Hình 2.4. Sơ đồ P&ID điều khiển mức nước bao hơi Mức nước bao hơi giữ ở mức thiết kế không đổi tức là đảm bảo cân bằng hơi ra và nước cấp vào bao hơi, do vậy giá trị đặt của mạch vòng luôn là hằng số H* = 0 . Do vậy, đặc điểm của mạch vòng điều khiển cấp nước là điều khiển đáp ứng theo nhiễu tải (lưu lượng hơi). 4
Đại lượng cần điều khiển là mức nước bao hơi H, đại lượng tác động MV là lưu lượng nước cấp Wnc, cơ cấu chấp hành là bơm nước cấp, truyền động quay bơm nước cấp là động cơ tuabin hơi. Đại lượng nhiễu tải là lưu lượng hơi (thay đổi theo công suất phát). Wh Wh GF GD * Wnc + nc − H* Wnc H  GcH  GCnc Gv Gpnc G pH  − − G pnc GTH Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng cấp nước [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng và phương pháp chỉnh định: - Thông số của hệ: Cơ cấu chấp hành là bơm tuabin, lưu lượng nước cấp tỷ lệ với tốc độ quay tuabin, trở lực đường ống cấp nước. - Thông số bộ điều khiển: Mức GcH (có dạng PID) và lưu lượng GcW (có dạng PI), hàm Feedforward lưu lượng hơi. Hàm GF được thiết lập là Feedforward tĩnh.Việc chỉnh định các mạch vòng thường được tiến hành chỉnh từ mạch vòng điều khiển lưu lượng, mạch vòng điều khiển mức, cuối cùng chỉnh Feedforward. 2.3. Phân tích mạch vòng điều khiển khói gió Sơ đồ P&ID của mạch vòng điều khiển khói gió tại Hình 2.10 Whbh SH1 Bao hơi LT Đường tín hiệu pbh Đường công nghệ HP IP SH2 SH3 RH2 UT O2C O*2 Wgio2 RH1 SH1 W*gio2 FC Pbl PT PC Dàn ống sinh hơi Wnc PC P*bl Than SCR Không khí Qт F(x) Wair FC APH FDF GT FT GT FT IDF Hình 2.10. Sơ đồ P&ID hệ điều khiển khói gió 5
Đại lượng tác động (MV) là lưu lượng gió 2, cơ cấu chấp hành quạt gió FDF hướng trục, cơ cấu điều chỉnh là cánh động thay đổi được góc nghiêng. Wf W f ka GD − % *% O2 + O2  Gco2 >  Gcg2 Gpg2 Gpch  − − GTg2 GTO2 Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh nồng độ %O2 [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng và phương pháp chỉnh định: - Thông số của hệ: Cơ cấu chấp hành là quạt gió cấp 2 FDF, lưu lượng gió cấp 2 tỷ lệ với tốc độ quay và độ mở cánh động, trở lực đường ống cấp gió, lượng đặt nồng độ oxy dư có thể tỷ lệ theo lưu lượng hơi hoặc đặt thủ công. Các thông số của mạch vòng trong ít thay đổi trong chu kỳ vận hành. - Thông số bộ điều khiển: nồng độ oxy GCO2 (có dạng PI) và lưu lượng gió Gcg2 (có dạng PI). Đặc biệt tham số của hàm Feedforward lưu lượng nhiên liệu, được nhân tỷ lệ để ra tổng lưu lượng gió cấp vào lò hơi (bao gồm gió cấp 1 và 2). Cấu trúc điều khiển áp suất chân không buồng lửa tại Hình 2.14. Wa 2 Wa 2 GF GD P* Wkh − Pbd bd +  Gcas  Gpk G pas  − GTp Hình 2.14. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển áp suất âm buồng đốt [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng và phương pháp chỉnh định: - Thông số của hệ: Cơ cấu chấp hành là quạt khói IDF, lưu lượng khói tỷ lệ với độ mở damper cánh tĩnh, trở lực đường thoát khói do đi qua hệ thống trao đổi nhiệt (như SH, RH, bộ hâm, SCR, APH). - Thông số bộ điều khiển: Áp suất buồng đốt Gcas (có dạng PI). Đặc biệt tham số của hàm Feedforward tổng lưu lượng gió 2, được trích từ 6
