Xây dựng hệ điều khiển phụ tải nhiệt phục vụ vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện đốt than áp suất cận tới hạn.pdf
•
0 recomendaciones•14 vistas
RealTEQ Academy
Recomendados
Recomendados
Más contenido relacionado
Similar a Xây dựng hệ điều khiển phụ tải nhiệt phục vụ vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện đốt than áp suất cận tới hạn.pdf
Similar a Xây dựng hệ điều khiển phụ tải nhiệt phục vụ vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện đốt than áp suất cận tới hạn.pdf (20)
Más de Man_Ebook
Más de Man_Ebook (20)
Último
Último (20)
Xây dựng hệ điều khiển phụ tải nhiệt phục vụ vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện đốt than áp suất cận tới hạn.pdf
- 1. B O Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠ TR I ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘ PHẠM THỊ LÝ XÂY D C V ỰNG HỆ Đ Ề I U KHIỂN PHỤ Ả T I NHIỆ Ụ T PH Ụ VẬN HÀNH T T I T THAN ÁP SU N ỐI ƯU NHÀ MÁY NHIỆ Đ ỆN ĐỐ ẤT CẬN TỚI HẠ Ngành: K t ỹ thuậ Điều khiển và Tự động hóa Mã số: 9520216 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ỹ K THUẬT Đ Ề I U KHIỂN Hà Nội – 2021
- 2. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứ ủa cá nhân tôi dướ ự u c i s hướ ẫ ủa giáo viên hướ ẫ ố ệ ế ả ứ ng d n c ng d n. Các s li u và k t qu nghiên c u là trung th c ai công b trên b m t công trình nào khác. ực và chưa từng đượ ố ất cứ ộ GIÁO VIÊN HƯỚ Ẫ NG D N PGS.TS Bùi Qu c Khánh ố Hà N i, tháng 11 ộ năm 2021 Nghiên cứu sinh Ph m Th Lý ạ ị
- 3. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành c i h c Bách Khoa Hà N ảm ơn Trường Đạ ọ ội đã cho phép tôi th c hi n lu n án này. C , Vi n K u khi ự ệ ậ ảm ơn Phòng đào tạo ệ ỹ ật điề thu ển và T ng hóa, Vi o m u ki n thu n l i cho tôi ự độ ện Điện đã luôn hỗ ợ ạ tr và t ọi điề ệ ậ ợ trong su t quá trình tôi th c hi n lu n án này. ố ự ệ ậ Tôi xin trân tr ng g i c i th i giáo viên ọ ửi lờ ả ắ ến ngườ m ơn sâu s c đ ầy, ngườ hướ ẫ ủ ốc Khánh đã luôn tậ ậ ự ỗ ợ ng d n c a tôi là PGS.TS Bùi Qu n tâm, t n l c h tr , động viên, hướ ẫ ề ặ ố ự ệ ậ ng d n v m t chuyên môn trong su t quá trình tôi th c hi n lu n án này. Xin chân thành cảm ơn tậ ể lãnh đạ ộ ậ ủ ổ p th o, cán b v n hành c a Công ty C phần Nhiệt điện Hải Phòng đã luôn tạo điều kiện để nghiên cứu sinh được thực t li ph vi ập tại nhà máy và tìm hiểu tài liệu, lấy số ệu sản xuất từ nhà máy ục vụ ệc nghiên c c bi t, nghiên c u sinh vô cùng c chân thành, ứu. Đặ ệ ứ ảm ơn sự giúp đỡ nhi t ệt tình và quý báu của hai cán bộ ại nhà máy: anh Ngô Hồng Phong, Phó qu n, ản đốc Phân xưởng vận hành 2 và anh Triệu Quốc Hưng, Trưởng kíp điệ Phân xưởng Điệ ự độ ủ ổ ầ ệt điệ ả n t ng c a Công ty C ph n Nhi n H i Phòng. Hai anh và r t nhi u cán b t c a Nhà máy nhi n H i Phòng ấ ề ộ ỹ ậ k thu ủ ệt điệ ả đã luôn hỗ ợ tr nhi l u ệt tình, sẵn sàng trao đổi thông tin và trả ời những thắc mắc mà nghiên cứ sinh băn khoăn về ạt động điề ể ủ ệt điệ ẵ ho u khi n c a Nhà máy nhi n, luôn s n sàng cung c p d u cho nghiên c u sinh dù b t k i gian nào,… u này làm ấ ữ ệ li ứ ấ ể ờ th Điề cho tôi bi này nên Nghiên c u sinh m ết ơn vô cùng. Chính nhờ ự giúp đỡ s ứ ới có th i dung lu n án c a mình ngày hôm nay. ể hoàn thành được nộ ậ ủ Tôi xin chân thành c nghiên c u c n K ảm ơn các cán bộ ứ ủa Việ ỹ ật điề thu u khi B ển và Tự động hóa và các giảng viên của ộ môn Tự động hóa công nghiệp, Trường Đạ ọ ội đã đưa ra nhữ ỉ ẫ i h c Bách Khoa Hà N ng góp ý, ch d n giúp tôi hoàn thành mô hình th nghi m ph n c ng cho lu n c a mình. ử ệ ầ ứ ận á ủ Tôi xin chân thành c n t , B n h ảm ơn Khoa Điệ Điệ n – ử ộ môn Điều khiể ọc, Trường đạ ọ ậ ải đã tạo điề ện cho tôi được tham gia chương i h c Giao thông v n t u ki trình đào tạo này. Tôi xin bày t lòng bi y ph n bi n, các th ỏ ết ơn sâu sắ ế c đ n các thầ ả ệ ầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọ ệ ến quý báu để c duy t và góp các ý ki tôi có th hoàn thi n lu ng nghiên c ể ệ ận án này và định hướ ứu trong tương lai. Xin g i l i c ng và hai con trai c a tôi) ử ờ ảm ơn chân thành tới gia đình ồ (ch ủ và b ng viên trong su t quá trình tôi tham gia ạn bè đã luôn ở bên độ , giúp đỡ ố khóa h c này. ọ Nghiên c u sinh ứ
- 4. M C ỤC LỤ DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T ......................................... i Ụ Ệ Ữ Ế Ắ DANH M C B U.................................................................................. v Ụ ẢNG BIỂ DANH M C HÌNH V ...................................................................................... vi Ụ Ẽ M U ............................................................................................................... 1 Ở ĐẦ T T ỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ ẢI NHIỆT NHÀ MÁY NHI T THAN ỆT ĐIỆN ĐỐ ....................................................................... 4 1.1 T ng quan v h nhi t n ................................................................. 4 ổ ề công ng ệ ệ điệ Phân lo i ................................................................................................. 4 ạ Phân lo i theo lo i tuabin.......................................................... 5 ạ NMNĐ ạ Phân lo i theo áp su ......................................................... 5 ạ NMNĐ ất hơi Nguyên lý làm việ ả c cơ b n của NMNĐ đốt than phun áp suất cận tới h n........................................................................................................................ 5 ạ 1.2 T ng quan v h u khi n ph t i nhi t........................................................ 7 ổ ề ệ điề ể ụ ả ệ Các quá trình và các mạch vòng điều khiển cơ bả ủ ệ ụ ả ệ n c a h ph t i nhi t [11-15].................................................................................................................. 7 C u trúc t ng quát h u khi n ph t t....................................... 8 ấ ổ ệ điề ể ụ ải nhiệ Các c u khi n c ph t i nhi t trong nhà máy nhi n11 ấu trúc điề ể ủa hệ ụ ả ệ ệt điệ 1.3 T ng quan nh nghiên c u h u khi n ph t i nhi t ................. 14 ổ ững vấn đề ứ ệ điề ể ụ ả ệ Nh ng nghiên c n c n ph p...................... 14 ữ ứu cơ bả ấu trúc điều khiể ối hợ C u khi n ph i h ng dùng trong th .................... 15 ấu trúc điề ể ố ợp thườ ực tế Nh ng công trình nghiên c thi h u khi n ph t i nhi t nhà ữ ứu về ết kế ệ điề ể ụ ả ệ máy nhi t than phun............................................................................. 16 ệt điện đố 1.4 Định hướ ứ ng nghiên c u.................................................................................. 20 K T LU ..................................................................................... 21 Ế ẬN CHƯƠNG 1 H T I NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ Ệ ĐIỀU KHIỂN PHỤ Ả NHI T................................................................................................................. 22 Ệ 2.1 Xây d u khi n h t theo c u khi n và ựng mô hình điề ể ệ ụ ả ệ ph t i nhi ấu trúc điề ể thông s nhà máy nhi n H i Phòng .............................................................. 22 ố ệt điệ ả u khi n ph t i nhi t.................... 22 Phương pháp xây dựng mô hình điề ể ụ ả ệ ......................................................... 24 Các quá trình cơ bản trong lò hơi u khi ........ 25 Phương pháp xây dựng các mạch vòng cơ bản điề ển lò hơi ng mô hình quá trình truy n nhi ......... 25 Phương pháp xây dự ề ệt sinh hơi
