多目標經濟預測控制算法及其在鍋爐低氮燃燒優(yōu)化中的應用研究.pdf

1、隨著社會經濟的發(fā)展，國家不斷推進電力改革。電網中新能源比例不斷提高，調峰能力不足;重化工業(yè)用電增速放緩，火力發(fā)電設備利用小時數快速下降;環(huán)境污染問題得到普遍關注，氮氧化物排放標準日益嚴苛。作為承擔電網主要發(fā)電任務的火電機組，面臨的挑戰(zhàn)主要概括為:
　　(1)必須具備較強的變負荷運行能力，參與電網深度調峰;
　　(2)必須提高機組運行效率，最大化企業(yè)經濟效益;
　　(3)必須控制氮氧化物排放濃度，實現節(jié)能減排的雙贏局面。

2、
　　綜合上述要求，火電機組必須通過技術進步提升自身靈活性，在參與電網深度調峰的過程中，實現負荷跟蹤誤差盡可能小、經濟效益盡可能高和氮氧化物排放盡可能小等多個優(yōu)化目標。
　　鍋爐燃燒過程是火電機組負荷跟蹤系統(tǒng)中，控制氮氧化物排放、提高運行經濟性最關鍵的環(huán)節(jié)。然而，在當前的火電機組負荷跟蹤控制系統(tǒng)中，并沒有發(fā)揮鍋爐燃燒優(yōu)化調整的作用。其主要原因歸結為:
　　(1)缺乏面向控制的，包含爐內燃燒調整動態(tài)描述的火電機組非線性動

3、態(tài)建模方法和模型的研究;
　　(2)火電機組負荷跟蹤系統(tǒng)是一個包含多個優(yōu)化目標的被控過程，缺乏對將過程經濟性與控制目標綜合考慮的先進多目標優(yōu)化控制算法的開發(fā)與應用研究。
　　為了解決上述問題，提升火電機組競爭力。本文提出構建面向鍋爐經濟性低氮燃燒優(yōu)化的機爐負荷跟蹤控制系統(tǒng)。為了實現這一控制系統(tǒng)設計目標，本文以直吹式汽包爐火電機組為研究對象，從建模和控制算法兩方面進行基礎研究，并最終通過仿真研究驗證所構建的控制系統(tǒng)的有效性。本

4、文的主要內容包括:
　　建模研究方面。
　　(1)分析鍋爐系統(tǒng)主要動態(tài)特性及各子系統(tǒng)間的相互關聯，并重點分析爐內燃燒過程的NO生成化學反應機理和煙氣流動過程中的傳熱傳質關系，確定了鍋爐燃燒調整的主要操作變量?；谀彻潭ㄘ摵牲c，分別給出了用于爐內燃燒調整的各操作變量與鍋爐效率和爐膛出口氮氧化物生成濃度之間的動態(tài)關系機理數學建模方法，以及適用于先進燃燒控制系統(tǒng)設計的鍋爐系統(tǒng)灰箱非線性動態(tài)建模方法。
　　(2)充分利用現場運

5、行數據，結合鍋爐燃燒過程與其他子系統(tǒng)的動態(tài)關聯關系，提出利用鍋爐汽水側可測參數實時估算爐內燃燒狀態(tài)量的計算方法，建立了包含鍋爐燃燒調整動態(tài)描述的火電機組非線性動態(tài)模型。
　　控制算法方面。
　　(1)以火電機組發(fā)電負荷跟蹤過程為被控對象，指出當前廣泛應用于機組負荷跟蹤控制系統(tǒng)的多層控制結構，存在過程經濟性非最優(yōu)的問題，提出了將表征發(fā)電過程經濟性的指標，直接加入閉環(huán)反饋控制回路進行優(yōu)化計算的穩(wěn)定多目標經濟預測控制系統(tǒng)框架，文中

6、通過理論推導和仿真研究驗證其有效性。
　　(2)立足于解決多目標優(yōu)化過程中目標優(yōu)先級存在差異，相關控制調節(jié)參數與多目標優(yōu)化結果之間關系不明確，需要通過試湊法確定調節(jié)參數的問題，提出了偏好可調的多目標預測控制算法，并通過理論推導和仿真實驗證明了算法的有效性。
　　系統(tǒng)設計及仿真研究方面。
　　基于模型和控制算法研究基礎，設計了面向鍋爐經濟性低氮燃燒優(yōu)化的負荷跟蹤控制系統(tǒng)。仿真結果顯示，所設計的控制系統(tǒng)在改善機組變負荷運行