bộ điều khiển gió cấp 2. Việc chỉnh định các mạch vòng thường được tiến hành chỉnh từ mạch vòng điều khiển lưu lượng khói, tiếp đến là điều khiển Feedforward từ lưu lượng gió chính cấp 2. 2.4. Phân tích mạch vòng điều khiển nhiệt độ hơi Sơ đồ P&ID tại Hình 2.17 và cấu trúc điều khiển tại Hình 2.18. T*qn3 TC TC T*qn2 Tqn2 TT TC T*qn2 TT T*qn1 HP Whbh 1 5 MV Nước trích MV từ bơm cấp Nước trích từ bơm cấp pbh 4 3 TT IP TT 2 TT SH2 Đường tín hiệu Đường công nghệ SH2 SH3 RH2 RH1 SH1 SH1 Bao hơi Dàn ống Wnc Than sinh hơi Không khí Bộ hâm Qт SCR Hình 2.17. Sơ đồ P&ID điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt Bao hơi; 2 – Vòi phun giảm ôn cấp 1; 3 – Vòi phun giảm ôn cấp 2; 4 – Van chỉnh lưu lượng phun giảm ôn cấp 1; 5 – Van chỉnh lưu lượng phun giảm ôn cấp 2 Nhiễu ... Qhqn2 GcFF GD - - T T*hqn2 W*ngo µngo Wngo Qngo hqn2 GcT Gcngo Gpngo hngo GpT GTgo GTT Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt [12] Các yếu tố ảnh hưởng tới mạch vòng và phương pháp chỉnh định: - Thông số của hệ: Cơ cấu chấp hành là van phun nước giảm ôn, lưu lượng nước giảm ôn tỷ lệ độ mở van, công suất nhiệt quy đổi từ nhiệt độ và áp suất hơi quá nhiệt, lượng đặt nhiệt độ hơi quá nhiệt (không đổi). 7
- Thông số bộ điều khiển: Nhiệt độ GcT (có dạng PID) và lưu lượng giảm ôn Gcngo (có dạng PID). Đặc biệt tham số của hàm Feedforward công suất nhiệt quy đổi từ nhiệt độ và áp suất hơi. 2.5. Phân tích hệ điều khiển phụ tải nhiệt Mạch vòng điều khiển áp suất hơi và công suất phát điện là các mạch vòng tầng cao nhất, giúp tổ máy vận hành đạt được phụ tải đích mong muốn. Sơ đồ P&ID mô tả tại Hình 2.25. Đường tín hiệu NeC N*e Đường công nghệ f(Ne)  * st P*h GC PC  st MSV a) Hơi quá nhiệt W*f PT GR GT CV Trích hơi trung áp Crossover Ne NeT Tm HP IP LP A LP B G Rst Reheat RSV Condenser Trích hơi ICV Bơm ngưng cao áp Đường tín hiệu NeC P*h f(Ne) Đường công nghệ Ne  * st N*e GC PC  st b) Hơi quá nhiệt W*f PT MSV GR GT CV Trích hơi trung áp Crossover NeT Ne Tm HP IP LP A LP B G Rst Reheat RSV Condenser Trích hơi ICV Bơm ngưng cao áp * N e NeC GFN F(Ne) P*h Đường tín hiệu PC  KFP X Đường công nghệ  * st GC  st c) Hơi quá nhiệt W*f PT MSV GR CV GT Trích hơi trung áp Crossover NeT Ne Tm HP IP LP A LP B G Rst Reheat RSV Condenser Trích hơi ICV Bơm ngưng cao áp Hình 2.25. Sơ đồ P&ID điều khiển áp suất và công suất điện theo 3 chế độ a) Chế độ lò hơi theo tuabin; b) Chế độ tuabin theo lò hơi; c) Chế độ phối hợp Sơ đồ P&ID mình họa trên hình 2.26. 8