- 5. ng mô hình h tuabin – máy phát........................ 26 Phương pháp xây dự ệ 2.2 Xây d u khi nhà máy nhi n H ựng mô hình điề ển lò hơi theo thông số ệt điệ ải Phòng.................................................................................................................... 27 Yêu c u than c p vào lò ....................................................................... 27 ầ ấ ng nhi t t .................................................. 27 Cân bằ ệ ổng quát trong lò hơi ng h c quá trình truy n nhi ............................................. 29 Độ ọ ề ệt sinh hơi M n c p li u............................................................. 31 ạch vòng điều khiể ấ ệ M n khói gió............................................................ 32 ạch vòng điều khiể M n c ......................................... 37 ạch vòng điều khiể ấp nước cho lò hơi M t .................................................... 38 ạch vòng điều khiển hơi quá nhiệ 2.3 Xây d u khi n tuabin và máy phát ........................................ 41 ựng mô hình điề ể ng h c các quá trình trong tuabin .................................................... 41 Độ ọ ng l c máy phát......................................................................... 45 Độ ực họ 2.4 Mô ph ng h n ph t i nhi n H .......... 45 ỏ ệ điều khiể ụ ả ệt nhà máy nhiệt điệ ải Phòng 2.5 Thi u khi n ph phát tri n trên c ết kế ệ điề h ể ối hợp mới được ể ấu trúc điều khiển c a Flynn.............................................................................................................. 48 ủ t c u khi i h p m i ........................................... 48 Đề xuấ ấu trúc điề ển phố ợ ớ Thi u khi n trong c u khi i h p m i.... 49 ết kế các bộ điề ể ấu trúc điề ển phố ợ ớ u khi n ph u Mô phỏng và đánh giá cấu trúc điề ể ối hợp mới với các cấ trúc khác và v u khi ớ ấu trúc điề i hai c ể đơn biế ủ n n c a hệ ụ ệ ph tai nhi t............. 54 ng mô ph ng......................................................................... 56 Các đáp ứ ỏ u khi n theo ch tiêu v n hành t ............ 60 Đánh giá ba cấu trúc điề ể ỉ ậ ối ưu 2.6 t b ph t Ứng dụng giải thuật di truyền để ối ưu hóa tham số ộ điều khiển hệ ụ ải nhi t...................................................................................................................... 61 ệ tiêu v n hành t i v i nhà máy nhi t than....... 61 Các chỉ ậ ối ưu đố ớ ệt điện đố t Dùng giải thuật di truyền để tìm tham số ối ưu của bộ điều khiển theo tiêu chu n J ẩ N và Jf .............................................................................................. 62 K T LU ..................................................................................... 68 Ế ẬN CHƯƠNG 2 D NG M - ỨNG Ụ ẠNG NƠRON FUZZY ĐỂ BÙ NHIỄU CHO H U KHI N PH T I NHI T ............................................................... 69 Ệ ĐIỀ Ể Ụ Ả Ệ 3.1 ng d ng m ng Noron - thi t k u khi n bù nhi u................... 69 Ứ ụ ạ Fuzzy để ế ế điề ể ễ Ảnh hưởng của nhiễu đến hệ điều khiển phụ tải nhiệt và đề xuất giải pháp khắc phục .................................................................................................. 69 - ......... 71 Ứng dụng mạng Noron Fuzzy để thiết kế điều khiển bù nhiễu ......................................... 73 Thiết kế mô hình mẫu sử dụng mạng nơron
- 6. Thi khâu bù nhi ............................................... 76 ết kế ễu lò hơi và tuabin ................................................................................ 85 Kết quả mô phỏng K T LU N ..................................................................................... 90 Ế Ậ CHƯƠNG 3 XÂY D NG THI MÔ PH I GIAN TH Ự ẾT BỊ ỎNG THỜ ỰC ĐỂ KI PH T I ỂM CHỨNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ Ụ Ả NHI MÁY NHI T ỆT NHÀ Ệ N ................................................................... 91 ĐIỆ 4.1 Khái quát chung thi t b mô ph ng th i gian th c......................................... 91 ế ị ỏ ờ ự Nguyên lý v thi t b mô ph ng th i gian th c.................................... 91 ề ế ị ỏ ờ ự Chọn cấu hình thiết bị mô phỏng thời gian thự ể c đ đánh giá hệ điều khi n ph t i nhi t.............................................................................................. 92 ể ụ ả ệ 4.2 Nghiên c u khi i nhi t trên thi t b ng th ứu đánh giá điề ển hệ ụ ả ph t ệ ế ị ỏ mô ph ời gian th c............................................................................................................... 93 ự - AC Sơ đồ nguyên lý của thiết bị mô phỏng thời gian thực DSP 1104 800M.................................................................................................................. 93 C u trúc thi mô ph i gian th i AC800M- .... 94 ấ ết bị ỏng thờ ực vớ DSP 1104 K t qu xây d ng mô hình ................................................................... 95 ế ả ự 4. t mô 3 Nghiên cứu đánh giá điều khiển bù nhiễu cho hệ phụ ải nhiệt trên thiết bị ph ng th i gian th c ............................................................................................ 98 ỏ ờ ự K T LU ................................................................................... 101 Ế ẬN CHƯƠNG 4 K T LU N VÀ KI N NGH ......................................................................... 102 Ế Ậ Ế Ị DANH M C A LU ......... 104 ỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Ủ ẬN ÁN TÀI LI U THAM KH O ............................................................................... 105 Ệ Ả PH L C I. CÁC V THI H PH T I NHI T Ụ Ụ ẤN ĐỂ ẾT KẾ Ệ Ụ Ả Ệ PH L T Ụ ỤC II. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PHỤ ẢI NHI T Ệ PH L Ụ ỤC III. XÂY DỰNG THIẾT BỊ MÔ PHỎNG THỜI GIAN THỰC ĐỂ Ứ Ế Ả Ứ Ệ ĐIỀ Ể Ụ Ả KIÊM CH NG K T QU NGHIÊN C U H U KHI N PH T I NHI T Ệ
- 7. i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾ Ắ T T T CÁC KÝ HI U Ệ Ký hi u ệ Đơn vị Nội dung, ý nghĩa A m2 Diện tích truyền nhiệt giữa thành ống sinh hơi và nướ ố c xu ng Ck J/(kg.ºK) Nhi t dung riêng c a khói ra kh ệ ủ ỏi lò Cx J/(kg.ºK) Nhi t dung riêng c than ra kh i lò ệ ủa xỉ ỏ Chbh kJ/(kg.ºK) Nhi t dung riêng c ệ ủa hơi bão hòa Chqn kJ/(kg.ºK) Nhi t dung riêng c t ệ ủa hơi quá nhiệ Cf kJ/(kg.ºK) Nhi t dung riêng c a dòng nhiên li ệ ủ ệu đưa vào lò Cb H ng s t ằ ố tích lũy nhiệ D H ng s load-damping ằ ố E J Nhiệt năng trong bao hơi GCN B u khi n công su t phát ộ điề ể ấ GCP B u khi n áp ộ điề ể suất hơi GFN B u khi t ộ điề ển feedforward lượng đặ g(∆P) Hàm phi tuyến tĩnh Hf kJ/kg Nhi t tr làm vi a nhiên li u than ệ ị ệc củ ệ h kJ/Kg Entanpy riêng ph n ầ JN % Ch t công su t ỉ tiêu bám lượng đặ ấ Jf Kg/kWh Ch tiêu chi phí nhiên li u ỉ ệ KP, KI, KD H s khu i, tích phân, vi phân ệ ố ếch đạ kbx, kdl kW/K H s truy n nhi , i ệ ố ề ệt bức xạ đối lưu đã quy đổ kT kW/K H s truy ệ ố ền nhiệt giữa thành ống sinh hơi và nướ ố c xu ng mn Kg Kh c ối lượng nướ N* , Ne MW Công su t, công su n ất đặ ất điệ Ncơ, Nđiện, Nh kW Công su , n, ất cơ điệ hơi NmH, NmI, NmL kW Công suất cơ do tuabin cao áp trung áp, hạ áp sinh ra Ph, Ph * MPa Áp su t ất hơi, áp suất hơi đặ pbd Pa Áp su u ra bu ng lò ất đo đầ ồ Qk,Qx kW Nhi t c a khói, c than ra kh i lò ệ ủ ủa tro và xỉ ỏ Qf, Qgio, Qnước kW Nhi t ng c a nhiên li u, gió, c ệ lượ ủ ệ nướ QTL, Qhh kW Nhi ng lò và không khí trong lò ệt tích lũy tườ
- 8. ii Qm kW Nhi t c a dàn ệ ủ ống sinh hơi Qtn kW Nhi ng nh n t a dàn ệt lượ ậ ừ lò củ ống sinh hơi Qsh kW Nhi ng ệt lượng nhận của dòng nước xuống dàn ố sinh hơi từ ố sinh hơi thành ng Qm, Qr Tín hiệu công suất nhiệt lấy ra từ lò hơi, yêu cầu từ tuabin Tk ºK Nhi khói ra kh i lò ệt độ ỏ Tx ºC Nhi x than ra kh i lò ệt độ ỉ ỏ Thbh ºK Nhiệt độ hơi bão hòa Thqn ºK Nhi t ệt độ hơi quá nhiệ Tfo, Ta ºK Nhi nhiên li u, không khí ệt độ ệ đưa vào lò TNL , Tm ºK Nhi ng a, v i ệt độ ọn lử ỏ kim loạ ống dàn ống sinh hơi Tqd s Thời gian quá độ Te Nm Momen c a tuabin ản củ TJ Hằng số quán tính của rotor un, uh J/Kg N , c ội năng của nước cấp vào bao hơi ủa hơi đi ra bao hơi Vf Van nhiên li u ệ Vh Van hơi R H ng s ng ằ ố chất khí lý tưở Wf, Wf * Kg/s Lưu lượ ệu, lưu lượ ệu đặ ng nhiên li ng nhiên li t Wa Kg/s Lưu lượ ồng đố ng gió vào bu t Wnn, Wnc Kg/s Lưu lượng nước ngưng, nướ ấ c c p Wnx, Wnl Kg/s L ng t ưu lượng nước xuố ống sinh hơi, ừ ống sinh hơi đi lên Whv, Whr Kg/s Lưu lượng hơi vào và lưu lượng hơi ra bao hơi Wh Kg/s Lưu lượng hơi Wk Kg/s L ng khói ra kh i lò ưu lượ ỏ Wx Kg/s Lưu lượ ỉ ỏ ng tro và x than ra kh i lò Whbh Kg/s Lưu lượng hơi bão hòa Whqn Kg/s L quá nhi t ưu lượng hơi ệ µh % Độ ở m tuabin % δ , emax % Độ quá điề ỉ ệ ấ ực đạ u ch nh, sai l ch áp su t c i ∆P, ∆N Bi n thiên công su t, bi n thiên áp su t ế ấ ế ấ ω rad/s T quay tuabin ốc độ
- 9. iii LC B u khi n m ộ điề ể ức nước bao hơi FC B u khi ộ điề ển lưu lượng nước cấp vào bao hơi C B u khi ộ điề ển lưu lương gió đưa vào lò hơi %O* C B u khi n n ộ điề ể ồng độ % ôxi dư PbđC B u khi n áp su t âm bu t ộ điề ể ấ ồng đố TqnC B u khi n nhi t ộ điề ể ệt độ hơi quá nhiệ PhC B u khi n áp su ộ điề ể ất hơi của lò hơi NeC B u khi n công su n ộ điề ể ất điệ FT, LT, TqnT, NeT, PbđT, PhT Các cả ến đo lưu lượng, đo mức, đo nhiệt độ m bi , đo công suất, đo áp suấ ồng đốt, đo áp suấ t bu t hơi lò hơi.
