電站優(yōu)化控制

1、電站最新優(yōu)化控制技術(shù)電站最新優(yōu)化控制技術(shù)及節(jié)能減排措施及節(jié)能減排措施前幾年國(guó)內(nèi)電站機(jī)組應(yīng)用優(yōu)化控制軟件的前幾年國(guó)內(nèi)電站機(jī)組應(yīng)用優(yōu)化控制軟件的幾乎沒(méi)有！幾乎沒(méi)有！ 原因： 1.前幾年國(guó)家對(duì)節(jié)能減排還沒(méi)現(xiàn)在這么重視； 2.沒(méi)有成熟、效果明顯的電站優(yōu)化控制軟件產(chǎn)品； 3.國(guó)內(nèi)沒(méi)有成功應(yīng)用的樣板機(jī)組； 4.個(gè)別優(yōu)化控制軟件在電站實(shí)施結(jié)果不理想：失敗或效果 不明顯； 5.電站技術(shù)人員對(duì)優(yōu)化控制軟件的內(nèi)容不了解，持排斥態(tài)度?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾臺(tái)機(jī)組現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾臺(tái)機(jī)組應(yīng)用了優(yōu)化控制軟件！應(yīng)用了優(yōu)化控制軟件！原因： 1.這幾年國(guó)家對(duì)節(jié)能減排高度重視，各行各業(yè)都在尋求節(jié)能減排新技術(shù)； 2.電站發(fā)電成本隨著燃料

2、成本的大幅度提高而急劇上升，采取節(jié)能措施成為勢(shì)在必行； 3.國(guó)家對(duì)企業(yè)污染物排放的限制更嚴(yán)格，電站必須采取新的減排技術(shù)降低污染物的排放才能滿(mǎn)足國(guó)家的環(huán)保要求，以維持企業(yè)的正常運(yùn)行； 4.國(guó)外電力設(shè)備生產(chǎn)廠家為提高在中國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力率先開(kāi)發(fā)出電站優(yōu)化控制軟件產(chǎn)品； 5.國(guó)內(nèi)已有電站優(yōu)化控制軟件成功應(yīng)用的樣板機(jī)組； 6.已有成熟的優(yōu)化控制軟件在電站應(yīng)用顯現(xiàn)效果； 7.電站普遍采用的PIDPID控制方法在優(yōu)化方面存在很大局限，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排只能依靠先進(jìn)的智能控制技術(shù)，電站技術(shù)人員的目光開(kāi)始轉(zhuǎn)到各種優(yōu)化控制軟件，開(kāi)始持接受態(tài)度。 國(guó)內(nèi)電站應(yīng)用優(yōu)化控制軟件實(shí)例(部分） 1.西門(mén)子公司的PROFI優(yōu)化控制軟件

3、 應(yīng)用電廠：國(guó)華公司下屬多個(gè)600MW電站 主要控制范圍：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、主蒸汽溫度控制系統(tǒng) 2.霍尼韋爾公司的UES優(yōu)化控制軟件 應(yīng)用電廠：上海金山石化熱電廠循環(huán)流化床鍋爐 主要控制范圍：主壓力控制、鍋爐負(fù)荷優(yōu)化分配控制、燃燒系統(tǒng)控制、 汽輪機(jī)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配、主蒸汽溫度控制。 3. GE公司的KN3優(yōu)化控制軟件 應(yīng)用電廠：上海閔行電廠 主要控制范圍：主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、氧量、一次風(fēng)和二次風(fēng)等。 4.清華大學(xué)電廠優(yōu)化控制軟件優(yōu)化軟件實(shí)際應(yīng)用效果(1)： 設(shè)定的蒸汽母管壓力的“通道”寬度為0.2MPa，床溫控制的“通道”寬度為15，控制的床溫標(biāo)準(zhǔn)差1，蒸汽溫度“通道”寬度為2 ，控制的蒸汽溫度標(biāo)

4、準(zhǔn)差0.5 ，煙氣含氧量的標(biāo)準(zhǔn)差0.1%，二氧化硫的標(biāo)準(zhǔn)差25mg/m3。優(yōu)化軟件實(shí)際應(yīng)用效果(2)： 先進(jìn)燃燒控制的策略和實(shí)施，使循環(huán)流化床鍋爐控制變量的變化幅度顯著減小，圖顯示了床溫控制七天記錄曲線：前六天鍋爐的燃燒控制處于常規(guī)的PID控制下，床溫變化幅度為15，第七天為投入先進(jìn)燃燒控制后的床溫記錄曲線，其變化幅度減少為4，大大地提高了燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 優(yōu)化軟件實(shí)際應(yīng)用效果（3）： 外加10%的負(fù)荷擾動(dòng)后，對(duì)蒸汽母管壓力、蒸汽流量、蒸汽溫度和煙氣含氧量調(diào)節(jié)過(guò)程的記錄曲線。其中：蒸汽母管壓力變化幅度0.07MPa、蒸汽溫度變化幅度1，床溫變化幅度4，煙氣含氧量變化幅度0.4%。優(yōu)化控制軟件

