联合循环建模与PID优化策略查重

1、.：.；结合循环的建模与孤网条件下的控制器优化绪论本文的选题背景及意义燃气-蒸汽结合循环仿真概念及开展现状仿真工具Matlab/Simulink本文主要任务内容和目的OC6000E控制系统设计2.1 新华引见2.2 方案设计 第三章 结合循环控制系统的建模3.1 建模的目的及结合循环的原理3.2 燃气轮机控制系统建模3.2.1 燃气轮机的任务原理3.2.2 燃气轮机负荷控制器模型3.2.3 排气温度控制器3.2.4 转速控制器3.2.5 加速度控制器3.2.6燃气轮机整体模型3.3 余热锅炉系统模型3.4 蒸汽轮机系统模型3.5 结合循环整体模型第四章 基于粒子群优化算法的结合孤网控制战略4.

2、1 电站孤网运转的特性与控制战略(频率/转速控制)4.1 PID控制器与粒子群PSO算法原理引见4.2 优化PID控制器的步骤与计算第五章 结合循环控制的战略的仿真5.1 PID无优化的仿真汽轮机转速控制5.2 优化的PID仿真 汽轮机转速控制5.3 整体模型的仿真 燃机、汽轮机负荷变化第六章 结论第一章 绪 论课题的背景和意义西气东输工程是我国艰苦的能源工程之一，其中的二线管道天然气气源境外，其中包括土库曼斯坦、哈萨克斯坦等中亚国家。新疆，宁夏，甘肃，陕西，河南，湖北，湖南，江西，广西，广东等地，从天然气到新疆五华虹桥西部中西部乡村道路，干线全长约4900千米，全线管道包扩支线总长度超越91

3、00千米。由于输气间隔 远较远，保送沿途压损很大，需求在进展沿程升压以抵消压力损失，在管线沿途约每间隔 200公里建立一座天然气升压站以下简称压气站。我国西部地域幅员辽阔，自然环境恶劣，人口相对稀疏，在一些偏远地域短少电网的覆盖，而压气站大多建立在这些地域。因此，采用了燃气轮机经过齿轮箱机械拖动紧缩机升压的方式。燃气轮机运转时会排出高温废气，温度在470500之间，最高能到达530。压气站普通配置有GE公司 PGT25+SAC额定输出功率31MW以及罗罗公司的RB211共三台燃气轮机2用1备。之所以采用这种动力配置是思索到压气站所处位置的自然条件，夏季环境温度高，极端情况下会导致燃机输出功率由

4、规范工况下15下降为22MW45。而紧缩机的额定功率只需18MW，在一年中的大多的数时间内，燃机都处于非额定工况运转，综合效率低下且呵斥大量燃料浪费。同时，燃起轮机的高温尾未经处置，气直接排放到大气中，不仅呵斥了空气热污染，更是一种热量的浪费。这与当今倡导“节能减排型社会的理念不相符合，有必要对这部分热能进展回收利用。因此，有方案提出将压气站其中一台燃气轮机改造为燃气-蒸汽结合循环发电，将压气站改呵斥一个小型孤网电站，再经过电动机驱动2台紧缩机。经过计算，假设结合循环经过补燃的方式可以输出约44MW电力上网，完全可以满足紧缩机约36MW的电力需求。这样不仅回收利用了废气的余热，还减少了一台燃气

5、轮机运转带来的燃料耗费，提高了压气站的整体运转效率。经核算，每年可节约燃料费30005000万元，减少碳排放5.426.54万吨，改造方案具有良好的经济价值和社会价值。但是随之改造方案设计的深化，孤网条件下结合循环的控制与调理成为设计方案的难点与重点。电厂在孤网运转条件下的控制战略尤其是二次调频/调速控制不断是电力行业研讨的重点。国内外研讨的现状 孤网运转频率调理区分大电网和小电网，有一个界限值“8%，这个数值是电网中的最大单机容量，假设大于这个数值，我们称这个电网为小电网，反之，假设小于这个数值，我们将这个作为大网络。孤网是孤立的小网，经过一个“孤字，就可以明白，它从主网中孤立出来，不随大电

6、网的性能而转移，本人单独成立一个系统独立运转1。在我们熟知的大电网中，当其中的恣意一台机组发生缺点甩负荷，都可以从锅炉中的热备用或者转动惯量中的旋转备用中获取能量来弥补2，容错率高。而小网由于总容量小，单机容量就显得很大，发惹事故对整个孤网系统冲击明显，容错率低3。但是大电网有个问题就是不能覆盖世界的每一个角落，对于这些大电网所不能覆盖的区域，小电网的平安稳定的运转，就显得尤为重要4。再比如说，孤网运转工况还大面积存在于大型的工矿企业，包括对应的自备电厂和下游的工业负荷。再有就是国外的一些不兴隆或欠兴隆地域，由于技术贮藏和物质供应较差，电网建立不够健全，这对于出口到该地域的机组就需求有满足孤网

7、运转的要求【5】。发电机是电力的源头，其与孤网共同构成了电力系统6。用户和一切的发电机组经过电网联络在一同。发电机组的作用是保证系统电压和频率的稳定，在电网和负荷之间架起一段平衡的桥梁7。发电机组的调速系统是发电机组的重要环节6，由实际可知，频率的变化与转速相关，当下游负荷忽然甩动呵斥的转速飞升，会使频率短时间内大幅动摇，这就要求调速系统对其进展控制，防止事故的发生，我们通常称之为一次调频7。每台机组的一次调频中相应的控制参数都不一样，设计者会因地制宜，提供最合理的参数设置，已到达调频性能最优的方案8。一旦发电单元中的控制系统曾经决议了FM的性能9，那么在没有发电单元的发电机的情况下的控制系统