- 10. iv CÁC CH VI T T T Ữ Ế Ắ Ký hi u ệ Nội dung, ý nghĩa PID Proportional Integral Derivative PC Pulverized Coal CFB Circulating Fluidized Bed DEB Direct Energy Balance FDF Forced Draft Fan IDF Induced Draft Fan CV Control Valve GA Genetic Algorithm IMC Internal Model Control HIL Hardware In the Loop SIL Software In the Loop DCS Distributed Control System PLC Programmable Logic Controller ADC Analog-to-Digital Converter DAC Digital-to-Analog Converter IP Internet Protocol NMNĐ Nhà máy nhi n ệt điệ BH Bao hơi SH Sinh hơi BN Bình ngưng HN B c ộ hâm nướ QN Quá nhi t ệ TN Tái nhi t ệ QK Qu t hút khói ạ HP Tuabin cao áp IP Tuabin trung áp LP Tuabin hạ áp
- 11. v DANH MỤ Ả Ể C B NG BI U B ng 2.1 B ng c ng công su t ................................ 57 ả ảng đánh giá chất lượ ủa đáp ứ ấ B ng 2.2 B ng c ng áp su t .................................... 57 ả ảng đánh giá chất lượ ủa đáp ứ ấ B ng 2.3 Giá tr tiêu JN (%), Jf (Kg (than)/kWh) t k t qu mô ph ng . 61 ả ị các chỉ ừ ế ả ỏ B ng công su t .............................................. 66 ảng 3.1 So sánh đánh giá của đáp ứ ấ B ng áp su t .................................................. 66 ảng 3.2 So sánh đánh giá của đáp ứ ấ B ng 3.3 Giá tr tiêu JN (%), Jf (Kg/Kwh) t k t qu mô ph ng............ 67 ả ị các chỉ ừ ế ả ỏ B ng 3.4 Các quy t c bù nhi u c ph t t ............................................ 82 ả ắ ễ ủa hệ ụ ải nhiệ B ng 3.5 B ng công su t....................................... 87 ả ảng đánh giá chất lượng đáp ứ ấ B ng 3.6 B ng áp su t........................................... 88 ả ảng đánh giá chất lượng đáp ứ ấ B ng 4.1 B ng phân c ng vào ra ......................................................................... 95 ả ả ổ B ng 4.2 B ng tín hi u giám sát .......................................................................... 95 ả ả ệ B ng 4.3 B ng ch ng công c ..................................... 96 ả ả ất lượng đáp ứ ủa hai chế độ B ng 4.4 B ng ch ng áp su t c ................................. 97 ả ả ất lượng đáp ứ ấ ủa hai chế độ B ng 4.5 B ng c ng công su t ................................ 99 ả ảng đánh giá chất lượ ủa đáp ứ ấ B ng c ng áp su t........................................... 100 ảng 4.6 Đánh giá chất lượ ủa đáp ứ ấ B ng PL.III.1 Các thông s t quan tr .................................................. 26 ả ố kĩ thuậ ọng B ng PL.III.2 B c ng vào ra I/O s ............................................ 30 ả ảng đặc tả ủa đườ ố Bảng PL.III.3 Bảng so sánh chất lượng đáp ứng công suất trên DS1104 và Matlab .................................................................................................................. 34 Bảng PL.III.4 Bảng so sánh chất lượng đáp ứng áp suất trên DS1104 và Matlab .............................................................................................................................. 35
- 12. vi DANH MỤ Ẽ C HÌNH V Hình 1.1 C n hình m .................................................. 6 ấu hình điể ột tổ máy NMNĐ Hình 1.2 Gi (Process Diagram) c t t ............ 7 ản đồ công nghệ ủa mộ ổ máy NMNĐ Hình 1.3 Quá trình bi ng c ph t i nhi t................................ 8 ến đổi năng lượ ủa hệ ụ ả ệ Hình 1.4 C u trúc t ng quát mô hình h u khi n ph t i nhi t ......................... 9 ấ ổ ệ điề ể ụ ả ệ Hình 1.5 C u khi n ph i nhi t theo tuabin (Turbine Following ấu trúc điề ể ụ ả t ệ Control) ................................................................................................................ 11 Hình 1.6 Đáp ứ ủa điề ể ụ ả ệ ng c u khi n ph t i nhi t theo tuabin................................. 12 Hình 1.7 C u khi n ph i nhi ấu trúc điề ể ụ ả t ệt theo lò hơi (Boiler Following Control) .............................................................................................................................. 12 Hình 1.8 Đáp ứ ủa điề ể ụ ả ệt theo lò hơi ng c u khi n ph t i nhi ................................. 12 Hình 1.9 Điề ể ụ ả ệ ấ ối hơp (Coordinated) u khi n ph t i nhi t theo c u trúc ph ............ 13 Hình 1.10 Đáp ứ ủa điề ể ụ ả ệ ấ ố ợ ng c u khi n ph t i nhi t theo c u trúc ph i h p ............ 13 Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý điề ể ố ợ ủ ệ ụ ả ệ u khi n ph i h p c a h ph t i nhi t theo......... 14 Hình 1.12 Sơ đồ ấu trúc điề ể ố ợp (a) Đặ nguyên lý c u khi n ph i h c tính hàm bù áp su ....................................................................................................... 15 ất g(ΔP) (b) Hình 1.13 C u khi n ph t than phun ấu trúc điề ể ối hợp tại các nhà máy nhiệt điện đố ở ệ Vi t Nam........................................................................................................... 16 Hình 1.14 T ng quan tình hình nghiên c u xây d u khi n h ổ ứ ựng mô hình điề ể ệ ụ ph t i nhi t cho nhà máy nhi t than ............................................................ 17 ả ệ ệt điện đố Hình 2.1 Sơ đồ điề ể ệt điệ ả u khi n P&ID nhà máy nhi n H i Phòng ....................... 23 Hình 2.2 Sơ đồ ố ệ điề ể ụ ả ệ kh i h u khi n ph t i nhi t.................................................. 24 Hình 2.3 Gi công ngh Process Diagram) mô t ản đồ ệ - (PD ả các quá trình cơ bản c .............................................................................................................. 25 ủa lò hơi Hình 2.4 Mô hình t p tuabin máy phát trong nhà máy nhi ổ ợ h – ệt điện ngưng hơi .............................................................................................................................. 26 Hình 2.5 Sơ đồ P&ID điề ể ấ ệ ồ ử u khi n c p li u cho bu ng l a.................................... 32 Hình 2.6 Sơ đồ ấu trúc điề ể ấ ệ c u khi n c p li u ........................................................ 32 Hình 2.7 Đặc tính lượng đặ ồng độ oxy dư t n ....................................................... 33 Hình 2.8 Phân b áp su t c a lò........................................................................... 34 ố ấ ủ Hì P&ID c u khi n khói gió ............................................... 35 nh 2.9 Sơ đồ ủa hệ điề ể Hình 2.10 Sơ đồ ấu trúc điề ể c u khi n khói gió...................................................... 36 Hình 2.11 Sơ đồ P&ID điề ể ức nước bao hơi u khi n m ......................................... 37 Hình 2.12 M u khi ........................................... 38 ạch vòng điề ển mức nước bao hơi Hình 2.13 Lưu đồ P&ID điề ể ệt độ hơi quá nhiệ u khi n nhi t................................. 39 Hình 2.14 M u khi t..................................... 40 ạch vòng điề ển nhiệt độ hơi quá nhiệ
- 13. vii Hình 2.15 Sơ đồ ủ ệ nguyên lý c a h tuabin - máy phát.......................................... 41 Hình 2.16 m t c t c a tuabin ..................................................................... 41 Sơ đồ ặ ắ ủ Hình 2.17 Sơ đồ ả ạt độ ủ mô t nguyên lý ho ng c a tuabin...................................... 42 Hình 2.18 Sơ đồ ế ạng hơi củ thay th m a tuabin.................................................... 43 Hình 2.19 Sơ đồ ấu trúc điề ể c u khi n tuabin......................................................... 44 Hình 2.20 Mô hình tuabin- máy phát................................................................... 45 Hình 2.21 C u khi n ph i h a nhà máy nhi n........................ 46 ấu trúc điề ể ố ợp củ ệt điệ Hình 2.22 Đườ ậ ủ ổ ố ệt điệ ả ng cong v n hành c a t máy s 2 nhà máy nhi n H i Phòng .............................................................................................................................. 46 Hình 2.23 Đáp ứ ủ ỏ ệ ụ ả ệ ng c a mô hình mô ph ng h ph t i nhi t............................... 47 Hình 2.24 C u khi n ph i h ............................................ 48 ấu trúc điề ể ố ợp theo Flynn Hình 2.25 C u khi i nhi c phát tri n t u trúc c ấu trúc điề ển phụ ả t ệt mới đượ ể ừ ấ c ủa Flynn .................................................................................................................... 49 Hình 2.26 C u trúc m u khi n áp su ........................................ 50 ấ ạch vòng điề ể ất hơi Hình 2.27 Đường đặc tính G(N,f)........................................................................ 51 Hình 2.28 Đường đặ ủa g(∆P) c tính c ................................................................... 53 Hình 2.29 Đáp ứ ấ ỉnh định kbp (a) và độ ở ng công su t khi ch m van tuabin (b) .. 54 Hình 2.30 Đáp ứ ủ ố ạch vòng điề ển lò hơi vớ ấu trúc điề ng c a b n m u khi i ba c u khi n ph p...................................................................................................... 56 ể ối hợ Hình 2.31 Đáp ứ ấ ất hơi, lưu lượ ệu và lưu lượng hơi ng công su t, áp su ng nhiên li ứ ớ ấu trúc điề ể ố ợ ng v i ba c u khi n ph i h p.............................................................. 57 Hình 2.32 Sai l ch công su t và áp su t c a ba c u khi i h p .... 58 ệ ấ ấ ủ ấu trúc điề ển phố ợ Hình 2.33 Đáp ứ ủ ạch vòng khi thay đổ ệ ị ng c a các m i nhi t tr than...................... 59 Hình 2.34 Sai l ch công su t và áp su t c a ba c u khi i h p .... 60 ệ ấ ấ ủ ấu trúc điề ển phố ợ Hình 3.1 Lưu đồ ật toán GA xác đị ố ủ ộ điề ể thu nh thông s PID c a hai b u khi n công su t Gcn và b u khi n áp su t Gcp trong h u khi p m i. 64 ấ ộ điề ể ấ ệ điề ển phối hợ ớ Hình 3.2 Hàm m c tiêu J gi m d n qua 30 th h c a gi i thu t di truy n GA .. 65 ụ ả ầ ế ệ ủ ả ậ ề Hình 3.3 Các đáp ứ ỏ ủ ế độ ề ể ử ụ ng mô ph ng c a ch đi u khi n s d ng GA................. 66 Hình 3.4 C n bù nhi u ................................................................ 72 ấu trúc điều khiể ễ Hình 3.5 Phương pháp huấ ệ ạ n luy n m ng............................................................. 73 Hình 3.6 C u trúc m ............................................................................. 73 ấ ạng nơron Hình 3.7 D li u vào hai m ........................................................... 74 ữ ệu đầ ạng nơron Hình 3.8 D li u ra m t ................................................... 74 ữ ệu đầ ạng nơron công suấ Hình 3.9 D li u ra m t ....................................................... 74 ữ ệu đầ ạng nơron áp suấ Hình 3.10 Hu n luy ng noron trên Matlab .................................................. 75 ấ ện mạ Hình 3.11 K t qu hu n luy n m công su t phát................................. 75 ế ả ấ ệ ạng nơron ấ Hình 3.12 C u trúc b u khi .................................................................. 78 ấ ộ điề ển mờ
