Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun - Luận án tiến sĩ kỹ thuật nhiệt, Đại học Bách khoa Hà Nội

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2022 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Đức Dũng PGS. Bùi Quốc Khánh Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun” là nghiên cứu của tôi được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Đức Dũng và PGS.

Bùi Quốc Khánh. Các số liệu nêu trong quyển luận án hoàn toàn trung thực. Những kết quả của luận án chưa từng được ai công bố trên bất kỳ một công trình nào khác. Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2022 Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh TS.

Lê Đức Dũng PGS. Bùi Quốc Khánh Nguyễn Tiến Sáng i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới tập thể hướng dẫn của tôi là TS. Lê Đức Dũng và PGS. Bùi Quốc Khánh đã luôn tận tâm, tận lực hỗ trợ, động viên, hướng dẫn về mặt chuyên môn trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, góp ý, thời gian của các thầy cô tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hướng dẫn và chỉ báo cho tôi những vấn đề có liên quan đến luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, lãnh đạo các Viện liên quan đã hỗ trợ tôi hoàn thành chương trình học nghiên cứu sinh này. Tôi chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng công ty Phát điện 1 đã hỗ trợ rất nhiều điều kiện quá trình tìm hiểu thực tế cũng như bố trí công việc hợp lý để tôi có thể hoàn thành chương trình học tập nghiên cứu sinh này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân luôn bên cạnh quan tâm, động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể giành thời gian thực hiện luận án, đồng thời luôn sẻ chia những khó khăn và động viên tôi trong quá trình nghiên cứu.

Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Sáng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. ix MỞ ĐẦU. 4 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN.

Lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt than phun. Tuabin nhà máy nhiệt điện. NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN CẦN PHẢI HIỆU CHỈNH VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN CÔNG NGHỆ CẬN TỚI HẠN. Đặc trưng quá trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện.

Công tác sửa chữa bảo dưỡng hệ thống thiết bị. Thành phần nhiên liệu than. Những ví dụ về thực trạng vận hành tại NMNĐ Duyên Hải 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG THAM SỐ CỦA CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP.

Phương pháp mô hình đối tượng. Nguyên tắc nhận dạng đối tượng điều chỉnh trong công nghiệp. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN. Chỉnh định hệ thống điều khiển.

Đánh giá các mạch vòng cần chỉnh PID. Hiệu chỉnh lượng đặt, thông số khởi tạo của toàn bộ quá trình nhiệt trong nhà máy điện theo thời gian. KHÁI QUÁT CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP. Khái quát nhận dạng đối tượng điều khiển trong công nghiệp.

Khái quát về chỉnh định PID trong NMNĐ. Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron trong nhận dạng và điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN CÔNG NGHỆ CẬN TỚI HẠN. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.

37 PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN. SƠ ĐỒ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN. PHÂN TÍCH MẠCH VÒNG CẤP NƯỚC. PHÂN TÍCH MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN KHÓI GIÓ.

Thành phần và vai trò của hệ thống khói gió. Mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư trong khói thải. Mạch vòng điều khiển áp suất âm buồng đốt. PHÂN TÍCH MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI.

HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT. Phân tích các cấu trúc điều khiển phụ tải nhiệt. Phân tích mạch vòng điều khiển phụ tải nhiệt. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC THỐNG SỐ QUÁ TRÌNH.

Mô phỏng hệ điều khiển. Kiểm chứng kết quả hoàn thiện mô hình theo số liệu NMNĐ Duyên Hải 1. Đánh giá chất lượng điều khiển. Đánh giá tác động của thông số quá trình tới đáp ứng hệ thống.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 78 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN TỬ DỰ BÁO KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN. PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP KHÂU DỰ BÁO VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN. Phương pháp luận.

Thiết kế hệ thống điều khiển kết hợp dự báo theo tín hiệu số. PHẦN MỀM HỖ TRỢ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN. Chức năng chính của phần mềm. Các cửa sổ chính của phần mềm.

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHỈNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN. Thiết kế bộ điều khiển PI. Thiết kế bộ điều khiển PID dạng thực. Thiết kế mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư của tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1.

Thiết kế bộ điều khiển Fuel Master và Boiler Master của tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1. CHUYỂN ĐỔI THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀO THỰC TẾ. Cấu trúc điều khiển thực tế tại NMNĐ Duyên Hải 1. Phương pháp chuyển đổi tham số bộ điều khiển.