Whbh SH1 Bao hơi pbh HP IP RH1 Đường tín hiệu SH2 SH3 RH2 Đường công nghệ RH1 SH1 Bao hơi Dàn ống Bunker than Ph Than sinh hơi nguyên Không khí Tới 3 vòi đốt Tới 3 vòi đốt P*h PC Qт - W*f FC ST WR WR ST Hỗn hợp Hỗn hợp Wf Máy cấp than than gió than gió M-file Speed* o o 110 C 110 C SR W*gio1 Máy nghiền than TT g Gió lạnh (tươi) PAF FC Gió nóng cấp 1 GT GT Hình 2.26. Sơ đồ P&ID điều khiển cấp nhiên liệu than vào lò hơi Nhiễu Di P*h W*f Wf Ph Quá trình Quá trình cháy và Gcp GCf cấp liệu truyền nhiệt sinh hơi GTf GTp Hình 2.27. Sơ đồ cấu trúc điều khiển áp suất hơi [9,12,24] Để ổn định khối lượng than cấp vào lò hơi gần đúng với lưu lượng than qua máy cấp, tín hiệu độ mở các van gió nóng cấp cấp vào thùng nghiền được tính toán thông qua mạch tuyến tính. Áp suất hơi quá nhiệt được tạo ra nhờ hệ thống bơm cấp và quá trình lũy nhiệt lượng từ quá trình cháy. Trong dải vận hành từ 75% đến 100% công suất định mức, áp suất hơi quá nhiệt thay đổi trong khoảng từ 16 MPa đến 17 MPa (khi áp suất lớn hơn 17,5 MPa sẽ có tín hiệu cảnh báo nguy hiểm). Công suất nhiệt cấp vào tuabin được ổn định thông qua kiểm soát áp suất và lưu lượng hơi, được thực thi bởi bộ điều khiển tuabin và các van điều khiển CV1,2,3,4. Tuy nhiên, trong quá trình thay đổi phụ tải, lưu lượng hơi lại biến động lớn từ khoảng 1480 t/h đến 2000 t/h. Do vậy, nhiễu tác động chính tới áp suất hơi được xác định là lưu lượng nước cấp và lưu lượng hơi quá nhiệt. 9
2.6. Đánh giá tác động của các nhiễu tới hệ thống Sử dụng mô hình hệ điều khiển phát triển từ [10,18] thực hiện các kịch bản thay đổi nhiễu quá trình khi hệ thống đang cân bằng nhằm kiểm tra đáp ứng của hệ. Các dạng nhiễu được thực hiện bao gồm: + Nhiễu dạng 1: Tại trạng thái cân bằng xuất hiện dao động với biên độ 10% (tăng lên 110% và xuống 90%) và kết thúc nhiễu trả lại về giá trị ban đầu. + Nhiễu dạng 2: Tại trạng thái cân bằng xuất hiện dao động với biên độ 10% (tăng lên 110% và xuống 90%) và cân bằng tại 105% giá trị ban đầu. 2.6.1. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng hơi và nước cấp Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp như tại Hình 2.36. a) b) Hình 2.36. Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất khi lưu lượng hơi và nước cấp thay đổi Theo Hình 2.22-2.24, 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 quãng thời gian tác động tới công suất điện trước khi thay đổi lưu lượng nhiên liệu vào lò hơi để ổn định công suất điện. 2.6.2. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng gió cấp 2 Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp như tại Hình 2.37. 10
Hình 2.37. Biểu đồ thay đổi sai lệch công 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%, lò hơi theo tuabin có sai lệch từ -0,52% đến 0,3%, chế độ tuabin theo lò hơi từ -0,087% đến 0,045%. 2.6.3. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng phun giảm ôn Sai lệch công suất của hệ theo ba trường hợp như tại Hình 2.38. Hình 2.38. Biểu đồ thay đổi sai lệch công suất khi lưu lượng phun giảm ôn Khi thay đổi lưu lượng phun giảm ôn, nhiệt độ hơi quá nhiệt có phần thay đổi, tuy nhiên công suất điện gần như ít dao động, nguyên nhân do thế năng của hơi nước ít thay đổi tại khoảng làm việc. 2.6.4. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nhiên liệu 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 11