- 14. viii Hình 3.13 M hóa giá tr u vào sai l ch công su t........................................... 79 ờ ị đầ ệ ấ Hình 3.14 M hóa giá tr u vào t sai l ch công su t................................ 79 ờ ị đầ ốc độ ệ ấ Hình 3.15 M u vào sai l ch áp su t ......................................................... 79 ờ hóa đầ ệ ấ Hình 3.16 M hóa giá tr u vào t sai l ch áp su t.................................... 80 ờ ị đầ ốc độ ệ ấ Hình 3.17 Các t chu m van tuabin Ut .......... 80 ập mờ ẩn hóa đầu ra điều khiển độ ở Hình 3.18 Các t p m u r ng nhiên li u c p vào ậ ờ ẩn hóa đầ chu a điều khiển lưu lượ ệ ấ lò hơi .................................................................................................................... 80 Hình 3.19 Bi n ngôn ng u ra cho bù công su t.............................................. 81 ế ữ đầ ấ Hình 3.20 Bi n ngôn ng u ra bù nhiên li ................................... 81 ế ữ đầ ệu cho lò hơi Hình 3.21 Lu t h p thành cho h bù nhi u trên Simulink................................... 85 ậ ợ ệ ễ Hình 3.22 Nhi u ng hiên c a quá trình truy n nhi ........................ 85 ễ ẫu n ủ ề ệt sinh hơi Hình 3.23 Nhi u ng i áp su 86 ễ ẫu nhiên các quá trình trong lò hơi làm thay đổ ất hơi Hình 3.24 Nhi u ch .................................................. 86 ễu van điề ỉnh hơi vào tuabin Hình 3.25 C u khi n bù nhi u mô ph ng trên Simulink ...................... 86 ấu trúc điề ể ễ ỏ Hình 3.26 Đáp ứ ấ ễu và khi đượ ễ ng công su t khi có nhi c bù nhi u....................... 87 Hình 3.27 Đáp ứ ệ ấ ng sai l ch công su t ................................................................. 88 Hình 3.28 Đáp ứ ệ ấ ng sai l ch áp su t...................................................................... 89 Hình 3.29 Các đáp ứ ệ điề ể ụ ả ệ ộ điề ể ễ ng h u khi n ph t i nhi t khi có b u khi n bù nhi u .............................................................................................................................. 89 Hình 4.1 Các c u hình thi t b mô ph i gian th c..................................... 92 ấ ế ị ỏng thờ ự Hình 4.2 C u trúc mô hình th c nghi m HIL cho b u khi n ph i nhi ấ ự ệ ộ điề ể ụ ả t ệt mới .............................................................................................................................. 93 Hình 4.3 Thi t b ng th i gian th u khi ế ị ỏ mô ph ờ ực đánh giá hệ điề ển phụ ả ệ t i nhi t m i ....................................................................................................................... 94 ớ Hình 4.4 Mô hình HIL c ph t i nhi t nhà máy nhi n ......................... 95 ủa hệ ụ ả ệ ệt điệ Hình 4.5 Đáp ứ ấ ở ế độ ỏ ng công su t 2 ch mô ph ng.............................................. 96 Hình 4.6 ng áp su t hai ch mô ph ng............................................... 97 Đáp ứ ấ ở ế độ ỏ Hình 4.7 C n ph t i nhi t có b bù nhi u ................................. 98 ấu trúc điều khiể ụ ả ệ ộ ễ Hình 4.8 Đáp ứ ủ ộ điề ể ấ ả hai trườ ợ ng c a b u khi n công su t trong c ng h p: khi có nhi u và khi bù nhi u trên DS1104...................................................................... 99 ễ ễ Hình 4.9 Đáp ứ ủ ộ điề ể ấ ả hai trườ ợ ễ ng c a b u khi n áp su t trong c ng h p: có nhi u tác độ ễ ng và khi có bù nhi u trên DS1104................................................................ 100 Hình PL.I.1 c u khi n c p than .................................................... 1 Sơ đồ ấu trúc điề ể ấ Hình PL.I.2 Nh ng hàm truy p than......................................................... 1 ận dạ ền cấ Hình PL.I.3 Sơ đồ ấu trúc điề ể c u khi n khói gió..................................................... 2 Hình PL.I.4 Nh ng hàm truy p gió 2 ....................................................... 3 ận dạ ền cấ Hình PL.I.5 Nh ng hàm truy n quá trình cháy ............................................... 3 ận dạ ề Hình PL.I.6 m ng m n n ................... 4 Sơ đồ ô phỏ ạch vòng điều khiể ồng độ oxi dư
- 15. ix Hình PL.I.7 K t qu ng c t i 3MW/phút.... 4 ế ả đáp ứ ủa nồng độ oxi dư ở ốc độ tăng tả Hình PL.I.8 Nh ng hàm truy n khói............................................................... 5 ận dạ ề Hình PL.I.9 Sơ đồ ỏ ạ điề ể ấ ồng đố mô ph ng m ch vòng u khi n áp su t âm bu t ......... 6 Hình PL.I.10 Đáp ứ ạ ấ ồng đố ứ ớ ố ộ tăng tả ng m ch vòng áp su t bu t ng v i t c đ i 3MW/phút .............................................................................................................. 6 Hình PL.I.11 C u khi ch vòng c c........................................ 6 ấu trúc điề ển mạ ấp nướ Hình PL.I.12 Nh n d ng hàm truy n c c ..................................................... 7 ậ ạ ề ấp nướ Hình PL.I.13 Sơ đồ ỏ ạ ấp nướ mô ph ng m ch vòng c c............................................. 8 Hình PL.I.14 Đáp ứ ức nước bao hơi ở ốc độ tăng tả ng m t i 3MW/phút ................ 8 Hình PL.I.15 Đặc tính đáp ứ ủ ệt độ ủ ệ ả ng c a nhi c a quá trình quá nhi t gi m ôn...... 9 Hình PL.I.16 C u khi t .................................... 10 ấu trúc điề ển nhiệt độ hơi quá nhiệ Hình PL.I.17 Nh n d ng hàm truy c gi m ôn................................... 10 ậ ạ ền phun nướ ả Hình PL.I.18 Cân b ng kh ng (a) và cân b ng công su t trong h ằ ối lượ ằ ấ ệ tuabin (b) [4][7] .................................................................................................................... 12 Hình PL.I.19 Sơ đồ ấ c u trúc tuabin – máy phát................................................... 12 Hình PL.I.20 Nh n d ng hàm truy n tuabin – máy phát ..................................... 12 ậ ạ ề Hình PL.I.21 Đặ ủ ề ệ c tính c a quá trình truy n nhi t................................................ 13 Hình PL.I.22 Đặ ủa quá trình sinh hơi c tính c ...................................................... 14 Hình PL.I.23 Đặc tính xác đị ệ ất hơi và lưu lượ ệ nh quan h áp su ng nhiên li u..... 14 Hình PL.I.24 Sơ đồ ỏ ệ điề ể ụ ả ệ mô ph ng h u khi n ph t i nhi t.................................. 15 Hình PL.I.25 Sơ đồ ỏ ệt điệ mô ph ng các quá trình trong nhà máy nhi n .............. 15 Hình PL.I.26 Sơ đồ ấu trúc điề ể ụ ả ệ c u khi n ph t i nhi t.......................................... 16 Hình PL.III.1 B n AC 800M ............................................................... 23 ộ điều khiể Hình PL.III.2 Cách th c thi t l p các I/O m r ng ............................................. 24 ứ ế ậ ở ộ Hình PL.III.3 B n AC 800M s d ng trong mô hình.......................... 26 ộ điều khiể ử ụ Hình PL.III.4 T trái qua ph i AI810, AO810, DI810, DO810 .......................... 27 ừ ả Hình PL.III.5 Card DS1104 ................................................................................. 28 Hình PL. kh i card DS1104................................................................ 29 III.6 Sơ đồ ố Hình PL.III.7 Mô hình nhà máy nhi c xây d ng trên Matlab&Simulink ệt điện đượ ự .............................................................................................................................. 31 Hình PL.III.8 C u khi i h c xây d ng trên ấu trúc điề ển phố ợp đượ ự Matlab&Simulink................................................................................................. 31 Hình PL.III.9 Thi t l u cho DS1104 ...................................................... 32 ế ập ban đầ Hình PL.III.10 Thi t l p thông s mô ph ng....................................................... 32 ế ậ ố ỏ Hình PL.III.11 Biên d ........................................... 32 ịch chương trình cho DS1104 Hình PL.III.12 Giao di n Control Desk l th ng................................. 33 ệ ấy đồ ị đáp ứ Hình PL.III.13 Các đặ ấ c tính công su t trên DS1104 và matlab........................... 34