8、，调理的目的是转速，而当发电机组与主网相衔接后，调理的对象发生转变，从转速变为电网的频率，主要的调理途径是对发电机的输出进展控制10，并和其他机组进展相应的通讯衔接，保证控制方式的即时可靠，使频率控制在允许的范围内；同时，还会有一些特殊的情况，就是机组的忽然跳闸，对于这一事故，调速系统会经过相应的控制方式投入备用的发电机组，保证转速不会忽然降低，从而使电网平稳的运转11。随着科学技术的提高，调速系统也在与时俱进的开展12，现阶段运用最为广泛的就是数字电液调速系统，DEH 在最初的机械液压调速系统中做了明显的改良13，无论是在安装的选用还是技术的运用，都有明显的提高，但是不得不说的是，DEH 在

9、某总程度上却限制了一次调频的性能。所以我们需求新技术的支持和研讨14，但也要根据系统的实践情况，合理的增减相应的配套安装，对于调速系统，我们更应该从两个方面因地制宜的加以改良，一个是参数的设置15，另一个就是控制方式的选择16，是调速系统发扬调频作用的关键，也是一项意义非凡的任务。同时，当负荷动摇非常猛烈特殊情况下，一次调频调控范围将遭到限制17，即使将限幅全部放开，勉强到达调频的目的，也会对电网呵斥剧烈的冲击，对孤网电压呵斥严重影响，同时也会削减发电机组的寿命18。在孤网运转中事故发生的过程中，开场都是部分的小缺点，由于不能及时的处理，从而导致事故的无限的扩展和蔓延，最终的结果就是电网解列和

10、整个孤网解体19。假设缺点发生在萌芽阶段，就能经过机组的调理才干和相应的配合安装消灭隐患，迅速作出调整，重建发电侧和用电网侧的新的平衡，使电网的关键性能目的频率和电压一直坚持着合理的区间，让事故在最初阶段就被扼杀，不让其无限蔓延繁殖20。现阶段国内外对于一次调频的调速系统的构造、参数及其运转方式的研讨，重点放在运用电力系统仿真软件，以期结合已有的实际知识，处理实践运转中发生的问题。文献21经过在频率和时间两个方面分析得出系统中阻尼的规律是如何遭到调速系统参数的影响，并给出了如何设置相关的参数;文献22提出的相应方案主要是针对低频低压减载，经过对实践消费中模型的建立，反复调理关键参数，得到一组是

11、调频性能最优的方案，得出的结论是，调速系统PID 参数设置不当引发系统振荡的主要缘由，同时指出系统频率的稳定与否与调速系统参数设置的科学性有直接的关系;文献23运用了对比法，经过不同的实验给出的结论是系统参数设置的不合理和控制方式选用不当，是调速系统调频性能较差的主要缘由，提出在以往的研讨中所运用到的模型都比较固化也有大多的简化24，不能很好地反响出实践的效果，没有普遍的适用性，所以在本文的研讨，经过一个科学的方法找出一种普遍适用的方案处理调速系统中存在的相关问题，是本文研讨的重点，也是研讨的难度之一。孤网运转中的有功出力和负载侧的不平衡，在火电厂中，超速维护安装OPC是电液调理系统DEH中一

12、项非常重要的功能25，主要的作用是在忽然甩掉大负荷的情况下抑制汽轮机的转速飞升，维护发电机的平安。但是，假设OPC 的参数设置不合理26，那么脱离大电网的孤网，在负载动摇的情况下，会产生剧烈的功率和频率上的震荡景象，假设这种震荡不能及时的处理，将会给大电网带来宏大的冲击27，所以这时孤网及时的脱离主网将是非常重要的举措。为进一步研讨孤网运转的稳定性，本文建立了孤网的数学模型，并仿真孤网运转负荷震荡的特殊工况。对OPC 控制逻辑进展了改良，结果阐明添加限幅或者去除限幅的限制，能更好的利用OPC 保证孤网运转的平安和稳定28。近几年，大容量电力系统是世界各地开展的大趋势，但因电气设备缺点或其他的缺

13、点，为防止呵斥大电网的解体，大电网会在没有预知的情况下解列成孤立的小网。小网的容量不大，但在解列后仍能正常运转。孤网运转最值得关注的特点是负荷控制一匝频率控制和控制系统具有满足要求的静态特性29，具有良好的稳定性和动态呼应特性， 坚持自动电网周波数的稳定30。在中国电网开展的初期，电网构造比较简单，许多电厂都就自给自足，然后将过剩的电能发到主网中去以平衡冗余功率31。电缆型号普遍是110KV 的，假设主网电压升高，那么地方从孤网上取电就相对容易些32。假设主网电压是220KV，那么孤网就要经过发电机的参与是电压到达110KV。孤网运转发生的概率随着主网的电压升高而升高33。另一方面，当震荡发生

14、在一个特定的电网上，那么这个电网要自动解列以阻止更大范围为的震荡带来不良的后果。目前，OPC 控制逻辑是汽轮机电液调理系统DEH的一个重要组成部分34，但发生在世界各地的许多停电事故阐明，在一些特定的情况下，OPC 的控制逻辑的参数整定是不合理的。在这种情况下，OPC 控制逻辑能够无法实现超高速控制，导致调理阀停顿和频繁翻开，以致于呵斥功率和频率的震荡，这对汽轮机和电网都会带来不良后果。由OPC 的控制原理可知35，当转速超越3090 转超越额定转速的103%时，DEH 经过封锁高压和中压阀门进展调理。当转速低于额定转速时，DEH 系统去除“关阀的信号，转为调速系统调理阀进展控制36。设置OP

15、C 控制逻辑主要是为了防止在负荷忽然甩掉的情况下抑制转速飞升和频率的震荡。那孤网不稳定的缘由主要是由于其容量和旋转备用容量都相对于大电网要小很多37，在发生短路等极端情况下，功率震荡会更为猛烈，严重的情况会导致整个电网的瘫痪，严重要挟到企业的正常消费和居民的生活。因此，一次调频和OPC 控制参数的研讨对孤网频率稳定性控制有着重要的意义23 ，它能防止不用要的停电耽搁消费和生活，还能为正常平安的用电提供指点。经常用到这个水轮机的数学模型来分析仿真其在额定形状下的动态特性，由于甩负荷形状是一个比较剧烈的波开工况，我们必需研讨其非线性特点和OPC控制逻辑信号来思索孤网的稳态性能38。出于这个目的，两