Khi thay đổi lưu lượng nhiên liệu ở tải cố định (từ 4000s đến 9000s) thì sai lệch công suất tại chế độ lò hơi theo tuabin là lớn nhất từ -0,85 đến 0,46%. Nguyên nhân theo Hình 2.22, khi lưu lượng than thay đổi ảnh hưởng trực tiếp tới áp suất hơi và hệ thống khói gió. 2.6.4. 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 mô hình tại [18] với số liệu và cấu trúc điều khiển được cập nhật của NMNĐ Duyên Hải 1, tiến hành mô phỏng quá trình nhiệt trị than thay đổi theo Hình 2.3b [10, CBKH3]. Kết quả 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 công 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. 3. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN TỬ DỰ BÁO KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG Chương 03 trình bày các nội dung: i) Phương pháp số hóa quá trình thiết kế tham số bộ điều kết hợp phần tử dự báo, phục vụ định hướng chỉnh định các bộ điều khiển PID trong NMNĐ; ii) Phần mềm chuyên dụng phục vụ tính toán, định hướng chỉnh định tham số PID trong nhà máy nhiệt điện đốt than và phương án cài đặt trong thực tế; iii) Kết quả sử dụng phần mềm thiết kế tham số bộ điều khiển một số dạng mô hình đối tượng nhiệt và ứng dụng thiết kế cho mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư trong khói thải và điều khiển áp suất hơi quá nhiệt tại NMNĐ Duyên Hải 1. 12
3.1. Phương pháp kết hợp khâu dự báo với bộ điều khiển Tinh thần của phương pháp chỉnh định bộ điều khiển theo phương pháp dự báo tại [38,43] đưa thêm vào một khối được gọi là thành phần dự báo Gpr(s) nhằm thay đổi xung sai số (t) của đại lượng điều chỉnh đầu vào bộ điều khiển Gc(s) thành (t+pr). D(s) GD(s) Gcpr(s) Y*(s) E(s) Epr(s) U(s) + Y(s) Gpr(s) Gc(s) Gp(s) + a) D(s) GD(s) Gc1pr(s) Y*(s) E1(s) E1pr(s) U1(s) E2(s) U2(s) + Y(s) Gpr(s) Gc1(s) Gc2(s) Gp2(s) Gp1(s) b) Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý chung của cấu trúc điều khiển 3.2. Chức năng của phần mềm phục vụ chỉnh tham số PID trong nhà máy nhiệt điện Phần mềm phục vụ chỉnh định tham số bộ điều khiển đối tượng quá trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện có các chức năng chính: - Với các mô hình các đối tượng quá trình nhiệt, được nhập vào phần mềm dưới dạng hàm truyền Laplace, phần mềm tính toán ra ra tham số bộ điều khiển PI, PID dựa trên quan điểm bền vững, và chỉ số dao động mềm ứng với tần số cắt. - Vẽ đặc tính mềm hệ hở của mạch điều khiển, kiểm tra khả năng hội tụ của hệ thống sử dụng các tham số bộ điều khiển và chỉ số dao động mềm ứng với tần số cắt; - Vẽ đặc tính cứng hệ hở của hệ thống điều khiển theo chỉ số biên độ dao động hệ kín, kiểm tra tính hội tụ của đáp ứng đầu ra hệ thống; - Vẽ được đáp ứng đầu ra của hệ thống với kích thích đầu vào là xung vuông với các tham số PI/PID/PD/D được tính toán theo lượng đặt và theo nhiễu, so sánh đáp ứng với các tham số khác nhau; - Cho phép chỉnh định tham số bộ điều khiển, đồng thời so sánh được với một số phương pháp trong miền tần số [24,35-37], áp dụng 13