- 16. x Hình PL.III.14 .............................. 35 Các đặc tính áp suất trên DS1104 và Matlab Hình PL.III.15 Các đặ ủ ạch vòng điề ể c tính c a 4 m u khi n trên DS1104 và Matlab .............................................................................................................................. 36 Hình PL.III.16 Sơ đồ đấu dây .............................................................................. 37 Hình PL.III.17 Board đầu vào ra card DS1104.................................................... 37 Hình PL.III.18 B ng k t n i các tín hi u vào/ra.................................................. 38 ả ế ố ệ Hình PL.III.19 Thi t k ng trên Matlab.................................................... 38 ế ế đối tượ Hình PL.III.20 Các kh a DS1104 ............................... 39 ối vào ra trong thư viện củ Hình PL.III.21 T o project trên ph n m m Control Builder M Professional...... 39 ạ ầ ề Hình PL.III.22 Thêm thư viện vào project........................................................... 40 Hình PL.III.23 T u khi n ....................................................... 40 ạo chương trình điề ể Hình PL.III.24 K n v ............................................... 41 ết nối thư việ ới chương trình Hình PL.III.25 Khai báo các bi n ........................................................................ 41 ế Hình PL.III.26 T ng quan v ngôn ng l p trình Control Module...................... 42 ổ ề ữ ậ Hình PL.III.27 K ................... 42 ết nối các khối Control Module trên chương trình Hình PL.III.28 K n giá tr vào kh i Control Module....................... 43 ết nối các biế ị ố Hình PL.III.29 C u hình ph n c ng cho b u khi n ....................................... 43 ấ ầ ứ ộ điề ể Hình PL.III.30 K n t ng vào ra.................................................. 44 ết nối các biế ới cổ Hình PL.III.31 Giao di n ph n m m Plant Explorer Workplace......................... 45 ệ ầ ề Hình PL.III.32 Giao di n v n hành...................................................................... 46 ệ ậ Hình PL.III.33 Đồ ị xu hướ th ng........................................................................... 46 Hình PL.III.34 C u trúc m ................................................................... 47 ấ ạng nơron Hình PL.III.35 D li u vào hai m ................................................. 47 ữ ệu đầ ạng nơron Hình PL.III.36 D li u ra m t ......................................... 47 ữ ệu đầ ạng nơron công suấ Hình PL.III.37 D li u ra m t ............................................. 48 ữ ệu đầ ạng nơron áp suấ Hình PL.III.38 Hu n luy n m ng noron trên Matlab/Simulink........................... 48 ấ ệ ạ Hình PL.III.39 K t qu hu n luy t phát ......................... 49 ế ả ấ ện mạng nơron công suấ
- 17. 1 M U Ở ĐẦ 1. t c a lu Tính cấp thiế ủ ận án Hiện nay, có rất nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam (cả những nhà máy cũ và những nhà máy mới được xây dựng), đóng góp một vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an ninh năng lượng. Theo quy hoạch điện 7 (Quyết định số 428/QĐ ính riêng nhà máy nhiệt điện đốt than đã chiếm -TTg ngày 18/3/2016), t 42,6% tổng công suất điện và chiếm 53.2% tổng sản lượng điện Quốc gia vào năm 2030. Dự báo, nhu cầu tiêu thụ điện tại Việt Nam tăng 10% mỗi năm trong giai đoạn 2010 2030 và được đáp ứng bằng việc tăng công suất điện than. Cụ - thể, trong năm 2015 2016 nhiệt điện chiếm 34% và sẽ chiếm lên đến 49 - ,3% trong năm 2020. Một vấn đề cho các nhà máy nhiệt điện đốt than ở nước ta hiện nay đó là: Toàn bộ các nhà máy nhiệt điện hiện nay đều do các công ty nước ngoài lắp đặt và thiết kế. Do đó, về mặt công nghệ, chúng ta phụ thuộc hoàn toàn vào nước ngoài. Nếu xảy ra sự cố gì hoặc có những yêu cầu chuẩn đoán, hiệu chỉnh, sửa chữa, nâng cấp thì đều phải phụ thuộc vào nước ngoài. Điều này dẫn đến chi phí giá thành sản xuất cho mỗi MW điện năng cao hơn hẳn các nước khác. Vì vậy thiếu sức cạnh tranh trong lĩnh vực năng lượng điện và thiếu tính tự chủ trong sản xuất năng lượng điện. Vấn đề là vậy nhưng những nghiên cứu dành cho nhà máy nhiệt điện đốt than hiện nay còn rất ít, nhỏ lẻ và chỉ tập trung vào một vài khâu nhỏ: điều khiển mức nước bao hơi, điều khiển máy nghiền,... Các nghiên cứu khoa học về nhiệt điện than này còn chưa đáp ứng được yêu cầu về thiết kế, chế tạo vận hành cho nhà máy nhiệt điện than, chưa có những đề tài lớn, giải quyết những nhiệm vụ nghiên cứu lớn của nhiệt điện than như xác định và chuẩn hóa các thông số làm cơ sở cho việc thiết lập dự án nhiệt điện than (như các thông số về khí tượng thủy văn, về động đất, về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, v.v), về xây dựng các chế độ vận hành tối ưu mà hiệu quả của nó có thể tiết kiệm hàng triệu tấn than/năm, về nghiên cứu quá trình đốt cháy các loại than khác nhau và kiến nghị chọn loại than thiết kế cho mỗi loại nhà máy nhiệt điện than, về các nghiên cứu cơ bản khác, v.v. Các nội dung cụ thể về nghiên cứu khoa học đáp ứng đủ nhu cầu phát triển nhiệt điện than của đất nước cần được đưa vào các chương trình nghiên cứu khoa học và công nghệ trọng điểm nhà nước như các chương trình về năng lượng, về cơ khí chế tạo, về vật liệu, về vận hành tối ưu nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm nhiên liệu, v.v…Việc tiết kiệm nhiên liệu trong sản xuất điện năng có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất điện năng và bảo vệ môi trường, do đó cần có những chính sách khuyến khích để có thể đề xuất ra những biện pháp tích kiệm nhiên liệu trong sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện. Trong hoạt động của nhà máy nhiệt điện đốt than, hệ phụ tải nhiệt đóng vai trò quan trọng nhất. Nó có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp đủ công suất hơi theo yêu cầu của công - suất phát điện của cụm Tuabin Máy phát. Để đáp ứng đủ công suất hơi theo yêu cầu công suất điện thì hệ điều khiển phụ tải nhiệt phải điều khiển lò hơi để sản xuất ra công suất hơi, đảm bảo điều khiển các đại lượng đầu
- 18. 2 vào là lưu lượng nhiên liệu, gió và nước, để đáp ứng yêu cầu phụ tải nhiệt đầu ra là công suất hơi với các đại lượng là nhiệt độ hơi, áp suất hơi và lưu lượng hơi. Để vận hành hệ phụ tải nhiệt nhà máy hoạt động thì hiện nay tại các nhà máy có nhiều cấu trúc điều khiển để thực hiện như: Điều khiển theo lò hơi (Boiler Following Control), điều khiển theo tuabin (Turbine Following Control), điều khiển phối hợp lò hơi tuabin (Coordinated Control). Nếu có được giải pháp tối – ưu để có thể giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu trên mỗi Kg hơi sản xuất ra thì hệ này sẽ mang lại rất nhiều những lợi ích về mặt kinh tế và môi trường. Như vậy, vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện đốt than chính là vận hành hệ phụ tải nhiệt sao cho tối ưu, bám lượng đặt công suất và lượng đặt áp suất nhanh nhất, giảm thiểu suất tiêu hao nhiên liệu trên mỗi KWh điện sản xuất ra. Do đó, tác giả đề xuất đề tài “Xây dựng hệ điều khiển phụ tải nhiệt phục vụ vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện đốt than áp suất cận tới hạn” nhằm xây dựng được một mô hình điều khi ph t ển hệ ụ ải nhiệt đáp ứng được yêu cầu vận hành tối ưu tại nhà máy nhiệt điện đố ể ừ ệ ả ả ất (bám nhanh lượ t than, sao cho có th v a nâng cao hi u qu s n xu ng đặ ất và lượng đặ ấ ế ệm đượ ệ ụ ỗ t công su t áp su t) mà ti t ki c nhiên li u tiêu th cho m i kWh s n xu t ra. ả ấ 2. M vi nghiên c u ục tiêu, đối tượng và phạm ứ a. M c tiêu c a lu ụ ủ ận án Nghiên c xây d u khi n ph nhà máy nhi ứu ự ệ điề ng h ể ụ ả t i nhiệ ủ t c a ệt điện đốt than áp su n t n m b n hành nh và ti t ki m nhiên li u. ất cậ ới hạ để đả ảo vậ ổn đị ế ệ ệ Đối tượ ứ ng nghiên c u H t t phun, tua ệ điều khiển phụ ải nhiệt nhà máy nhiệ điện đốt than bin ngưng hơi và ất hơi cậ ớ ạ áp su n t i h n. b. Ph m vi nghiên c tài ạ ứu của đề Thi h t t p ết kế ệ điều khiển phụ ải nhiệ theo cấu trúc phối hợ cho 01 tổ máy của nhà máy nhi t than ệt điệ ố n đ phun, tuabin ngưng hơi và áp suất hơi cậ ớ ạ n t i h n v thi ới giả ết các quá trình ngưng hơi, khử khí và quá trình hâm nước làm việc đáp ứ ố ầ ệ ụ ả ệt và đượ ỏ ậ ng t t theo yêu c u h ph t i nhi c b qua trong lu n án này. Phương pháp nghiên cứu Nghiên c u lý thuy t h p th nghi m: ứ ết kế ợ ực ệ - t n Xây dựng mô hình điều khiển phụ ải nhiệt có xét đế các quá trình cơ bản c – tuabin – máy h t ủa hệ lò hơi phát, từ đó đi thiết kế ệ điều khiển phụ ải nhiệt m i theo tiêu chu n t n hành ti t ki m nhiên li u. ớ ẩ ối ưu vậ ế ệ ệ - Ki u d ng ểm chứng kết quả nghiên cứ ựa trên mô hình hóa mô phỏng bằ Matlab&Simulink và b ng mô hình th m mô ph ng th i gian th ằ ực nghiệ ỏ ờ ực. Mô hình th m mô ph ng th i gian th c xây d ng trên b ực nghiệ ỏ ờ ực đượ ự ộ điều khiển công nghi p AC800M và DS1104. ệ 3. c và th c ti a lu Ý nghĩa khoa họ ự ễn củ ận án: - thi h t t c i Đưa ra một phương pháp ết kế ệ điều khiển phụ ải nhiệ ấu trúc phố h p ợ theo tiêu chuẩn vận hành tối ưu tiết kiệm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện đố tuabin ngưng hơi. t than
- 19. 3 - C n h t t xu kh ng ấu trúc điều khiể ệ điều khiển phụ ải nhiệ đề ất có ả năng ứ d ng vào cho h u khi n nhà máy nhi ụ ệ điề ể ệt điện đốt than tuabin ngưng hơi. 4. i c tài nghiên c u Đóng góp mớ ủa đề ứ - Đề xuất cấu trúc điều khiển phối hợp mới và thiết kế hệ điều khiển phụ tải nhiệt cho nhà máy nhiệt điện đốt than. - Xác định thông số tối ưu cho bộ điều khiển bằng cách áp dụng giải thuật di truyền GA. - - Áp dụng mạng noron mờ để ước lượng và bù nhiễu nhằm nâng cao chất lượng hệ điều khiển phụ tải nhiệt cho nhà máy nhiệt điện. 5. C a lu ấu trúc củ ận án Lu u trúc thành b m: ận án được cấ ốn chương, bao gồ Chương 1 ổ ệ điề ể ụ ả ệ ệt điện đố : T ng quan h u khi n ph t i nhi t trong nhà máy nhi t than Chương 2: Nghiên cứ ế ế ệ điề ể ụ ả ệ u thi t k h u khi n ph t i nhi t Chương 3: Ứ ụ ạng Nơron Fuzzy để ễ ệ điề ể ụ ng d ng m – bù nhi u cho h u khi n ph t i nhi t. ả ệ Chương 4: Xây dự ế ị ỏ ờ ự ể ể ứng, đánh ng thi t b mô ph ng th i gian th c đ ki m ch giá ch ng h n ph t i nhi n. ất lượ ệ điều khiể ụ ả ệt nhà máy nhiệt điệ Sau đó là phầ ế ậ ững đóng góp mớ ủ ận án và đề ấ n k t lu n nêu nh i c a lu xu t hướ ứ ế ế ầ ệ ả ng nghiên c u ti p theo. Ti p theo là ph n tài li u tham kh o, các công trình khoa h n lu n án l c I, II, III. ọc đã công bố liên quan đế ậ và các phụ ụ