16、个重要的问题首先要被处理39。第一，在额定条件，负荷扰动较小的情况下，可以用更加准确的数学模型将扰动线性化加以分析。在大的扰动下，这个模型将由于非线性特性不可以再进展运用。第二，汽轮机进气口的开度会随着转速、功率、压力信号的指示而变化40，同时，在出现大负荷扰动的情况下，OPC 系统将成为主导，对转速进展控制，OPC 会直爽快速的封锁调理阀来抑制转速飞升和系统的震荡。其起OPC 安装过渡动作，文献41就提出了两台某厂实践运转中，就是由于OPC 的过渡动作导致电网频率的频繁振荡，最后引起全厂停电的事故。文献42引见了在目前国内一些孤网运转的电厂中经过改动设置相应参数改良DEH 一次调频的性能。还

17、有一个问题就是孤网运转时，现场人员必需参与，而且技术贮藏和知识贮藏跟大电网相比都相对匮乏，有一定的局限性43；再有就是主要经过实验的方法，来研讨处置突发情况的途径，但是却局限在某种特定的情况，并且实验本身还存在一定的风险。所以无论是从实际还是技术出发，对孤网调频系统的研讨，都显得尤为重要44。结合循环的控制安装通常情况，燃气-蒸汽结合循环电站由燃气汽轮机机组和蒸汽轮机机组分别发电并网，但无论是那种发电机组，控制系统中都包括了很多PID控制回路。PID控制器可谓由来已久且被广泛的运用于全世界各国的工业控制及自动化领域。在我国的工业领域开展运用中，PID 控制器也具有无可取代的重要位置19。PID

18、 控制规律没有复杂繁琐的原理，操作简单，易于掌握，具有良好的通用性和控制性能。经过运用合理有效方法，可以整定得出效果良好的控制参数，从而更好的满足控制要求。在计算机运用技术逐渐开展起来的今天，您可以提供运用计算机，数字平台过滤器 - PID积分隔离PID控制，寻觅像优秀的PID控制方式20。初始普通正常仪表在现场进展现场控制，并在人工操作控制器时进展控制，有许多要求和技术都不能到达，然而采用以计算机技术为根底的 PID 控制方式，可实现对于被控对象的模糊控制和控制参数的在线自整定。对于结合循环安装的控制而言，采用 PID控制可提高效率，环保节能，到达更高的控制要求和控制功能。本文义务回想孤网运

19、转的控制战略以及燃气-蒸汽论结合循环机组控制战略及控制安装。基于新华OC6000e提出压气站改造控制系统设计方案3) 建立燃机-蒸汽结合循环的数学模型及控制模型4模糊控制？粒子群PSO优化PID控制器5仿真验证孤网条件下的控制战略及粒子群优化PID控制器第二章 基于新华OC6000e系统的控制系统方案2.1 新华OC6000e引见组态软件是一个模块化建模及运转的集成环境，其以图形化模块为根本单位，经过模块间输入输出的衔接来实现中间数据的传送，以此来构建数据交互和系统分析的整个过程。该结合循环机组性能监测诊断系统是依托GE新华控制工程公司的OC6000e 组态平台，利用该软件平台的自带数据库及其

20、系统配置、组态建模和图形界面的编辑功能，实现机组运转时的性能监测和缺点诊断。OC6000e 软件是美国通用集团在其既有的分散式控制系统的根底上，结合其在电站控制方面的工程阅历所研发的控制系统，如图4 所示2.2 结合循环控制系统的设计2.2.1 动力配置将现有一台燃机改为燃机-蒸汽结合循环机组经过余热锅炉回收部分高温烟气的热量。必要时经过补燃的方式就可为余热锅炉提供能量，从而汽机处于全额发电形状，为电网提供足够电力。新系统动力配置如图1所示。思索到设备效率要素，结合循环上网功率可达44MW,可以满足两台紧缩机36MW的需求。图1 动力配置表示图Fig.1 Power configuration

21、 schematic方案中燃气轮机发电机组为一用一备，添加燃气进气冷却系统，确保机组在极端环境温度条件下的功率输出，最大限制提高燃气轮机的出力。同时配置双压补燃型余热锅炉，确保蒸汽轮机的出力。添加两台电动机用以驱动现有紧缩机。改造后的压气站工艺流程如图2所示 。2.2.2 主设备参数一燃气轮机参数表参数称号符号单位怠速形状最大形状极限运转值余热锅炉参数称号参数数值产品类型双压余热锅炉主汽蒸汽量t/h32主汽蒸汽压力MPa3.5主汽蒸汽温度43810补气蒸汽量t/h9补气蒸汽压力MPa0.15补气蒸汽温度140余热锅炉效率%75.7(三) 蒸汽轮机参数称号参数数值额定功率KW9000额定转速r/

22、min3000额定进汽压力及变化范围 MPa3.43-0.20.2 (绝对)额定进汽温度及变化范围435-15+10额定进汽流量t/h32补汽温度140补汽压力MPa0.15背压kPa5额定补汽流量t/h9汽轮机本体分量t462. 3 控制系统构成本改造方案为压气站新增的蒸汽轮机控制系统、水处置及水循环系统、余热锅炉HRSG控制系统、进气冷系统却等由一套双冗余分散控制系统DCS进展控制，在原厂DCS系统通讯时，同时将MARK VIe控制系统晋级为燃气轮机控制系统的MARK VIEW，控制系统构造如图3所示。图2 压气站工艺流程图Fig.2 Process flow chart of press

23、ure station新增的DCS系统采用GE新华公司OC6000e一体化控制平台系统。控制系统的网络分为一下两个部分：(1) PDH分类信息网络：冗余约100 Mbps，FT实时高速以太网。实时高速以太网在容错的根底上采取多重冗余技术；(2) UDH 单元控制信息网：100Mbps 实时控制信息网用于控制器之间的通讯，不直接对外开放。它提供燃机控制器、汽机控制器等系统间的高速端与端对等的通讯。带有稳定PDH双稳态双通道通讯网站的DCS MARK VIe系统的实现。 采用以太网TCP-IP GSM通讯协议。 Mark VIe系统配置站在GSM冗余接口上，站在DCS系统安装的多功能接口上，一切接