5、應(yīng)用成功的基礎(chǔ)之一 采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)！ 普通的PID控制算法已難以適應(yīng)電站生產(chǎn)過(guò)程控制的要求，更無(wú)法滿(mǎn)足電站優(yōu)化控制的需求。要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，必須對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，而只有采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)才能達(dá)到控制系統(tǒng)優(yōu)化的目的。 電站生產(chǎn)過(guò)程被控對(duì)象的特點(diǎn)： 時(shí)變、非線性、強(qiáng)耦合、干擾多、大遲延 有足夠精度的、足夠豐富的測(cè)量信號(hào)作為先進(jìn)智能控制的依據(jù)。 以原來(lái)傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)采用的一些控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化已不夠用，需要引入更多的信號(hào)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目的，甚至需要借助軟測(cè)量技術(shù)來(lái)計(jì)算某些生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法測(cè)量的但又必須的重要參數(shù)。 優(yōu)化控制軟件應(yīng)用成功的基礎(chǔ)之二例如：以循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中： 在一次

6、風(fēng)減小的階躍擾動(dòng)下，床溫先下降，接著上升穿過(guò)初始值的位置，最終上升到其正的穩(wěn)態(tài)值。這是在復(fù)平面的右半平面存在零點(diǎn)的逆向響應(yīng)的系統(tǒng)。 121121211ssVKKGseeTsT s被控對(duì)象的逆向特性導(dǎo)致PID算法的控制結(jié)果的發(fā)散！ PID算法不可能實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制！解決辦法： 1.采用智能算法代替PID算法； 2.采用軟測(cè)量技術(shù)估算循環(huán)流化床床上的燃料存量等參數(shù)參與控制，克服循環(huán)流化床的遲延性； 保證采用軟測(cè)量技術(shù)進(jìn)行估算的精度的前提是： 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)理的深入研究和掌握。優(yōu)化控制軟件應(yīng)用成功的基礎(chǔ)之三擁有特性良好的執(zhí)行器（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門(mén)或擋板） 只有聰明的大腦，手腳不靈活是干

7、不好活的! 值得引起重視的是：電站控制系統(tǒng)品質(zhì)不佳，原 因之一就是執(zhí)行器特性太差！例：人工汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)人工汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖：自動(dòng)汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)：自動(dòng)汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖：優(yōu)化控制軟件應(yīng)用成功的基礎(chǔ)之四 需要一個(gè)有一定技術(shù)水平、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)試維護(hù)團(tuán)隊(duì)！先進(jìn)的智能控制技術(shù)簡(jiǎn)介一、先進(jìn)的智能控制技術(shù)有： 1.現(xiàn)代控制理論 2.模糊控制技術(shù) 3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 4.預(yù)測(cè)控制 5.遺傳算法 等等通常是一種基于模型的控制策略，根據(jù)輸入/輸出有關(guān)信 息建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；先進(jìn)控制通常用于處理復(fù)雜的多變量過(guò)程控制問(wèn)題；先進(jìn)控制的實(shí)現(xiàn)需要足夠的計(jì)算能力作為支持。二、先進(jìn)智能控制的特點(diǎn)二、先進(jìn)智能控制的特點(diǎn)三、先進(jìn)控制

8、和實(shí)時(shí)優(yōu)化帶來(lái)的效益 提高生產(chǎn)能力； 降低能源消耗，保護(hù)環(huán)境； 更接近約束的平穩(wěn)操作； 更穩(wěn)定、響應(yīng)更快的生產(chǎn)操作； 有效地控制長(zhǎng)滯后和強(qiáng)關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。四、電廠生產(chǎn)過(guò)程被控對(duì)象的特點(diǎn)及其對(duì)先進(jìn) 智能控制技術(shù)的要求 被控對(duì)象特性隨工況的變化而變化 智能控制算法必須有自適應(yīng)功能！ 多變量強(qiáng)耦合 智能控制算法必須有解耦功能！ 非線性 智能控制算法必須能適應(yīng)非線性被控對(duì)象！ 遲延大 智能控制算法必須必須具有預(yù)測(cè)功能！五、先進(jìn)的智能控制技術(shù)簡(jiǎn)介1.模糊控制技術(shù)本質(zhì)：模擬熟練操作員手動(dòng)操作的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)：通過(guò)IF語(yǔ)句判斷當(dāng)前工況，用THEN語(yǔ)句實(shí)施控制作用優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化后的模糊控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施非常方便缺點(diǎn)：帶自適應(yīng)功能