- 20. 4 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ Ả Ệ T I NHI T NHÀ MÁY NHIỆ Ệ Ố T ĐI N Đ T THAN Đặ ấ ề t v n đ Nhà máy điệ ệt (NMNĐ) đố ồ ậ ợ ấ ề ế ị n nhi t than g m t p h p r t nhi u thi t b trong các quá trình để ến đổi năng lượ ể ệt năng từ đố ạ bi ng: Chuy n hóa nhi t cháy các lo i nhiên li u hóa th ch (than, d n nhi t cho môi ch t là ệ ạ ầu, khí…) trong lò hơi, truyề ệ ấ nướ ể hóa hơi, sau đó hơi sẽ đượ ẫn đi đế máy phát để c đ c d n tuabin – sinh công và phát điện năng. Như vậy lò hơi là nguồ ệ ộ n phát nhi t, tua máy phát là h bin – ph t nhi t u ụ ải tiêu thụ ệt. Hệ điều khiển phụ ải nhiệt được hiểu là với một yêu cầ công su n c n phát, ta ph u khi ất điệ ầ ải điề ể ại lượng đầu vào lò hơi (than, n các đ gió, nướ ề ể ến đổi năng lượ ng lò hơi tạ c) và đi u khi n các quá trình bi ng tro o ra năng lượ ệ ấ ệ ộ ụ ệ ng nhi t c p cho h tuabin – máy phát (h tiêu th nhi t) phát ra công su t ất điện đáp ứng theo yêu cầu. Vì vậy, hệ điều khiển phụ ải nhiệt là cốt lõi của h i ệ điều khiển nhà máy nhiệt điện, nó ảnh hưởng tớ ổn định và chất lượng của s ng ản xuất điện năng trong nhà máy điện. Trong chương này sẽ đi nghiên cứu tổ quan các c t và các v ấu trúc điề ể ệ ụ ả ệ u khi n trong h ph t i nhi ấn đề ứ nghiên c u nâng cao ch ng cho h u khi n ph i nhi t, t nh ph ất lượ ệ điề ể ụ ả t ệ ừ đó xác đị ạm vi nghiên c u và m c tiêu c a lu n án. ứ ụ ủ ậ 1.1 T công ngh t n ổng quan về ệ nhiệ điệ Phân lo [1][2][3][4][5][6] ại 1.1.1.1. Công ngh t than phun (Pulverized Coal –PC) ệ đố Công ngh t than phun là công ngh n th ng r ng rãi ệ đố ệ ề truy ống được áp dụ ộ nh y Vi ất trong các NMNĐ đốt than và chiếm chủ ếu trong các NMNĐ ở ệt Nam. Trong lò hơi công nghệ ệ ệ ỏ ầ này, nhiên li u khí (gió), nhiên li u l ng (d u) phun thành b i, nhiên li u r n (than) nghi n thành b c phun vào bu ng l a, h ụ ệ ắ ề ột đượ ồ ử ỗn h p v i không khí và ti n c a quá trình cháy trong không gian ợ ớ ến hành các giai đoạ ủ bu ng l ồ ửa. Lò hơi đốt than phun đượ ả ấ ớ ấ ề ạ ấ ừ ụ c s n xu t v i r t nhi u lo i công su t, t vài ch c đế ỡ 1300MW. Các lò hơi đang vậ ệ ổ ế ả n c n hành hi n nay ph bi n là trong d i công su 300- c ất từ 600MW thông số ận tới hạn (16,7MPa, 538o C/538o C), tuy nhiên xu hướ ệ ủ ế ớ ử ụ ổ ớ ớ ố ớ ạ ng hi n nay c a th gi i là s d ng các t máy l n v i thông s siêu t i h n (24,2MPa, 566o C/566o C) và trên siêu t , 600 ới hạn (31MPa o C/650o C). 1.1.1.2. Công ngh t t ng sôi tu n hoàn (CFB) ệ đố ầ ầ Công ngh ng sôi tu n hoàn n nay ệ ầ t ầ (Circulating Fluidized Bed – CFB) hiệ là d ng công ngh ng sôi ph n nh trong công nghi ạ ệ ầ t ổ ế bi ất cả ệp cũng như NMNĐ. Lò CFB có nguyên li p nh ng th i vào ph ệu là than và đá vôi đậ ỏ đượ ồ c đưa đ ờ ần dướ ồng đố ệt độ ừ i bu t có nhi t 8500 C đến 9500 C. Các lò CFB cho phép s ng các lo i nhiên li u bi n thiên trong d ử ụ d ạ ệ ế ải rộng: than x than bùn, than antraxit, than bitum,... G t hi n lò ấu, ần đây cũng đã xuấ ệ
- 21. 5 CFB siêu t i h n v i công su n hành (ví d i Lagisza, Ba ớ ạ ớ ất lớn được đưa vào vậ ụ ạ t Lan, thông s 28,3 MPa, 563°C/582°C, công su t 460MW b ố ấ ởi Foster Wheeler). Phân lo o i [1][2][3][6][7] ại NMNĐ theo l ạ tuabin Tuabin ngưng hơi: Phụ ả ệ ỉ dùng để phát điện. Đố ớ ạ t i nhi t ch i v i tuabin lo i này, 100% lưu lượng hơi vào tuabin để ỏ ấ sinh công, sau khi ra kh i tuabin áp su t hơi thấ ầ ấ ển) được ngưng thành nướ ở ại lò hơi ạ p (g n áp su t khí quy c quay tr l . Lo i tua n công su t l n. bin này dùng cho nhà máy phát điệ ấ ớ Tua t bin đối áp: Phụ ải nhiệt gồm hai đại lượng: Điện năng và nhiệt năng. Lưu lượng hơi sau khi ra khỏ ầ ủ ẽ ộ ần lưu lượ i t ng cao áp c a tuabin s trích m t ph ng hơi vớ ấ ể ẫ ớ ộ ụ ả ệ ể ệ ấ ấ i áp su t cao đ d n đi t i các h ph t i nhi t đ gia nhi t (s y, n u v.v...). Nhà máy điệ bin đối áp đượ ấ n tua c dùng trong các nhà máy hóa ch t, các nhà máy ch c ph ế ế ự bi n th ẩm v.v..., thườ ấ ỏ ỡ ng có công su t nh c 30MW. Phân lo [3][7] ại NMNĐ theo áp suất hơi Dựa theo thông số quan trọng là áp suất hơi, lò hơi được phân chia thành các loạ ố ậ ớ ạ ớ ạ i: Thông s hơi c n t i h n (Subcritical), siêu t i h n (Supercritical) và trên siêu t n (Ultra supercritical). Có nhi u phân chia khác nhau v ranh gi ới hạ - ề ề ới giữa siêu tới hạn và trên siêu tới hạn, dưới đây là các thông số điển hình cho các lo i nhà máy h n, siêu t i h n và trên siêu t i h n trên th gi ạ c n t i ậ ớ ạ ớ ạ ớ ạ ế ới: • C n t t t/ ậ ới hạn (Subcritical): áp suất hơi quá nhiệ 16,7MPa, nhiệt độ quá nhiệ tái nhi t 538°C/538°C. ệ • Siêu tớ ạ ất hơi ệ ệt độ i h n (Supercritical): áp su quá nhi t 24,2MPa, nhi quá nhi t/ tái nhi t 566°C/566°C. ệ ệ • Trên siêu i h tớ ạ ất hơi ệ ệ n (Ultra supercritical): áp su - quá nhi t 31MPa, nhi t độ ệ ệ quá nhi t/ tái nhi t 600°C/600°C. Hi gi n t ện nay trên thế ới, các nhà máy nhiệt điện thông số hơi cậ ới hạn vẫn là chủ đạo kể ả ở ững nướ ển, nhưng xu hướ ử ụ ố c nh c phát tri ng s d ng thông s siêu t bi nh ới hạn ngày càng phổ ến, nhất là ở ững nơi giá nhiên liệu đắt và phải chịu nhiều sức ép cắt giảm khí phát thải nhà kính. Thông số hơi trên siêu tới hạn cũng r ng vi ất được quan tâm, nhưng còn gặp nhiều trở ại về ệc phát triển các vật liệu cao cấ ế ạo lò hơi và tuabin. p cho ch t Trong ph vi nghiên c u c a lu n án, tác gi nghiên c u h i nhi ạm ứ ủ ậ ả ứ ệ ụ ả ph t ệt nhà máy nhi áp su n t i h ệt điện lò hơi đốt than phun, tuabin ngưng hơi, ất cậ ớ ạn là 16,7MPa, nhiệt độ hơi quá nhiệt là 538 - 541°C. Nguyên lý làm việc cơ bả ủa NMNĐ đố ấ ậ ớ n c t than phun áp su t c n t i h [3][4][5][8][9][10] ạn NMNĐ đố ồ ế ị chính: Lò hơi t than phun bao g m các thi t b – Tuabin – Máy phát (Boiler/Turbine/Generator) thường đượ ọ ố ổ ệ c g i là kh i t máy (unit) và các h th tr khí,… ống phụ ợ khác: ngưng hơi, hâm, khử Hình 1.1 đưa ra một cấu hình điể ủ ộ ệt điệ n hình c a m t nhà máy nhi n:
- 22. 6 Hình 1.1 C n hình m ấu hình điể ột tổ máy NMNĐ[3][9] Sơ đồ ệ ặ ắ nhi t nguyên lý (m t c t đứ ộ ổ ệt điện đượ ể ệ ng) m t t máy nhi c th hi n t hi n gi c ại hình 1.1, và hình 1.2 thể ệ ản đồ công nghệ ủa một tổ máy trong nhà máy nhi t tuabin máy phát. ệt điệ ồ n g m: một lò hơi, mộ - Đây là tổ máy có lò hơi đốt than phun, có bao hơi (D ậ ổ máy như sau: rum). Nguyên lý v n hành cho t Nhiên li u g m than (W ệ ồ f) và gió (Wa) được đưa vào buồng đố ới lưu t v lượ ất đặt. Nướ ừ bao hơi (BH) đi xuống các đườ ố ng tùy theo công su c t ng ng sinh hơi (SH) đượ ố trí xung quanh thành lò, nướ ẽ ậ ệt năn ừ c b c s nh n nhi g t quá trình đố ệ ở thành hơi bão hòa. Hơi nướ ẽ đượ t cháy nhiên li u trong lò và tr c bão hòa s c gia nhi t t quá nhi t tr n, quá nhi t h p, quá nhi ng phân chia, quá ệ ừ ộ các b ệ ầ ệ ộ ệt tườ nhi nh ệt cấp 1, quá nhiệt cấp 2, quá nhiệt cấp 3 và được phun giảm ôn để điều chỉ nhi kho º ệt độ ảng 541 C để có thể đi tiếp vào tuabin cao áp (HP) sinh công (các bộ quá nhi t, gi ệ ảm ôn được vẽ tượng trưng trên hình vẽ QN). Hơi đi vào tuabin cao áp có nhi là 541 C và áp su t là kho tuabin cao áp ệt độ º ấ ảng 16,7Mpa và hơi ra từ có áp su t gi ng th m còn kho ấ ảm còn 4,3MPa đồ ời nhiệt độ hơi cũng giả ảng hơn 350ºC (Do hơi đã mất đi một lượ ệ ớn để ng nhi t l sinh công làm quay cánh tuabin cao áp). Vì vậy hơi này đượ ề ộ ệt (TN) để ệ c đưa v b tái nhi gia nhi t bằng khói để đạt đượ ệt độ ả ấ ảng 4,1 MPa, sau đó được đưa c nhi kho ng 540 C và áp º su t kho vào tuabin trung áp (IP) để ế ụ ỏ ti p t c sinh công. Sau khi ra kh i tuabin trung áp, dòng hơi sẽ đi tiếp đế ạ áp (LP) để ầ ố ẽ n tuabin h sinh công l n cu i. Tuabin quay s làm quay máy phát (G) và phát điệ ố ộ ủ ợ ữ n, t c đ quay c a máy phát đư c gi 3000v/p để đả ả ầ ố lưới là 50Hz. Hơi sau khi sinh công từ ạ m b o t n s tuabin h áp lúc này có áp su t x p x áp su t khí quy n (kho ng 1atm), nhi u so v ấ ấ ỉ ấ ể ả ệt độ đã giảm nhiề ới dòng hơi chính vào tuabin cao áp, tuy nhiên vẫ ất cao và được đưa xuố n là r ng bình ngưng để ngưng (B l th N) trở ại thành nước. Bình ngưng có hệ ống nước làm mát tu n hoàn và h ầ ệ ống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ th nhanh chóng. T t h p v ng kh hóa W ại đây, nước ngưng kế ợ ới nước từ ệ ố h th ử lm để
- 23. 7 đưa vào bao hơi. Sau đó, nướ được bơm trở ạ ằng bơm B c l i b nc, dòng nước Wnn đượ ộ N) để ệ ồi đượ ở ại bao hơi theo điề ể c qua b H hâm ( gia nhi t r c quay tr l u khi n m l ức nước bao hơi. Trên hình vẽ ta thấy có đường nối tắt sau bơm quay trở ại bình ngưng nhằ ả ệ ẹp bình ngưng khi mà lưu lượng nướ ớn hơn m b o v tránh b c ra l so v ch áp su t. Và th c sau khi ra kh ới lượng hơi vào gây chênh lệ ấ ực tế thì nướ ỏi bình ngưng thì nướ ả ộ ệ ạ ằng hơi trích c còn ph i qua các b gia nhi t h áp và cao áp b t kh hâm ừ các tuabin cao áp, trung áp, hạ áp và bộ ử khí, trước khi nước đi vào bộ nước. TN HP IP LP BN BH QK SH HN G BD Wnc Wnc Bnc Wngo Wkh Wlm Wh QN & GÔ a W f W Hình 1.2 Giản đồ ệ ủ ộ ổ công ngh (Process Diagram) c a m t t máy NMNĐ [2][4][5][8][10-12] Vòng tu n hoàn c c có th ầ ủ ớ a nư ể được coi là chu trình kín nhưng có thể có hao h t trong các quá trình nên t t h ụ ại các bộ ệ gia nhi ạ áp thì có thêm nước được bơm thêm vào để đả ảo nướ ần hoàn trong chu trình. Khói đượ ằ m b c tu c hút b ng qu t, ạt khói (QK), sau khi khói gia nhiệt cho hơi trong các bộ quá nhiệt và tái nhiệ gia nhi c trong b hâm thì s c cho qua b n r i m ệt cho nướ ộ ẽ đượ ộ ọ l c bụi tĩnh điệ ồ ới đưa ra ống khói để ải ra môi trườ ớ ột lưu lượ th ng v i m ng Wkh. 1.2 T h t t ổng quan về ệ điều khiển phụ ải nhiệ Các quá trình v n c t à các mạch vòng điều khiể cơ bản ủa hệ phụ ải nhiệt [11-15] Trên H 1.3 mô t các quá trình bi ng c i nhi ình ả ến đổi năng lượ ủa hệ ụ ả ph t ệt, có hai t n nhiên li m: than, gió, ổ ợp: Lò hơi bin máy phát. Lò hơi nhậ h - tua ệ ồ u g nướ để ạ ệt năng ến đổ c t o thành nhi qua các quá trình bi i cơ bả ấ n: Quá trình c p nhiên li gió, quá trình c c, quá trình cháy, truy ệu- ấp nướ ền nhiệt sinh hơi và quá trình quá nhi t. T p tua máy phát có hai quá trình bi ệ ổ ợ h bin- ến đổi từ ệ ăng nhi t n thành cơ năng và cơ năng thành điệ năng n .