24、口站有两个网。整个通讯系统构成四个通讯通道，任何时辰有一个通道坚持任务，其他三个为备用通道，保证压气站DCS 系统与MARK VIe系统间的数据通讯的可靠性。新增DCS控制系统同样采用双冗余控制网络，与压气站原DCS系统经过PDH信息网进展数据通讯。两个操作员站在一同，一个工程师站和累积站。新增的汽轮机控制系统ETS、TSI、DEH、进气冷却系统、余热锅炉控制系统、水循环控制系统等均布置于新增DCS系统中。配置1 套GPS网络时间效力器，向全站各控制系统发送规范同步时钟信号。图3 压气站DCS系统构造图Fig.3 Structure diagram of DCS system主要控制功能2.4

25、.1机组启停过程的顺序控制主要包括：辅机运转，机组启动前预备，按紧缩机/余热锅炉/火/涡轮机顺序启动，机组正常停机，机组急停。结合循环机组在孤网条件下运转，根据需求，特别是锅炉，锅炉和涡轮机的苹果酒系统停顿逻辑和旁路系统维护逻辑。系统启动总体顺序：黑启动柴油发电机启动燃机辅助系统启动燃机发电机启动，燃机启动，稳定后并网余热锅炉和汽轮机辅助系统启动燃气余热送至余热锅炉余热锅炉启动汽轮机满足启动条件启动，稳定后并网单台紧缩机辅助系统启动单台紧缩机高压变频稳定启动第二台紧缩机辅助系统启动第二台紧缩机高压变频稳定启动2.4.2 回路控制主要控制进气冷却，紧缩机，并控制燃料的速度/负荷/燃料/温度/同步

26、控制，锅炉水位/温度/压力控制，汽轮机转速/负载/同步控制、孤网电压控制等。2.4.3 负荷控制详细阐明控制战略燃气轮机负载的变化可以最终改动，从而可以制造燃料行程规范FSR。燃气轮机 MARK VI控制系统经过接纳负荷中心的指令自动调整燃料基准运转方式来改动功率输出。燃气轮机在结合循环机组负荷控制中起主要作用。余热锅炉的负荷变化主要取决于燃气轮机的排烟温度和流量变化，由于三通挡板为全开、全关式，无法调理烟气流量，因此余热锅炉在结合循环机组负荷控制中起的作用有限。汽轮机的功率负荷变化是经过改动调理汽门开度来改动进汽量，进而控制汽轮机出力。在系统运转中汽轮机DEH系统经过接纳负荷中心的指令自动调

27、理进汽量来改动功率输出，由于汽轮机的进汽量需求余热锅炉来保证，从源头讲汽轮轮机的负荷变化依然依托燃气轮机的负荷变化，在结合循环机组负荷控制中起少量辅助作用。在孤网条件下，系统只需求接纳操作员输入的升负荷指令，自动调理负荷分配；而遇到甩负荷情况时，机组的负荷控需求更快速的呼应时间。2.4.4 频率控制 详细阐明控制战略孤网容量小，负荷变化频繁且复杂，在传统的奥术导航中，最突出的特点就是用户的负载经常在变化的情况下坚持自动电网周波的稳定，以保证每周一次的负载控制频率控制。一旦FM成为燃气轮机面临的主要问题，当电网出现功率负荷不平衡后，在控制系统设置不变的情况下，经过燃气轮机调理系统的反响动作改动输

28、出速度，使功率负荷到达新的平衡，频率恢复稳定。另外，综合思索燃气轮机热部件、余热锅炉的寿命等要素，对燃气轮机满负荷一次调频功能进展限制设置：以保证在机组可以接受的范围。这种设置可以确保燃气轮机、余热锅炉等设备平安。在FM的动作之后，稳定的频率最终转移到了等级。经过手动修正，Kreis系统的系统和系统控制系统的设置是额定范围，二次控制。2.4.5 控制系统BPS旁路系统包括控制、阀门及电动执行机构。在机组启动过程中，必需先启动高速启动，启动时间短，汽轮机损坏前的高压旁路，以满足机组的要求，汽轮机跳闸等维护动作 高压旁路也必需快速翻开，维护锅炉汽包超温超级压力。两种类型的旁路控制“自动和“远程控制

29、手册，优先于前者，并且在两种类型之间相互跟随和无干扰之间切换。旁路系统具备以下护功能：发电机甩负荷发电机油开关跳闸汽轮机跳闸，自动主汽门封锁蒸汽压力设置为平安维护设置值平安阀跳闸值略低。方案的难点和问题：孤网条件下，电网负荷变化大，动摇频繁，在遇到甩负荷情况时，燃机控制系统 MARK VI 可以完本钱可以一次及二次调频的任务，但是对于补燃型余热锅炉与汽轮机的发电机组来说 ，需求对调速调速系统及战略进展验证和优化，并在研讨结合循环整体的环境下进展测试。第三章 结合循环控制系统的建模结合循环的原理结合循环安装主要由三部分组成，即燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉，并且包括其所驱动的负载和一些辅助组成部分

30、。为了建立数学模型及仿真模型，并对其负荷变化时的控制战略和特性进展仿真研讨打下根底，首先对结合循环安装的任务原理和运转特性进展研讨。结合循环安装将燃气轮机做功后排出燃气所产生的余热利用起来，经过余热锅炉的换热，产生过热蒸汽带动蒸汽轮机发出功率，从而利用了余热多发出一部分功来驱动负载。结合循环安装将处于上层高温热力循环的燃气轮机和处于中低温热力循环的蒸汽轮机以一定的方式结合，组成一个总的能量利用系统24。它经过将燃机和汽机这两个早己成熟的动力安装结合起来，以到达将能量阶梯式利用的目的。图 2-1 为结合循环安装温熵图。图 2-1 结合循环安装温熵图由图中可以看出，A1代表燃气轮机发出的功，A2代