9、的模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)比較難應(yīng)用情況：有業(yè)績(jī)，但效果不明顯五、先進(jìn)的智能控制技術(shù)簡(jiǎn)介2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)：模擬人腦神經(jīng)元的活動(dòng)，根據(jù)被控對(duì)象輸入輸出對(duì)應(yīng) 數(shù)據(jù)擬合出被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或裝置的輸入輸出數(shù)據(jù)自動(dòng)訓(xùn)練神經(jīng) 元，建立此設(shè)備或裝置的數(shù)學(xué)模型優(yōu)點(diǎn)：具有自適應(yīng)和優(yōu)化功能缺點(diǎn)：運(yùn)算比較復(fù)雜應(yīng)用情況：已有業(yè)績(jī)，而且有一定效果五、先進(jìn)的智能控制技術(shù)簡(jiǎn)介3.預(yù)測(cè)控制技術(shù)本質(zhì)：采用模型辨識(shí)技術(shù)通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得過(guò)程模型，再根 據(jù)過(guò)程模型預(yù)測(cè)過(guò)程未來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)建立過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)模型上的 輸出和過(guò)程實(shí)際輸出的偏差修正模型優(yōu)點(diǎn)：具有自適應(yīng)和預(yù)測(cè)功能缺點(diǎn)：運(yùn)算和建模比較復(fù)雜

10、應(yīng)用情況：已有業(yè)績(jī)，而且效果顯著五、先進(jìn)的智能控制技術(shù)簡(jiǎn)介4.遺傳算法本質(zhì)：模擬生物適者生存、優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)：模擬生物雜交、變異過(guò)程，保留優(yōu)勝個(gè)體，淘汰劣質(zhì) 個(gè)體，直至獲得最佳個(gè)體優(yōu)點(diǎn)：容易獲得全局最優(yōu)缺點(diǎn)：運(yùn)算比較復(fù)雜應(yīng)用情況：已有業(yè)績(jī)，有一定效果六、先進(jìn)控制在企業(yè)集成模型中的位置六、先進(jìn)控制在企業(yè)集成模型中的位置 三層企業(yè)集成模型：計(jì)劃層（ERP）執(zhí)行層（MES）控制層（Control） 根據(jù)生產(chǎn)的計(jì)劃和安排，協(xié)調(diào)各控制層之間的關(guān)系，提供相應(yīng)的設(shè)定值。在滿(mǎn)足技術(shù)和環(huán)境的約束下，使工廠取得最大的效益。 先進(jìn)的智能控制技術(shù)在電站節(jié)能減排方面的應(yīng)用（以預(yù)測(cè)控制為例）模型預(yù)測(cè)控制模

11、型預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制是一種基于模型的先進(jìn)控制技術(shù)，亦稱(chēng)為模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control 簡(jiǎn)稱(chēng)MPC）。 動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC- dynamic matrix control) 模型算法控制(MAC- model algorithmic control) 廣義預(yù)測(cè)控制(GPC- generalized predictive control) 內(nèi)?？刂?IMC- internal model control)模型預(yù)測(cè)控制模型預(yù)測(cè)控制 盡管預(yù)測(cè)控制算式形式多種多樣，但都建立在下述三項(xiàng)基本原理基礎(chǔ)上: 預(yù)測(cè)模型； 有限時(shí)域滾動(dòng)優(yōu)化； 反饋校正。預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)模型 模型預(yù)測(cè)控

12、制需要使用過(guò)程模型來(lái)預(yù)測(cè)過(guò)程的將來(lái)行為。 被控過(guò)程的輸入由控制量和干擾構(gòu)成，輸出量由可測(cè)輸出和不可測(cè)輸出構(gòu)成，統(tǒng)稱(chēng)為被控量。干擾可進(jìn)一步分為可測(cè)量干擾和不可測(cè)干擾。有限時(shí)域滾動(dòng)優(yōu)化有限時(shí)域滾動(dòng)優(yōu)化 模型預(yù)測(cè)控制的核心：模型已知的情況下求解受限最優(yōu)化問(wèn)題從而計(jì)算出不違反各種約束條件，能夠驅(qū)動(dòng)受控過(guò)程至期望的穩(wěn)定狀態(tài)并維持穩(wěn)定狀態(tài)的控制量。反饋校正反饋校正 收斂性 可由輸出校正 保證來(lái)自輸出估計(jì)誤差；系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的收斂速率可由輸出反饋增益矩陣L 調(diào)節(jié)。 x tx t 主壓力控制（MPC） 鍋爐負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配（ELA_B） 先進(jìn)燃燒控制（ACC） 汽輪機(jī)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配（ELA_T） 先進(jìn)溫度控制（ATC