MỘT SỐ NỘI DUNG CẦN PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. 104 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN.

Nguyên lý ứng dụng mạng nơron nhân tạo trong nhận dạng và hiệu chỉnh hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than. Phương án triển khai nghiên cứu thực tế. ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG TRẠNG THÁI VẬN HÀNH HỆ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN. Thiết kế mạng nơron nhận dạng hệ điều khiển.

Kết quả mô phỏng. ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐỂ HIỆU CHỈNH LƯỢNG ĐẶT HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN. Điều chỉnh lưu lượng than khi nhiệt trị thay đổi. Phương pháp luận sử dụng mạng nơron.

Nhận dạng thời gian thực. Tác động theo thời gian dự báo. ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT. Kịch bản mô phỏng.

Kết quả trên Matlab/Simulink. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.

128 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 129 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa 1 a0 ,a1 ,.,an Hằng số quán tính của mẫu thức 2  Hệ số hàm truyền 3 A ( ) Biên độ dao động hệ kín 4 BF Chế độ điều khiển lò hơi theo tuabin Hệ thống điều khiển phối hợp lò hơi – tuabin (Coordinated 5 CCS control system) 6 C Nhiệt dung riêng của vật chất 7 CFB Lò tầng sôi (Circulating Fluidized Boiler) 8 c,u, Vận tốc tuyệt đối, vận tốc quay, vận tương tương đối tuabin 9 DCS Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed control system) 10  Sai lệch điều khiển 11 i Biến đếm, chạy thuật toán 12 IDF Quạt khói (Induced Draft Fan) 13 j Đơn vị ảo j 2 = −1 14 F ( ) Hàm hỗ trợ xây dựng tham số bộ điều khiển 15 FDF Quạt gió cấp 2, gió chính (Forced Draft Fan) 16  Tần số phi thứ nguyên 17 G Hàm truyền quá trình 18 Gc ( s ) Hàm truyền bộ điều khiển (controller) 19 Gp ( s ) Hàm truyền đối tượng quá trình (process) 20 GD ( s ) Hàm truyền nhiễu quá trình 21 H(s) Hàm truyền hệ hở 22 Hf Nhiệt trị làm việc của nhiên liệu 23 Im Phần ảo của số thực hoặc đặc tính tần số 24 L Công có ích 25 m0 Hằng số tỉ lệ, tích phân, vi phân của bộ điều khiển PID 26  Tín hiệu điều khiển 27 m0 Chỉ số dao động cứng vi 28 m ( ) ,m0 Chỉ số dao động mềm và giá trị ban đầu 29 M Giá trị dự trữ biên độ dao động 30 MV Tín hiệu tác động điều khiển 31 Ne Công suất điện 32 NMNĐ Nhà máy nhiệt điện 33 MISO Nhiều vào - một ra (Multi input - Single output) 34 P Áp suất 35 PC Lò hơi than phun (Pulverized Coal) PID Bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, vi phân (Proportional Integral 36 kp, Ti, Td, kd Derivative) và các hệ số bộ điều khiển 37 Q Nhiệt lượng 38 Re Phần thực của số thực hoặc đặc tính tần số 39 RH1,2 Bộ tái nhiệt 1, 2 (Reheater 1,2) 40 SISO Một vào - một ra (Single input - Single output) 41 SH1,2,3 Bộ quá nhiệt 1, 2, 3 (Superheat) 42 s Toán tử Laplace 43  Hằng số quán tính của hệ 44 t Biến thời gian 45 t Khoảng thời gian lấy mẫu 46 TF Chế độ tuabin theo lò hơi 47 T Nhiệt độ 48 Tf Hệ số bộ lọc hệ điều khiển 49 x Tín hiệu đầu vào khâu cơ bản 50 y Tín hiệu đầu ra khâu cơ bản 51  Tần số dao động 52 W Lưu lượng vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Phân tích đánh giá dao động của nhiên liệu và áp suất. Tổng hợp thống kê suất hao than đầu cực tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 1.

Mô hình đặc trưng của đối tượng quá trình trong công nghiệp. Thời gian đáp ứng và độ quá điều chỉnh theo ba chế độ. Sai lệch công suất theo ba chế độ vận hành. Giá trị các chỉ tiêu JN (MWh), Jf (kgthan/kWh) từ kết quả mô phỏng .