31、表蒸汽轮机发出的功，B与B2的面积之和为整个结合循环安装向外界散失的能量，结合循环安装的整体循环效率cc= (A1+ A2)/(A1+ A2+ B1+ B2)。所以，相比于单独的燃气轮机或蒸汽轮机，采用结合循环安装可以更充分的利用热能，将二者结合在一同的循环效率要显著的高于单独运用某一个机组。目前，普通燃气 - 蒸汽结合循环系统采用的余热锅炉熄灭式熄灭和再熄灭式。 非再燃式余热锅炉，回收锅炉回收燃气轮机废气余热，构造简单，投资少，由于额外加油，所以没有熄灭系统，因此它是高度可靠的，但燃气轮机 置换量，温度限制，余热锅炉蒸汽的蒸汽参数难以控制。 燃气轮机的压力太高，蒸汽参数的参数不容易。 这种类

32、型的余热锅炉出生蒸汽量低，对于非再燃式余热锅炉，至少一样的蒸汽发生流量耗费燃料锅炉比平常的78。【】在结合国流通体系中，每个设备都有各种功能。 由于外界环境的负荷和温度的变化，燃气轮机总是处于运转形状，燃气轮机的排气量和温度变化幅度大，速度快，汽轮机所需蒸汽热力参数要求稳定 如今还为时过早，即使滑动压力正在运转，也没有太大的变化。 接纳燃气轮机排气参数配合汽轮机和所需的蒸汽参数，同时需求余热锅炉运转，以顺应燃气轮机的变化，满足汽轮机的需求，余热锅炉 方式执行期间的热构造设计，系统控制等。本文中改造方案为补燃型余热锅炉，在电网负荷小范围变化时，燃气轮机担任对负荷变化进展调整，余热锅炉经过补燃方式

33、继续保证蒸汽轮机稳定在额定工况运转。在电网发生50%及以上甩负荷工况时，余热锅炉停顿补燃，蒸汽轮机滑压运转。因此在余热锅炉的建模过程中，将参照非补燃型余热锅炉的特点进展设计，并在控制系统模型中参与两种模型的切换。图2-1 结合循环控制系统表示图在图中2-2结合循环发电系统由燃气轮机和余热锅炉/汽轮机组成，燃气轮机控制系统主要由负荷/速度控制系统，温度控制系统，加速控制系统和紧缩机进口的指点者 控制系统，燃气轮机可调量：燃油流量w，紧缩机进口导向开度IGV。燃油流量是经过速度控制系统，温度控制系统和加速度控制系统完成的低级设计师。加速度控制系统在其中，实践加速度极限，燃气涡轮机的加速过程以限制系

34、统，甩负荷或启动燃气轮机瞬态过程中的旋转速度控制系统，以协助 动力学后的效果在允许范围内，温控人员实践限制其系统，调理系统调理燃气轮机燃油流量的超热熄灭，保证燃气轮机正常运转和运用寿命。高效率，预期的熄灭排气温度，接近知变化的规律逼近废热锅炉进气温度的设计。经过调理该要求，制成紧缩机入口导管IGV，并且在燃气轮机的方式期间，当设定涡轮排气温度保管背心。为此，结合国循环机构的任务方法构成以下一部分：1)负荷调理：呼应于负载参考速度，经过负载控制器负载快速添加经过减少给定单元的负载输出控制到达燃料规范，经过改动负载非负载控制器，负载控制器来改动速度控制器设置值 ，消防单位资料的用途。2)转速控制：

35、必需采取结合发电燃气轮机，控制系统，并经过调整方法进展负荷调整。 调理系统是一个比例调理器，与调理器的输出，调理器的输入，转速参考值与调理器输入的输入之间的偏向成正比。 在实践协调运转中，转速控制系统是调理燃气轮机输出的最根本的方式。 调整速度参考值图中的SET点 - 返工期间的SET点，输出的燃油参考值改动调整参考速度与实践实践转速之间的偏向，根据负载调整。3)加速度控制：为了限制燃气轮机机组的平安性，对燃气轮机加速度控制系统起到非常重要的作用，在某些特殊情况下保证其设定值不超越转子的角加速度。 在同一温度控制系统中，加速度控制系统效果有限，普通情况下无效，燃气轮机忽然断电威慑动态速度和启动

36、过程限制了汽轮机的启动加速率热量部分的热量减少 影响行动。 由于比例积分，加速燃油规范。 根据实践的加速度，积分结果降低到燃料规范的加速设定值，燃料量减少，加速度添加受限。4)温度控制：温度控制系统的主要作用是坚持进口限制涡轮机温度T3，在一定温度下涡轮机进口叶片损坏受损。 在排气温度下团队对涡轮进口温度的详细反响，即T3高，T4也升高；T3低，T4也降低。同时，由于T3过高，对其进展丈量的困难很大。因此，温度控制系统并不直接对T3进展控制，而是对T4进展控制，从而间接实现对T3进展调理。温度控制在结合循环发电厂中起着非常重要的作用。 温度控制正常紧缩机进气口调理走漏和调理燃油流量来调理温度，

37、温度控制器未调理，通常紧缩机进气口调理优先进展燃油控制。 紧缩机进口叶片改动风量调理熄灭器废气温度接近知规定的变化设计废热锅炉进气温度。 确保结合循环具有较高的热效率。根据以上分析，Upper先生的控制系统诞生了，燃油规范，这个燃油参考指令被选为最小值选择器，燃油供应系统的燃油参考指令最少。 从动态特性的角度来看，燃气轮机和汽轮机有许多不同点。 一个明显的区别是燃气轮机必需坚持维持大部分燃料流量所需的燃料流量。5)余热锅炉和汽机系统：补燃型 所以输出蒸汽联恒定与传统的锅炉涡轮式火力发电机组相比，再熄灭式余热锅炉无法实现的燃料调理转化为被动提供燃气轮机排气的热力涡轮机的机械性能，同时， 由于结合

