超临界机组协调系统频域分析及自抗扰控制

发布时间：2017-03-22 05:00

  本文关键词：超临界机组协调系统频域分析及自抗扰控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超临界火电机组因其具有效率高、排放低等优点逐渐成为我国电网的主力机组。而随着用户对用电质量需求的日益提高和具有随机性特征的风能、太阳能等新能源的大规模并网,使得超临界机组参与电网调峰调频已成为常态。为确保电网供电质量,对机组的协调控制品质提出了更高的要求。常规PID协调控制策略缺乏量化概念,引入了较多的辅助环节和非理论的技巧成分,使得机炉协调控制的结构非常复杂,参数整定调试不但繁琐耗时更依赖于经验,往往导致机组协调控制品质无法满足电网要求。自抗扰控制(ADRC)通过扩张状态观测器(ESO)对不确定总和扰动量的实时估计及动态线性补偿,使非线性系统变为易于设计的串联积分器型,可有效提高复杂系统的控制品质。线性自抗扰控制(LADRC)因其反馈结构和ESO采用线性形式,使得自抗扰控制的理论分析得以进一步发展,又由于其参数整定大大简化,便于实际应用。应用研究表明LADRC对复杂非线性不确定对象具有很强的控制能力。为此,本文将线性自抗扰控制技术应用于超临界机组协调控制。针对某超临界机组协调系统的控制结构和动态特性进行研究,采用改进遗传算法对系统模型进行辨识,基于伪对角化对所辨识模型进行了频域分析并进行静态解耦,在此基础上设计了超临界机组协调系统自抗扰控制方案,并开展了深入的仿真实验研究。论文主要工作如下：1、以某超临界机组为对象,借助该机组的全范围仿真机进行多变量协调系统的阶跃扰动试验和系统动态特性分析；对协调系统的现有逻辑控制结构进行分析和简化,给出该协调系统所用控制器的复杂非线性模型,并对其特点进行了深入分析。2、利用Matlab与该机组全范围仿真机实时通讯,获取机组变负荷仿真运行数据,应用改进的遗传算法对机组协调系统不同负荷点的模型进行辨识,阶跃响应结果表明所辨识模型可靠；利用逆奈奎斯特阵列法对上述模型进行频域分析,基于伪对角化对系统了进行静态解耦设计,便于后续系统控制器设计。3、对线性自抗扰控制器的结构进行了分析,研究了其参数整定规律,为基于LADRC的协调系统控制器设计和优化奠定了基础；将伪对角化解耦和线性自抗扰技术结合,在Simulink环境下建立了超临界机组的协调系统对象及自抗扰控制模型,进行了负荷及主汽压力的定值扰动仿真实验。仿真结果表明所提出的基于伪对角化的LADRC控制策略明显优于同结构的PID控制。4、在Star-90仿真系统的准现场环境下,构建了三种不同的协调系统复合自抗扰控制器：基于Star-90和Matlab混合编程的协调系统复合自抗扰控制器设计,该策略便于自抗扰控制器的各参数的实时观测和整定,便于对历史实验数据的分析、查询和调用,为实际应用奠定基础;采用Star-90仿真平台自有模块搭建协调系统的复合自抗扰控制器,该策略更接近于在电厂DCS系统上的工程组态和实际应用；在Star-90仿真平台,采用C++编程设计LADRC的ESO并将其嵌入仿真机,结合自有模块搭建协调系统的复合自抗扰控制器,该策略能有效提高算法所用机时,提高系统控制性能。给出了控制器参数的整定规律,仿真验证了控制器及参数整定方法的有效性,为LADRC应用于实际的电厂控制奠定了良好的基础。
【关键词】：超临界机组协调系统 自抗扰控制 多变量频域分析 扩张状态观测器 系统辨识 伪对角化解耦
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 选题背景及意义15-16
• 1.2 超临界机组协调控制系统的发展及研究现状16-23
• 1.2.1 机组协调控制任务及存在问题16-17
• 1.2.2 单元机组协调控制系统建模研究现状17-19
• 1.2.3 单元机组协调系统控制策略研究19-23
• 1.2.4 超临界机组协调控制系统面临问题23
• 1.3 自抗扰控制技术研究现状23-25
• 1.3.1 国内研究概况24-25
• 1.3.2 国外研究概况25
• 1.4 课题主要内容25-27
• 第2章 超临界机组协调系统动态特性及控制逻辑分析27-45
