1、電網(wǎng)用電量的高峰和低谷的頻繁變動要求聯(lián)網(wǎng)發(fā)電的燃煤火電機組的運行工況不斷地改變。在這個過程中，機組展現(xiàn)出的強非線性、耦合性及參數(shù)的時變性等常常造成現(xiàn)有的控制系統(tǒng)性能下降，有時會造成控制系統(tǒng)失靈而被迫采用手工調(diào)節(jié)，嚴(yán)重的影響了機組運行的安全性和經(jīng)濟性。應(yīng)對措施之一就是引進適應(yīng)性強的高性能控制系統(tǒng)。為此，研究機組的動態(tài)特性并建立模型是研發(fā)高性能控制系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。 過熱系統(tǒng)是大型燃煤機組中的重要組成部分，其輸出的主蒸汽壓力和溫度是要

2、控制的主要參數(shù)。本文先提出一種能夠確定具有兩個獨立自變量函數(shù)關(guān)系式的新方法－雙線性擬合法，并予以證明。然后，從過熱蒸汽的熱力特性入手導(dǎo)出過熱蒸汽的比焓函數(shù)和密度函數(shù)的簡化計算式。在此基礎(chǔ)之上，依據(jù)質(zhì)量平衡和能量平衡原理建立了過熱器的數(shù)學(xué)模型，揭示了蒸汽流量、吸熱量和減溫器噴水流量對主蒸汽壓力和溫度動態(tài)特性的影響。 燃料系統(tǒng)的延遲時間、動態(tài)系數(shù)以及蒸發(fā)系統(tǒng)的熱慣性是影響鍋爐響應(yīng)負(fù)荷指令變化速度的主要因素。本文依據(jù)守恒定律建立了這兩

3、個系統(tǒng)的模型。利用爐膛輻射能信號能夠及時反映燃料燃燒釋放出的熱量的特點，可以確定燃料系統(tǒng)的延遲時間及高溫段過熱器吸熱量；燃料系統(tǒng)的動態(tài)系數(shù)由辨識方法確定；通過分析和擬合將復(fù)雜的蒸發(fā)系統(tǒng)熱慣性表達式轉(zhuǎn)化為簡便的計算式。利用一臺300MW燃煤機組運行數(shù)據(jù)和計算對de Mello的簡化模型中汽包出口蒸汽流量的計算式進行了修正。在驗證模型方面，本文僅用實際機組變負(fù)荷運行條件下測量的數(shù)據(jù)。這樣，可以避免外加試驗信號對機組正常運行的干擾。

4、將適當(dāng)?shù)姆蔷€性控制方法引入到火電機組的控制設(shè)計中對提高機組控制系統(tǒng)的性能大有裨益。微分幾何非線性控制和非線性模型預(yù)測控制是兩種令人感興趣的控制方法，它們適于處理運行條件變化大的非線性過程的控制問題。本文利用微分幾何非線性控制方法對一臺300MW燃煤機組非線性模型進行了解耦線性化控制設(shè)計。在設(shè)計方案中，考慮到實際控制執(zhí)行機構(gòu)具有幅值約束條件的限制，增加了指令處理器的設(shè)計，通過減緩指令的軌跡以使控制約束條件得到滿足。由于非線性機組模型被解耦

5、線性化，因此，該控制系統(tǒng)能夠使機組在大范圍內(nèi)跟隨指令要求且保持穩(wěn)定。 基于泰勒級數(shù)展開式的非線性模型預(yù)測控制方法可以導(dǎo)出解析形式的控制規(guī)律，避免了在線滾動優(yōu)化的計算負(fù)擔(dān)。因而，在復(fù)雜的過程控制中具有明顯的優(yōu)點。本文將這種控制方法引入到一臺燃油火電機組的控制研究中。為了克服機組的某一狀態(tài)變量不可測量的缺陷，將控制器的實現(xiàn)形式采用為模型狀態(tài)反饋內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)。這樣，一方面可以避免設(shè)計非線性觀測器的麻煩，另一方面也增強了控制系統(tǒng)的抗干擾