38、循环机组产出比例较小约30201，通常对汽轮机的控制通常是简化的，以控制普通的汽轮机，最大余热利用气体， 汽轮机集成循环只适用于压力控制设计方式，而且更为普遍。但是对于燃机轮机排气温度503较低的本系统选择补燃型余热锅炉可以保证汽轮组的最大出力，从而保证电网有足够的电力拖动两台紧缩机。补燃新余热锅炉的输出蒸汽量可以视为恒定值。3.2 燃气轮机控制系统建模3.2.1 燃气轮机的模型燃气轮机是结合循环安装最主要组成部分之一，为建立合理的数学模型，现做出以下假设：1进入压气机的空气的温度等于外界环境温度；2进入压气机和透平内作为工质的气体被以为是理想气体； 3气体作为工质与外界进展热量交换的过程中，

39、焓的变化相对很小，热传送量可以忽略不计； 4燃料在熄灭室内充分熄灭。 燃气轮机模型的建立分为多个模块，经过将各个部件的模块分别建模，然后连结成为整体的燃气轮机模型。一压气机模块紧缩机的作用是对空气中的紧缩进展恒定的压力，然后与熄灭室和燃料混合。 提高燃料对高压空气的熄灭效率的任务原理是经过气体的增压强度和能量向高速旋转叶片逐渐提供熄灭室完全熄灭。假设将压气机内部作为工质的空气在流动时的质量和动量视为近似于零，且以为压气机内部与外界的能量损失和压气机内部的容积可以忽略不计，那么压气机部件的特性方程可确定如下： c=f1(GinT1P1 ,n/T1 ) (4-1)c=f2(GinT1 P1,n/T

40、1) (4-2)式中1，2是压气机特性函数，可由压气机特性曲线获得本文采用模块库中的二维查表函数模块方式，经过设置离散点的数值，采取线性插值法计算压气机任务特性，然后采用外插查表模块的方式对其特性进展描画。然后，经过与不同的转换速度不同的转换流量来计算紧缩机的紧缩比效率。其中n/T1为折合转速，GinT1/P1为折合流量，Gin为进口流量，T1为进口温度，P1为进口压力，c为压比，c为效率。T1= TaT2= T11+ckc-1kc-1c (4-4) P1=Pa1-1 (4-5)P2=cP1 (4-6) Nc=GinCpa(T2-T1) (4-7)式中，1为压力损失系数，Pa为大气压力，Ta为

41、大气温度，T2为出口温度，kc为空气比热比，P2为出口压力，Cpa为空气的定压比热，Nc为压气机功耗。二容积模块在各个部件之间，工质流动时，其衔接空间可近似看作一个整体部分35，即为容积模块。由于工质在不同部件间迅速流动，滞留的时间短，所以近似的以为工质向外界环境的热量损失以及进出容积模块的压差可以忽略不计。对于衔接部分工质的纯流动，计算容积模块入口和出口之间的流量差而产生的压力差，以为容积内工质的平均压力为 P，容积模块的数学方程为：dpoutdt=RTinv(Gin-Gout) (4-8)式中，Pout为容腔出口总压，R 为气体常数，Tin为容腔进口总温，V 为容积，t 为时间，Gin、G

42、out分别为容腔进出口流量。图 容积，模块三熄灭室模块在熄灭室中，高压的空气被继续不断的送入，与燃料混合后并充分熄灭，产生作为工质的高温燃气，以驱动透平发出功率。熄灭室的出口压强P3=P2b (4-9)式中，P2、P3分别为熄灭室进出口压强，b为熄灭室压力恢复系数。 熄灭室的出口温度为：T3=GincpT2+LHVbGf(Gout+Gf)cpT2+LHVbGfGoutcp (4-10)式中，G为燃料流量，Gin、Gout分别为进、出口空气流量，cp为燃气比热， b为熄灭室效率，LHV 为燃料低位发热值。图 熄灭时模块四透平模块在熄灭室中产生的燃气进入透平中作为工质发出功率。燃气轮机的透平产生的

43、功可以分为两部分，一部分功用来带动压气机继续不断的紧缩进入的空气，另一部分功传送给动力透平，输出功率带动负载任务。可见，燃气在透平中发出的功一定包含了带动压气机给空气升高压力的那部分功，剩下的一部分功用来传送给动力涡轮输出给外界负荷。透平入口流量和透平效率与透平膨胀比的关系为：Gcor=f3(t)t=f4(t) (4-11)Gin=GcorpinTin (4-12)式中，Tin为透平入口温度，Pin为透平入口压强，t为透平的膨胀比。透平发出的功率为：Nt=GinCPTin-Tout (4-13)透平的出口温度为：Tout=Tin(1-|1-tRCP|t) (4-14)式中，Tin，Tout分别

44、为透平入口和出口的温度，cp为燃气定压比热，R 为气体常数， Gin为透平的入口流量。透平出口压力为：Pout=Pint (4-15)五转子模块转子存在于燃气轮机的高、低压压气机涡轮和动力涡轮，其中压气机部分转子的负荷为压气机耗费的功，动力涡轮转子的负荷为外界负载所需求的功率。转子具有的转动能随转子转速的大小而改动。当转子的转速稳定不发生变化时，转子发出的功与转子耗费的功相互平衡36。当转子上发出和耗费的功不能相互平衡时，转子的转速就处于变化过程中。由动量守恒关系得出，转子的动态方程可表达为：式中， Nt、Nl分别为转子输出的功率和负荷耗费的功率。Jddt=Nt-N1 (4-16)=2n60

45、(4-17)图 转子模块模型六燃气轮机整体模型燃气轮机整体模型由压气机、熄灭室、高、低压透平、动力透平、容积模块、转子模块等部分所构成，图 4.6 为将子系统封装的燃气轮机整体模型。图 4.6 燃气轮机整体仿真模型余热锅炉-汽轮机系统模型本文以某单压无补燃余热锅炉为研讨对象。余热锅炉的换热过程实践上是利用燃气轮机的排气所产生的余热，加热水产生过热蒸气的过程37。在废热锅炉中，为了吸收果酒机械的热值，由于废热锅炉烟气和废气烟气之间的热量差，可以建立热平衡关系，以此建立余热锅炉的数学模型。 为最终做到准确合理的对余热锅炉模块进展数学描画，在建立模型之前先做以下假设： 1从给水泵的给水不含蒸汽； 2