• 2.1 超临界直流炉的基本概念和特点27-30
• 2.1.1 超临界直流炉基本概念27-28
• 2.1.2 直流炉的特点及运行方式28-29
• 2.1.3 超临界直流炉机组的发展29-30
• 2.2 超临界机组协调控制系统的基本概念及控制方式30-31
• 2.3 Star-90仿真平台与Matlab通讯程序设计31-34
• 2.3.1 Star-90仿真平台32
• 2.3.2 Star-90与Matlab的UDP/IP通讯结构32-33
• 2.3.3 Star-90与Matlab的UDP/IP通讯流程图33-34
• 2.4 鹤壁电厂超临界机组协调控制系统结构特性分析34-44
• 2.4.1 数据获取及系统动态特性分析34-37
• 2.4.2 机组现有协调控制逻辑结构及其简化37-41
• 2.4.3 机组现有协调控制器模型41-43
• 2.4.4 机组现有协调控制方案分析43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第3章 超临界机组协调系统模型辨识及其频域分析45-69
• 3.1 超临界机组协调系统模型辨识46-63
• 3.1.1 改进遗传算法系统辨识原理46-53
• 3.1.2 超临界机组协调系统辨识模型及相关参数53
• 3.1.3 超临界机组协调系统模型的遗传算法辨识53-59
• 3.1.4 协调系统辨识模型阶跃响应分析59-63
• 3.2 超临界机组协调系统的频域分析63-68
• 3.2.1 对角优势分析原理63-64
• 3.2.2 超临界机组协调系统的频域分析及解耦设计64-68
• 3.3 本章小结68-69
• 第4章 自抗扰控制技术及其仿真研究69-84
• 4.1 ADRC的结构及工作原理69-75
• 4.1.1 非线性的ADRC结构原理及特点70-72
• 4.1.2 线性ADRC结构原理与特点72-75
• 4.2 线性自抗扰控制参数整定75-79
• 4.2.1 LADRC参数整定规律75-76
• 4.2.2 LADRC参数整定方法算例76-79
• 4.3 基于伪对角化的超临界机组协调系统自抗扰控制Matlab仿真79-83
• 4.3.1 基于伪对角化的超临界机组协调系统自抗扰控制仿真80-82
• 4.3.2 超临界机组协调系统自抗扰控制的频域分析82-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第5章 协调系统自抗扰控制在Star-90仿真平台的实现84-104
• 5.1 Star-90仿真平台与Matlab下编制LADRC算法的实验84-94
• 5.1.1 Star-90与Matlab算法的UDP/IP通讯结构84-85
• 5.1.2 Star-90与Matlab编写的LADRC通讯流程图85-87
• 5.1.3 Star-90与Matlab混合LADRC控制仿真实验87-94
• 5.2 Star-90仿真平台自有模块搭建协调系统的自抗扰控制94-98
• 5.2.1 汽机侧LADRC的设计94-95
• 5.2.2 锅炉侧LADRC的设计95-96
• 5.2.3 机炉协调系统LADRC控制的仿真实验96-97
• 5.2.4 仿真机中LADRC参数的整定规律97-98
• 5.3 Star-90仿真平台上C++编程设计协调系统自抗扰控制器98-102
• 5.3.1 用C++编程设计LESO98-100
• 5.3.2 协调系统自抗扰控制模块搭建及仿真实验100-102
• 5.4 本章小结102-104
• 第6章 结论与展望104-107
• 6.1 全文总结104-105
• 6.2 展望105-107
• 参考文献107-118
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果118-119
• 攻读博士学位期间参加的科研工作119-120
• 致谢120-121
• 作者简介121

【参考文献】

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本文编号：260878