- 24. 8 Quá trình quá nhiệt Quá trình cấp nhiên liệu và gió Quá trình truyền nhiệt sinh hơi Qquá trình cháy Quá trình cấp nước, Tro, xỉ Khói Nhiên liệu Gió Nước Tuabin Nh= Phh.Wh Cơ năng Ncơ=Th.ω Điện năng Nhiệt năng Máy phát Quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng Quá trình biến đổi nhiên liệu hóa thach thành nhiệt năng Quá trình biến đổi cơ năng thành điện năng Hình 1.3 -6][8][10][11][16] Quá trình bi ng c a h ph t i nhi t ến đổi năng lượ ủ ệ ụ ả ệ [4 Để đả ả ến đổ ệ ụ ả ệ ầ ế ậ m b o các quá trình bi i trong h ph t i nhi t ta c n thi t l p các mạch vòng điều khiển cơ bản: Điề ể ấ ệu, điề ển khói gió, điề u khi n c p li u khi u khi u ển mức nước bao hơi (đảm bảo quá trình cháy truyền nhiệt sinh hơi), điề khiển hơi quá nhiệt, điều khiển ngưng hơi, điều khiển hâm nước và khử khí, điều khi tuabin n- ển tố ộ c đ (điều tầ công suất tác dụng) và điều khiển kích từ máy phát (điề ển điệ ấ ả u khi n áp máy phát - công su t ph n kháng). C ng quát h i t t ấu trúc tổ ệ đ ều khiển phụ ải nhiệ Nhà máy nhi n khi s ng 100% nhiên li ệt điệ ử ụ d ệu là than thường chỉ ậ v n hành su n (70 100)% P ở chế độ phát công ất vào lưới điệ ÷ đm [2][4][5][8][10] vì v u h t t c ậy trong phạm vi nghiên cứ ệ điều khiển phụ ải nhiệ ủa luận án này chỉ nghiên c u khi n phát công su i v quá trình ứu điề ể ất vào lưới điện. Đố ới lò hơi, ngưng hơi và hâm nướ ử khí có tính độ ập tương đố ới điề ể ụ ả c kh c l i v u khi n ph t i nhi t [4][5][8][10-14] gi ệ . Vì vậy để ảm tính phức tạp của hệ ta coi hai quá trình điề ể ậ ổn định và đả ả ầ ề ất lượng điề u khi n này v n hành m b o các yêu c u v ch u khi gi thi c ph t t ển. Từ ả ết đó ta có ấu trúc tổng quát của hệ ụ ải nhiệ được trình bày dướ ạng sơ đồ ố ổ ấ ổ ệ i d kh i t ng quát ình 1. . Trong c trên h 4 u trúc t ng quát này, h điề ể ụ ả ệt là vùng đóng khung ồ ại lượng đầ u khi n ph t i nhi --- g m các đ u vào là: Công su t, áp su ất đặ ấ ặ t đ t; Các đại lượng đầu ra đầ ấ ệ u ra là: công su t nhi t yêu c ng nhiên li u), tín hi u khi n góc m ầu cho lò (lưu lượ ệ ệu điề ể ở van hơi vào tuabin.
- 25. 9 , .W h h h P T h P h µ Wh i D h P∗ *% 2 0 * hqn T * bd p * bh H Wf f µ f V ⊗ Wf C G * Wf e N h N + * N Hình 1.4 C u trúc t ng quát mô hình h u khi n ph t i nhi ấ ổ ệ điề ể ụ ả ệt Trong c u khi ng quát i nhi t g m hai h u khi ấu trúc điề ể ổ n t h ph t ệ ụ ả ệ ồ ệ điề ển: Điề ể ấ ề ể ất điệ ệ này đề u khi n công su t hơi và đi u khi n công su n. Hai h u có chung một lượng đặt là công suất phát N* (MW), đạ lượ ần điề ể ấ i ng c u khi n là công su t điện Ne (MW). Trong c u khi ấu trúc đó mô tả ộ điề các b ể ả ủa lò hơi: Điề n cơ b n c u khi u ển nhiên liệu, điều khiển khói gió (nồ ộ ng đ oxy dư và áp suất buồng lửa), điề khi u khi t. ển nước cấp và điề ển hơi quá nhiệ Các đại lượ ễ ng nhi u i D thì có nhi u kh ề ả năng gây ra nhưng trong đó quan tr u và ọng nhất là nhiễ ảnh hưởng quá trình cháy, nhiễu biến thiên của nhiệt trị thành ph n hóa h a than. C n ph i nhi c xây d ầ ọc củ ấu hình điều khiể ụ ả t ệt đượ ựng theo c u trúc m p c n theo ba ch ấ ở để ể ậ có th l ấu hình điều khiể ế độ ận hành: Điề v u khi u ển theo lò hơi, điều khiển theo tuabin, điều khiển phối hợp. Xét các hệ điề khi n trong h ph t ể ệ ụ ải nhiệt như sau: H u khi n công su c a h t i nhi t ệ điề ể ất hơi ủ ệ phụ ả ệ Trong h u khi n công su ệ điề ể ất hơi (lò hơi) có các đại lượng đầu vào là lưu lượ ệu, lưu lượng không khí, lưu lượng nướ ấp vào lò và đầ ng nhiên li c c u ra là công su m ba tham s : Áp su ất hơi gồ ố ất hơi, nhiệt độ hơi, lưu lượng hơi. Các cơ c nh [4][5]][8][10] ấu chấp hành là các van điều chỉ . Các mạch vòng điều khiển gồm: Điều khiển mức nước bao hơi (nước cấp cân bằng với hơi lấy ra), điều khi l v n ển gió 1 tỷ ệ ới nhiên liệu, điều khiển gió 2 cho quá trình cháy, điều khiể áp su t chân không bu u khi u khi ấ ồng đốt thông qua điề ển lưu lượng khói, điề ển nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng điều khiển lưu lượng nước giảm ôn [2][4][5][8][10][11]. Để có công suất hơi đầu ra ta cần điều khiển các quá trình đó như sau: • Quá trình cấ ệu: Đả ả ất lượ ề ệ ộ ộ ẩ p nhiên li m b o ch ng than v nhi t đ , đ m, kích thước hạt than (do máy nghiền than thực hiện). Lưu lượng than được tính từ
- 26. 10 t ng ng nhi u, ổ lượ ệt yêu cầ được ký hiệu * f W và thường thiết lập mạch vòng điều khi u ch u. ển lưu lượng than, cơ cấ ấp hành là van nhiên liệ • Quá trình cháy: Đả ảo than vào lò đượ ế ệ điề ể m b c cháy h t, ta có h u khi n gió và khói. Điề ển gió để ấp đủ lượng không khí cho quá trình cháy. Điề u khi c u khi t o phân b áp su t âm trong lò cho quá trình cháy. ển khói để ạ ố ấ • Quá trình cấp nước: Đả ảo lượng hơi tiêu thụ ằng lượng nướ ấ m b cân b c c p cho lò. Điề ển nướ ấ ạch vòng điề ể ức nước bao hơi thự u khi c c p do m u khi n m c hi n. ệ • Điề ển hơi quá nhiệt: Đả ả ất lượng hơi do các bộ ệ u khi m b o ch quá nhi t đả ậ m nh n. Như vậ ể ất hơi đầu ra, lò hơi cầ ố ạch vòng điề y đ có công su n có b n m u khi n t c b n ể trên. Tấ ả ốn mạch vòng này đều có lượng đặt không đổi và làm việc ổ định xung quanh điể ằ m cân b ng. H u khi n công su n c a h ph t i nhi t ệ điề ể ất điệ ủ ệ ụ ả ệ Điề ể ất điệ ệ điề ể ổ ợ u khi n công su n là h u khi n t h p Tuabin Máy phát, có – đại lượng đầu vào là lưu lượng hơi ( h W ), đại lượng đầ ất điệ u ra là công su n (MW), cơ cấ ấp hành là van điề ỉnh lưu lượng hơi vào tuabin u ch u ch [4][5][8][10]. Công suất hơi là tích của lưu lượng và entanpy hơi ( h h h N H .W = ), trong đó lưu lượng hơi là biến tác độ ủa quá trình điề ể ất điệ ng c u khi n công su n, entanpy hơi (tỷ ệ ớ ất hơi) đượ ọn là đại lượ ần điề ể ủ lò hơi). l v i áp su c ch ng c u khi n c a Như vậ ệ điề ể ụ ả ệ ệ có hai đối tượng: Lò hơi và y, h u khi n ph t i nhi t là h Tuabin - Máy phát [4][5][8][10]; Hai đại lượng cần điều khiển là áp suất hơi h P và công suất phát e N ; Hai cơ cấ ấ ệ u ch p hành: Van nhiên li u f V và van hơi h V ; Có hai lượ đặ ấ ng t: Công su t phát Ne * và áp suất hơi * h P .Trước đây áp suất đặt thường đượ ữ không đổ nay, để tăng công suất người ta dùng lượng đặ c gi i. Ngày t theo d t ạng công suất trượ * h e P F( N ) = , trong đó vùng công suấ ất đặ t < 70% áp su t không đổ ấ ừ i, khi công su t t (70% 100%)P ÷ đm thì áp suất có tăng theo công suất đặ ệ ế ế ẹp tương ứ t là quan h tuy n tính bi n thiên trong vùng h ng (76 80)% Pmax. ÷ T trên, t ừ phân tích ở ta thấy để nghiên cứu điều khiển phụ ải nhiệt ta cần ph - ải nghiên cứu các mạch vòng điều khiển khói gió, mạch vòng điều khiển mức nước bao hơi, mạch vòng điề ển hơi quá nhiệt. Đây là các vòng điề ể u khi u khi n r t t ất quan trọng để ạo thành hệ điều khiển phụ ải nhiệt và được gọi là các vòng điề ể u khi n cơ bả ậ ế ế ệ điề ể ụ ả n (các vòng trong). Vì v y khi thi t k h u khi n ph t i nhi ch vòng này ph m b c u ng. ệt, các mạ ải được đả ảo yêu ầ chất lượ M t ạch vòng phụ ải nhiệt là mạch vòng cấp trên, có hai đối tượng: Lò hơi có quán tính l m và tuabin ớn tác động chậ - u máy phát tác động nhanh. Lò hơi cần điề khi bin- ển áp suất hơi (đầu ra là áp suất hơi, đầu vào là lưu lượng nhiên liệu); Tua máy phát c u khi n công su u ra là công su ần điề ể ất (đầ ất, đầu vào là lưu lượng