46、以为水是不可紧缩的流体，各部件间不饱和水的密度近似相等；3省煤器内冷水比热为常数； 4思索到蒸汽锅筒壁的温度和饱和蒸汽锅筒内部的温度是一样的，即在动力学过程中工件与壁之间传热的蒸汽锅筒； 5以为烟气是理想气体，不思索烟气流动时的阻力，并且进入和流出余热锅炉的烟气流量相等。余热锅炉和汽轮机工艺流程图，余热锅炉利用余热预热加热汽轮机旋转任务，供水发电，汽轮机，结合国循环发电厂的功率密度约为30 循环发电厂的重要组成部分。由图 4.7 的余热锅炉汽机简要流程图中可以看出，余热锅炉吸收燃气轮机的排烟热量，在汽包及过热器中产生蒸汽m，再经过进汽控制阀，进入蒸汽轮机作功。 燃气放出的热量Qg取决于燃气轮机

47、的排气流量和温度。Qg=mgas(CpinTgasin-CpoutTgasout)其中：Cpin和Cpout为进口燃气的定压比热，mgas为燃气质量流量，Qg为燃气热量，Tgasin和Tgasout分别为燃气进出口温度。水在余热锅炉中吸热变成水蒸汽，吸热量为Q。Q = Qg HRSG其中HRSG换热效率，焓值升高，即：Q=mshs-mwhw式中hs为主蒸汽焓值，hw为汽包给水焓值。所以余热锅炉中产生的蒸汽量ms随吸热量Q添加而添加。流出过热器的蒸汽质量流量ms与汽包压力p及主蒸汽阀前压力pt的差值的平方根成正比。即：ms=kp-pT (4-22)图 余热锅炉仿真模块蒸汽轮机的控制方式有两种方式

48、，即滑压运转和定压运转。本文研讨的蒸汽轮机模在正常运转型及小额负载30%变化时余热锅炉坚持定压运转，在较大负荷变化时，余热锅炉停顿补燃，汽轮机功率完全由燃气轮机排气决议与滑压运转方式类似，但是机组将切换到频率控制，进气门开度参与调速系统控制。在结合循环发电机组整体输出功率中，燃气轮机的输出功率占比超越70%，而蒸汽轮机的输出功率只占不到30%。所以当蒸汽轮机采用类似滑压运转的方式时，进入蒸汽轮机做功的过热蒸汽完全由余热锅炉换热获得，蒸汽轮功率完全由燃机排气参数决议。 蒸汽轮机在较大工况变化时，其压力、流量、温度等可由 Flugel 公式表达：MstMsto=Tst10Tst1Pat12-Pst

49、22pst102-pst202 (4-23)Mst=MstoTst10Pst102-pst202Pst12-Pst22Tst1=K0Pst12-Pst22Tst1 (4-24)其中K0有蒸汽轮机额定工况决议：K0=Mst0Tst10pst102-pst202 (4-25)式中，Mst为蒸汽流量，Tst1为蒸汽轮机进口蒸汽温度，Pst1、Pst2分别为蒸汽轮机进出口蒸汽压力，标 0 表示设计工况参数。MstMst0=FspstpstoTst10Tst1 (4-26)Fs随进汽调理阀的关小而减小，阀门全开时Fs= 1。蒸汽轮机的输出功率为：Nst=Mst(hst1-hst2)st (4-28)式中

50、，hst1、hst2为蒸汽轮机进出口焓值，Mst为主蒸汽流量， Nst为蒸汽轮机输出功率，st为蒸汽轮机效率。图 蒸汽轮机仿真模块3.5 结合循环整体模型 结合循环模型由燃气轮机组成：预热锅炉和汽轮机三部分。 该模型按照一定的规那么将三个模块组合在一同，结合一定的规那么，结合三个模块。 以下图显示了这三个模块之间的关系。图 非补燃结合循环构造表示图无害可燃气体1在蒸汽结合循环系统中，最显着的特点是确定燃气轮机的系统的运转形状，燃气轮机的方式曾经确定。 在该系统中，余热锅炉随动燃气轮机，汽轮机跟随锅炉，整个燃气轮机调整整个系统的负荷，当然，在没有余热锅炉再熄灭的情况下，可以调整蒸发量的调整量，旁

51、通阀 开放程度。 但其调整意味着能源效率会导致系统热效率的不利影响。图 补燃结合循环构造表示图补燃型结合循环最大的特点是余热锅在经过可以经过燃料补燃，保证输出蒸汽量的稳。因此汽轮发电机组可以保证输出额定功率。 这样结合循环的仿真控制系统图如下：图 结合循环控制系统仿真图控制系统经过调理输入燃气轮机的燃料流量来对结合循环安装的负荷工况进展控制。其中燃料流量经燃气轮机转速调理系统、透平入口温度控制器和超速控制器 3 个控制器调理后经过最小值选择，输出最小的燃料信号，经过燃料供应模块输出调理进入熄灭室的燃料流量。普通情况下，在结合循环安装稳定运转时，燃气轮机的动力涡轮转速调理系统起主要调理功能，对燃

52、机动力涡轮转速和结合循环安装的输出功率进展控制。3.6 本章小节第四章 基于粒子群优化算法的PID控制4.1 PID控制器与粒子群PSO算法原理引见4.1.1 原粒子群优化算法4.1.1.1算法原理自19世纪以来，经过模拟生物层的作用途理问题，曾经成为新的研讨热点，构成了以群体智能为中心的实际体系， 运用运用的突破性开展【43】。本文仅以蚁群体的代表为实现方式，蚁群食物采集过程蚁群优化的蚁群优化算法和模拟鸟群运动方式粒子群算法的粒子群优化算法，搜集到的。 粒子优化算法是基于Eberhart和Kennedy的1995年演化计算技术的开展【44】，它可以作为非质量体积粒子的个体运用，其粒子的动作调