13、）主壓力控制主壓力控制 主壓力控制的目標(biāo)是穩(wěn)定蒸汽母管的壓力； 蒸汽母管壓力作為一個(gè)被控量（CV）要求被控制在一個(gè)給定范圍內(nèi)。 蒸汽消耗量作為干擾量（DV）加以考慮。鍋爐負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配鍋爐負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配 在主壓力控制器對(duì)母管蒸汽壓力進(jìn)行控制的同時(shí)，ELA_B提供最優(yōu)的鍋爐單元的負(fù)荷分配方案。 采用負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配模塊能夠更加有效地控制鍋爐的負(fù)荷。 考慮的因素：1.鍋爐負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性；2.母管蒸汽的動(dòng)態(tài)需求量；3.鍋爐的操作經(jīng)濟(jì)性分析。鍋爐負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配鍋爐負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配 在鍋爐負(fù)荷處于優(yōu)化分配的條件下，對(duì)應(yīng)于總蒸汽負(fù)荷需求，各鍋爐的增量成本是相等的，它與絕對(duì)的成本無(wú)關(guān)。1212dCdCdDdD先進(jìn)燃燒控制

14、 先進(jìn)燃燒控制（ACC）是對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化的新型技術(shù)解決方案。ACC能夠緊密地協(xié)調(diào)進(jìn)入燃燒室中的燃料，空氣和其它進(jìn)料的配比量。它采用模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)來(lái)計(jì)算最優(yōu)的空氣/燃料比和石灰石/燃料比，并將這些比值在線地輸出到燃料和空氣控制回路，以獲取最好的燃燒效率和SO2、CO及NOx排放量。先進(jìn)燃燒控制先進(jìn)燃燒控制 先進(jìn)燃燒控制的目標(biāo)是獲取最好的燃燒效率和滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)的CO、SO2及NOx排放量。先進(jìn)燃燒控制先進(jìn)燃燒控制 先進(jìn)燃燒控制系統(tǒng)包括了：(1).燃燒優(yōu)化器； (2).先進(jìn)燃燒控制協(xié)調(diào)器；(3).軟測(cè)量傳感器。燃燒優(yōu)化器燃燒優(yōu)化器 動(dòng)態(tài)計(jì)算最小的空氣/燃料比可以滿(mǎn)足CO的排放標(biāo)準(zhǔn)，小的空氣-燃

15、料比可以減少NOx排放以及提高燃燒效率。先進(jìn)燃燒控制協(xié)調(diào)器先進(jìn)燃燒控制協(xié)調(diào)器 先進(jìn)燃燒控制協(xié)調(diào)器接受由燃燒優(yōu)化器來(lái)的最優(yōu)空氣-燃料和石灰石-燃料比，用以調(diào)節(jié)各個(gè)操作變量：燃燒空氣量、石灰石量和燃料流量。 采用多變量高級(jí)控制引擎（MACE）實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒控制和優(yōu)化。軟測(cè)量傳感器軟測(cè)量傳感器 床料中的燃料量； 爐床石灰石量； 瞬時(shí)石灰石的消耗率； 在爐床上釋放的瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量。汽輪機(jī)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配（汽輪機(jī)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配（ELA_TELA_T） 在壓力控制模式 優(yōu)化背壓汽輪機(jī)的運(yùn)行，在滿(mǎn)足各種參數(shù)的蒸汽總需要量時(shí)，最大化發(fā)電量。 發(fā)電控制模式 凝汽式汽輪機(jī)運(yùn)行的最優(yōu)化，在滿(mǎn)足總發(fā)電量和各種參數(shù)蒸汽供應(yīng)量的要求時(shí)，使發(fā)電消耗的蒸汽最少。先進(jìn)蒸汽溫度控制先進(jìn)蒸汽溫度控制 汽溫被控對(duì)象具有大時(shí)延和大慣性； 采用先進(jìn)控制后，可以減小蒸汽溫度的波動(dòng)幅度，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，蒸汽溫度的設(shè)定點(diǎn)可以設(shè)定在相對(duì)較高的數(shù)值。先進(jìn)蒸汽溫度控制先進(jìn)蒸汽溫度控制 ATC以多變量速率最優(yōu)預(yù)測(cè)控制器(MACE)為基礎(chǔ)，使用了采用了模型的預(yù)測(cè)控制技術(shù)的