cho 3 dạng mạch vòng: mạch một vòng đơn, mạch hai vòng cascade, mạch hai vòng có bộ vi phân; - Nghiên cứu hệ thống điều khiển kết hợp phần tử dự báo, tìm ra các giá trị dự báo điều khiển có thể sử dụng [24]. Từ đó vẽ được đáp ứng đầu ra của hệ thống khi kết hợp phần tử dự báo với kích thích đầu vào là xung vuông, so sánh đáp ứng với các giá trị dự báo; Hình 2.5. Module khai báo bài toán thiết kế và nhập hàm truyền đối tượng - Đánh giá chất lượng điều khiển của các bộ tham số mới thông qua các chỉ tiêu đặc trưng của quá trình nhiệt một cách dễ dàng; - Từ bộ điều khiển PID lý tưởng, phần mềm cho phép thiết kế bộ điều khiển PID thực theo cấu trúc trong nhà máy điện. Các dạng mô hình hàm truyền đối tượng được lập trình nhận dạng gồm có: quán tính bậc nhất có trễ, quán tính bậc hai có trễ, quán tính bậc ba có trễ, tích phân quán tính bậc 1 có trễ, tích phân quán tính bậc 2 có trễ, dao động có trễ. 3.3. Ứng dụng phần mềm thiết kế bộ điều khiển a. Với đối tượng cần điều khiển có hàm truyền với dạng như sau: −  s k e 0,075e −13 s Gp ( s ) = = (3.16) T1s + 1 30s + 1 Kết quả, tính toán ra tham số bộ điều khiển và mô phỏng đáp ứng bước của hệ thống theo lượng đặt và nhiễu với tác động đầu vào là xung vuông được thể hiện tại Hình 3.10-3.11. 14
a) b) Hình 3.10. Đáp ứng bước theo lượng đặt: a) Theo [36-37], b) Theo [24] a) b) Hình 3.11. Đáp ứng bước theo nhiễu: a) Theo [36-37], b) Theo [24] Nhận xét: - Phần cho phép tính toán tham số bộ điều khiển PI/PID theo hai phương pháp và so sánh hiệu quả kết quả thiết kế. Với đường số 1 là bộ điều khiển nguyên bản, đường số 2, 3, 4 tương ứng với thời gian dự báo từ 2,4,6s. - Khi bổ sung phần từ dự báo với thời gian dự báo từ 2,4,6 s, đáp ứng hệ thống theo tham số bộ điều khiển [24] thích nghi có phần tốt hơn. Nhận định ban đầu cho thấy thời gian dự báo đề xuất từ 0,153- 0,461 lần thời gian trễ vận tải của đối tượng. b. Giả sử đối tượng có dạng [24]: 0, 45 Gp ( s ) = e−0.52 s (1,9s + 1)(1,9s + 1)(1,9s + 1) (3.19) Thiết kế bộ điều khiển PID lý tưởng theo [24]  1   1  Gc ( s ) = k p 1 + + Td s  = 7,04876 1 + + 1,839s  (3.20)  Ti s   2,44s  Tham số bộ điều khiển PID thực như sau: 15
 1 2,035s  Gc ( s ) = 5,862 1 + +  (2.21)  2, 229s 0, 254s + 1  Đáp ứng hệ thống điều khiển theo lượng đặt và kênh nhiễu khi thay đổi tham số bộ điều khiển lý tưởng và thực được dẫn tại Hình 3.13. Hình 3.13. Đáp ứng bước đầu ra của hệ thống theo lượng đặt và kênh nhiễu 1 – PID lý tưởng; 2 – PID thực; 3,4 – PID thực với  pr = 1, 2 s Nhận xét: Tham số bộ điều khiển thực do phần mềm tính toán tương đồng với tham số tại [24]. c. Sử dụng phần