53、理容易，不完全粒子群，可以使器具有优越特性的处理方案，复杂性问题。POS本身问题后，其概念简单，实现方便，在短时间内成为研讨的重点，曾经在IEEE会议演化计算CEC专栏“ 讨论的详细主题。在这个PSO中，一切的处理方案都是“鸟，“粒子。作为第一个PSO随机粒子，它是迭代和优化的。 每次迭代更新都追踪粒子的两个“极值：一个极值pBest称为最优解;另一个极值是整个极值的最优值。这个极值微粒位置为Xi=(xi1,xi2,xiN)T，这个速度为Vi=(vi1,vi2,viN)T，个人极值显示为Pi=(pi1,pi2,piN)T，作为一个粒子他本人的飞行阅历。全局极值表示为Pg=(pg1,pg2,pg

54、N)T，作为一个团体的阅历。粒子是经过他的阅历和团体阅历决议下一个运动。对于第k + 1次迭代，经过以下等式改动为一个粒子：Vidk+1=Vidk+c1r1Pid-Xidk+c2r2Pgd-XidkXidk+1=Xidk+Vidk+1式中,i=1,2,M,M 是组中的粒子总数。d =1,2N,N为处理空间的维度，即参数个数。加速因子c1、c2 分别调理向量pBest 和gBest 方向飞行的最大步长，适宜的c1、c2 他可以快速交融并落入当地。最大速度Vmax 决议了问题空间搜索的粒度，粒子的一维速度Vid,都会被限制在 -vdmax,+ vdmax 之间，假设间隔在搜索空间中定义了d的定义-

55、xdmax,+ xdmax, 那么通常 vdmax=k xdmax，0.1k0.2，每一维都用一样的设置方法 4-1 45。由上式可以看出，公式(5-1)主要经过三部分来计算粒子i 更新的速度：粒子i前一时辰的速度vidk ，粒子位于当前位置和他们的位置的间隔 Pid-xidk。粒子Pgd-xidk。粒子Pgd-xidk经过公式计算新位置的坐标。粒子挪动原理如图4-1 所示：图 粒子挪动原理图Fig. 4-1 Moving principle of particles式(5-1) 被称为第一部分，动量部分，粒子本身在运动形状中提供了置信度，粒子做出必要的量，以本人的速度，惯性运动；第二部分代表

56、个体对个体认知的部分，它是粒子本身思想的概念；被称为san先生，社会认知的部分与粒子之间的信息共享协作，并且导致粒子粒子群之间的最高位置4-1 46。公式(5-1)的多样化(diversification)的特点对应于第1段，第二和第三项对应于对应于搜索过程集中(intensification)的特征，我们经过这三者之间的相互平衡来确定算法的主要性能。4.1.1.2 算法参数(1) 粒子群大小M：由于粒子群的大小的选择，虽然是特定的问题，但设置粒子的总数为2050。 现实上，大多数的问题谷物都可以获得好的效果，而且还会遇到难题或特定类型的问题，粒子数量和200个。 (2) 粒子的长度N ：即是

57、问题解空间的维数。 (3) 颗粒最大速度Vmax：颗粒速度空间中一切尺寸的最大速度极限值Vmax，假设与速度控制范围内的颗粒速度一同运用，确定空间搜索问题和粒度。 其价值通常由用户本人设定。 Vmax是一个非常重要的参数。 假设Vmax值能够较大，那么颗粒表现出优良的面积;另一方面，假设Vmax值较小，那么颗粒能够无法在除最正确区域以外的区域充分地探测。 实践上，它们能够落入足够远的部分最正确挪动间隔 ，以到达理想位置空间的部分区域。假设间隔在搜索空间中定义了d的定义 -xdmax,+ xdmax，那么通常vdmax=k xdmax,0.1k0.2, 1维度全部运用一样的设置方法。(4) 加速

58、定数c1、c2：分别调理向量 pBest 和gBest 方向飞行的最大步长，确定的粒子个体阅历和群体阅历是粒子运转轨迹的影响，反射粒子群之间的信息交换。 假设c1=0，粒子是一个群体的阅历，其收敛速度比部分最优；假设 c2 =0，没有关于粒子群的共享信息，并且经过获得行进的M的单个粒子来获得规模的M个群的等价性，那么解的概率很小，因此普通安装c1=c2。 这个常数阐明系统的“张力变化，较低的c1、c2 值使得粒子彷徨在远离目的的区域，较高的c1、c2值产生峻峭的运动或越过目的区域。Shi 和 Eberhart 建议，为了平衡随机要素的作用，普通情况下设置c1=c2=2，大部分算法都采用这个建议

59、。 (5) r1、r2：是介于0,1 之间的随机数。 (6) 迭代终止条件：普通设为最大迭代次数 Tmax、计算精度或最优解的最大凝滞步数t。 4.1.1.3 算法边境条件它需求真实的空间，可以限制在正常的过程运用程序。如何设置边境： (1) 吸收壁：解空间运动，允许粒子朝向某个上游粒子碰撞解空间的边境，其速度与0一样。 在这个意义上，边境壁吸收了吸收空间粒子的能量。 (2) 反射墙：粒子在某些风中解开空间边境，粒子在熔化空间中反射。 (3) 墙：粒子无拘无束的运动。 但是，在空间中逃逸粒子的粒子必需计算顺应值。 该技术基于对溶液空间中的颗粒的评价，从而节省了由颗粒节省的时间。4.1.1.4

60、算法的步骤(1) 初始化粒子群：给定群大小M，解空间维数N，随机产生的一切粒子的位置Xi，速度Vi。 (2) 基准测试函数fx计算每个粒子的当前顺应值。 (3) 更新个体极值：经过比较第i个粒子的当前自顺应值fXi和同一个粒子的个体极值Pi自顺应值来进展一切人类粒子的自顺应极值的评价，假设前者更新为Pi ，Hold Pi不会改动。(4) 更新全局极值：从一切Pi中选出最好的，作为全局极值Pg 。 (5) 更新更新速度和位置公式5-1以更新一切粒子的速度Xi和位置 Vi。 (6) 检查必需检查条件能否满足，否，那么退出；否那么，转至步骤(2)。4.1.1.5 算法的复杂度分析： (1) 需求对