mềm thực hiện thiết kế các bộ điều khiển tương ứng với bộ điều khiển Oxi Master và FDF tổ máy S1 Duyên Hải 1. Hàm truyền đối tượng như sau: 0,0058e−38 s %O2 10,75e−2 s kg / s G pch = ; G pWa2 = 1 + 566, 47 s kg / s 1 + 3,91s %damper _ dinamic Bộ điều khiển nguyên bản đang được sử dụng tại nhà máy đều có có cấu trúc dạng PI và PI thực như sau [31]: 1  1  GcO ( s ) = 0,025 + DH = 0,025  1 +  2 3800s  95s  (3.22) 1  1  Gcg ( s ) = 1,1 + DH = 1,1 1 +  2 40  s  44s  Hai bộ tham số điều khiển:  1  GcO ( s ) = 1418, 2  1 + R  2  192,01s  (3.23)  1  Gcg ( s ) = 1,03  1 + R  2  10,82s  Thực hiện mô phỏng đáp ứng bước của hệ thống theo nhiễu 1(t) 16
Hình 3.14. Đáp ứng bước của mạch điều khiển Oxi Master theo nhiễu 1 – Bộ điều khiển hiện hữu; 2 – Bộ điều khiển mới Độ quá điều chỉnh ứng với bộ điều khiển hiện hữu là 0,026% trong khi bộ điều khiển mới đạt 0,01%. c. Chỉnh định tham số bộ điều khiển áp suất hơi quá nhiệt tại tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1 theo sơ đồ nguyên lý điều khiển áp suất hơi quá nhiệt theo [9] khi được bổ sung thêm phần tử dự báo được dẫn tại Hình 3.15 [9]. D(s) Y*(s) E1(s) E1pr(s) E2(s) Y(s) Gpr(s) Gc1(s) Gc2(s) Gp2(s) Gp1(s) Hình 3.15. Sơ đồ khối điều khiển áp suất hơi quá nhiệt NMNĐ Duyên Hải 1 Hàm truyền đối tượng mạch vòng điều khiển nhiên liệu và mạch vòng điều khiển áp suất hơi quá nhiệt. 0,014e−2118,7 s MPa G p1 ( s ) = s(1 + 144526s)(1 + 1036 s) kg / s (3.24) 18, 46e −20,1s kg / s Gp 2 ( s ) = (1 + 484,9s ) % MV Hai bộ điều khiển PI mới xây dựng theo [24] như sau:  1   1  Gc1 ( s ) = k p 1 +  = 15,9 1 +   Ti s   221,3  s  (3.26)  1   1  Gc 2 ( s ) = k p 1 +  = 0, 779 1 +   Ti s   87,92  s  Tiến hành đánh giá đáp ứng của hệ thống cấp nhiên liệu. 17
Hình 3.1. Đáp ứng bước của hệ thống cấp nhiên liệu theo lượng đặt 1 – Bộ điều khiển hiện hữu; 2 – Bộ điều khiển mới; 3,4 – Bộ điều khiển bền vững kết hợp thời gian dự báo  pr = 3s và  pr = 9s Nhận xét: Khi sử dụng bộ điều khiển với tham số mới thay thế bộ điều khiển hiện hữu, độ quá điều chỉnh sẽ giảm 31%, kèm theo đó hệ số tắt dần tăng từ 0,67 lên 0,90. Khi sử dụng kết hợp thêm phần tử dự báo với thời gian 3s, độ quá điều chỉnh giảm 46,4% và hệ số tắt dần tăng lên 0,93 khi so với đáp ứng mô phỏng với bộ tham hiện hữu. Đáp ứng hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt: a) b) Hình 3.17. Đáp ứng bước hệ thống ĐK phụ tải: a) Theo lượng đặt, b) Nhiễu 1 – Bộ điều khiển hiện hữu; 2 – Bộ điều khiển mới; 3 – Bộ điều khiển dự báo 90s Bảng 3.2. Đánh giá chỉ tiêu mạch điều khiển áp suất hơi theo lượng đặt STT Chỉ tiêu Nhà máy BĐK mới Dự báo 1 Độ quá điều chỉnh 1,452 1,22 1,15 2 Hệ số tắt dần 0,89 0,83 0,91 3 Bình phương sai lệch 419 189 171 Nhận xét: Mô phỏng trên phần mềm thông qua hàm truyền không thể hiện được đầy đủ quá trình cháy cũng như tích luỹ áp suất hơi trong thực tế, nhưng phần nào đã phản ảnh được dao động của áp suất hơi 18