- 27. 11 hơi). Mạ ụ ả ệ ộ điề ể ch vòng ph t i nhi t có hai b u khi n: CP G điều khiển áp suất và CN G t điều khiển công suất. Như vậy, hệ điều khiển hệ điều khiển phụ ải nhiệt là h u khi ng xen kênh. ệ điề ển đa biến tác độ Các c a h ph t t trong nhà máy nhi n ấ ề u trúc đi u khiển củ ệ ụ ải nhiệ ệ ệ t đi Như đã phân tích ở ệ điề ể ụ ả ệt có hai đố trên (hình 1.4), h u khi n ph t i nhi i tượng: Lò hơi và Tuabin ộ điề ể ộ điề ể -máy phát; Hai b u khi n: B u khi n áp suất hơi ( CP G ) và b u khi n công su ộ điề ể ất ( CN G ) , u . Hiện nay có ba cấu trúc cơ bản điề khi t t [4][5][8][10] ển phụ ải nhiệ : Điều khiển đơn biến theo tuabin, điều khiển đơn biến theo lò hơi và điề ển đa biế ố ợp Lò hơi u khi n: Ph i h -Tuabin. 1.2.3.1. C i nhi t theo tuabin ấu trúc đơn biế ể điề n đ u khi n ph ể ụ ả t ệ (Turbine Following Control) Điề ể ụ ả ệ ử ụ ấu trúc đơn biế đượ u khi n ph t i nhi t s d ng c n theo tuabin c trình bày trên hình 1.5 u khi n công su [2][4][5][8-14]. Trong đó bộ điề ể ất CN G đượ ố c b trí c n tuabin – máy m ở ụm điều khiể phát để điều khiển độ ở van tuabin µh, đưa lưu lượng hơi vào tuabin theo yêu cầ ất điệ ộ điề ể ấ u công su n. B u khi n áp su t CP G đượ ặ ở phía điề ển lò hơi, đưa tín hiệu điề ển độ ở ệ c đ t u khi u khi m van nhiên li u c p ấ vào lò hơi Vf, đáp ứ ầ ất hơi theo ầ ất điệ ng yêu c u công su yêu c u công su n. Hoạt động của hệ theo nguyên lý lò hơi đáp ứng theo tuabin, ví dụ ta tăng công su t ất đặ * e N , góc mở van hơi tăng lưu lượng hơi h W tăng. h P h µ * ( ) h P F N ∗ = ⊗ ⊗ Wf CN G CP G * e N Wh + − − + e N h V f V Hình 1.5 C u trúc ấ điề ể ụ ả ệ u khi n ph t i nhi t theo tuabin (Turbine Following Control) [2][4][5][8-14] D t o công suất hơi đang là không đổi nên khi tăng lưu lượng hơi thì áp suấ hơi giả ẫn đến tăng lưu lượ ệu cho đế ất hơi đạ ị m, d ng nhiên li n khi áp su t giá tr đặ ớ ất hơi tăng chậm hơn so vớ t. Tuy nhiên, do quán tính lò l n nên công su i yêu cầu công suất ra của tuabin, vì vậy khi lưu lượng hơi vào tuabin tăng dẫn đến áp su ng ất hơi giảm, tác động ngược lại làm giảm lưu lượng hơi vào tuabin. Hiện tượ này là tác độ ữ ệ ề ển lò hơi và tuabin ng xen kênh gi a hai h đi u khi [2][11][12][14]. Nó gây ra dao độ iai đoạn đầu khi tăng, giả ấ ặ ễ ng g m công su t ho c có nhi u tác động vào. Đặc tính đáp ứ ớ ầ ải thay đổ ủ ế độ ể ệ ng v i yêu c u t i c a ch này th hi n trên hình 1.6. Khi tăng tả ất hơi bị ụ ố ầu lưu lượng hơi tăng i thì áp su t t xu ng do yêu c
- 28. 12 mà yêu c u nhi ng k p th i quán tính c a lò (quá trình cháy ầ ệt chưa đáp ứ ị ời bở ủ truyền nhiệt sinh hơi) lớn. Khi công suất đạt giá trị đặt, do trễ quá trình điều khiển và quán tính của quá trình cung cấp nhiên liệu vẫn tăng nên áp suất có độ quá điề ỉ tương đố ớn. Nhưng bù lạ ấ ờ ổ ị ủ u ch nh là i l i ta th y th i gian n đ nh c a áp su ng i [2][4][5][8- ất dài, công suất phát được đáp ứ nhanh khi có thay đổi của tả 14]. Giá trị áp suất đặt Giá trị công suất đặt Hình 1.6 ng c u tuabin -14] Đáp ứ ủa điề khiể ụ ả ệ n ph t i nhi t theo [11 1.2.3.2. t Điều khiển phụ ải nhiệt cấu trúc đơn biến theo lò hơi (Boiler Following Control) Điề ể ụ ả ệ ử ụ ấu trúc đơn biến theo lò hơi đượ u khi n ph t i nhi t s d ng c c trình bày trên hình 1.7 [2][4][5][8-14]. Turbine-Máy phát Hệ điều khiển lò hơi Hình 1.7 C u khi n ph t i nhi ấu trúc điề ể ụ ả ệt theo lò hơi (Boiler Following Control) [2][4][5][8-14] T , b t rong đó ộ điều khiển công suấ CN G b trí u khi ố ở điề ển lò hơi, còn bộ điề ể ấ u khi n áp su t CP G b trí n c m tuabin- t ố ở điều khiể ụ máy phát. Hoạ động của tua u bin theo đáp ứng của lò hơi, ví dụ: khi tăng công suất đặt lưu lượng nhiên liệ tăng, áp suất hơi tăng dẫn đế ộ điề ể ấ n b u khi n áp su t hơi CP G ho ng ạt động (tác độ ngược) van hơi mở để tăng công suất phát cho đế ằ n khi cân b ng. Giá trị áp suất đặt Giá trị công suất đặt Hình 1.8 ng c u khi n ph t i nhi -14] Đáp ứ ủa điề ể ụ ả ệt theo lò hơi [11
- 29. 13 t hi Đặc tính đáp ứng của điều khiển phụ ải nhiệt theo lò hơi được thể ện trong hình 1.8. Khi có tín hi t công su i áp su ệu lượng đặ ất thay đổ ất hơi tăng lên do b u khi n công su u khi n tr ộ ề đi ể ất điề ể ực tiếp quá trình cháy lò hơi. Áp suất tăng lên đạ ị ngưỡ ộ điề ển van tuabin thay đổi làm tăng lưu t giá tr ng thì b u khi lượng hơi đưa vào tuabin. Khi đó, công suất tăng lên đạ ị đặt, đồ ờ t giá tr ng th i áp suất cũng tụt xuống về giá trị ổn định. Do quán tính của quá trình cấp nhiên liệu lớn nên đáp ứng của công suất máy phát với yêu cầu tải là khá chậm so với chế độ điề ển lò hơi theo tuabin nhưng bù lạ ất hơi đượ ữ không đổ u khi i áp su c gi i đả ảo đượ ất lượng hơi m b c ch [2][4][5][8-14]. 1.2.3.3. u khi t t theo c u trúc ph Điề ển phụ ải nhiệ ấ ối hơp (Coordinated) Điề ể ụ ả ệ ử ụ ấ ố ợp đượ u khi n ph t i nhi t s d ng c u trúc ph i h c trình bày trên hình 1.9. Trong đó, bộ điề ể ố ợp đượ ế ế đa biế u khi n ph i h c thi t k n sao cho bù xen kênh gi m tuabin - máy ng b i nhau. ữa cụ phát và lò hơi đồ ộ được vớ h µ Wh h V e N * ( ) h P F N ∗ = * e N h P Wf Hình 1.9 u khi n ph t i nhi t theo c u trúc ph -14] Điề ể ụ ả ệ ấ ối hơp (Coordinated) [2][4][5][8 Giá trị áp suất đặt Giá trị công suất đặt Hình 1.10 ng c u khi n ph t i nhi t theo c u trúc ph p -14] Đáp ứ ủa điề ể ụ ả ệ ấ ối hợ [11 H th ng ệ ống hoạt độ ở chế độ điều khiển phối hợp thì khi có tín hiệu tải yêu c h ầu sẽ đượ ồ c đưa đ ng thời tới cả ệ điều khiển van tuabin và bộ điều khiển quá trình cháy nh u khi i h u khi ờ ộ điề b ển phố ợ ớ p [2][4][5][8-14]. V i chế độ điề ển này, áp su t khác, ất hơi được gi m b ữ ổn định hơn, đả ảo được chất lượng hơn. Mặ do đồ ời điề ể ả ố ộ đáp ứ ớ ng th u khi n c quá trình cháy và van tuabin nên t c đ ng v i m th ỗi thay đổi của hệ ống nhanh. Khi tín hiệu công suất thay đổi thì áp suất tăng lên do bộ điều khiển tác độ ự ế ộ điề ể ệu, đồ ờ ộ ng tr c ti p lên b u khi n nhiên li ng th i b điề ển cũng tác độ ộ ề ể ất làm cho lưu lượng hơi u khi ng vào b đi u khi n van áp su tăng lên. Công suất máy phát đáp ứng nhanh hơn và cũng giữ đượ ất đượ c áp su c đả ảo không đổ ổn đị m b i nh [2][4][5][8-14].
- 30. 14 Cấu trúc điều khiển phối hợp là hệ điều khiển đa biến, bù xen kênh tạo nên đồ ộ ữa lò hơi ấ ạ ỉ là điề ể ng b gi - tuabin, trong khi hai c u trúc còn l i ch u khi n đơn bi gi - ti ến và không đồng bộ ữa lò hơi tuabin. Tác giả ến hành mô phỏng thử nghi d ệm (sử ụng phần mềm Matlab&Simulink) cho cả ba cấu trúc dạng đơn biến và đa biế ớ ố ệ ữ ệu đượ ậ ừ ệt điệ ả n v i s li u và d li c thu th p t nhà máy nhi n H i Phòng, kết quả đã chứng minh được tính ưu việt của cấu trúc điều khiển phối hợp (công b s c ố ố 2 trong danh mục tuyển tập các công trình công bố ủa luận án). Do đó, tác gi nh c u khi n ph i h p là ph m vi nghiên c u c n án này. ả xác đị ấu trúc điề ể ố ợ ạ ứ ủa luậ 1.3 T t t ổng quan những vấ ề n đ nghiên cứu hệ điều khiển phụ ải nhiệ Do tính ưu việt đã đượ ứ ệ điề ể c ch ng m nên h inh [2][4][5][8][10-14] u khi n ph t d y ụ ải nhiệt với cấu trúc phối hợp được sử ụng chủ ếu trong hệ điều khiển nhà máy nhi . Tuy nhiên, hi n nay có r t thi t k u khi n ph ệt điện ệ ất nhiều đề ấ xu ế ế điề ể ụ t gi ải nhiệt của các tác giả trên thế ới và cũng đã đạt đượ ề ự c nhi u thành t u [15-18] [29][30][31][32][33] t nh ng h . Dưới đây, tác giả đưa ra ổng quan ữ nghiên cứu về ệ điề ể ố ợ u khi n ph i h p. Nh p ững nghiên cứu cơ bản cấ ề u trúc đi u khiển phối hợ Trong các tài li u khi ệu giáo trình và sách điề ển lò hơi trong nướ nướ c và c ngoài t p d ng đã đưa ra nguyên lý điều khiển phụ ải nhiệt theo cấu trúc phối hợ ở ạ sơ đồ ối như ộ ố ấu trúc điể như sau kh hình 1.9 [2][11-14]. M t s c n hình : Trên hình 1.11 , b [14] ộ điề ể ấ u khi n công su t GCN t đặ ở điều khiển tuabin, k t G ết hợp với feedforward lượng đặ FT (đảm bảo công suất bám lượng đặt) và có bù xen kênh c a bi n thiên áp su i v i h u khi ủ ế ấ ố t ∆P; Đ ớ ệ điề ển lò hơi có có bộ điều khiển GCP k t G ết hợp với feedforward công suất đặ FL t (đảm bảo công suấ hơi bám lượng đặ ủ ế ấ ấ t) và bù xen kênh c a bi n thiên công su t ∆N [14]. C u trúc này trước đây có sử ụng nhưng hiệ ả ử d u qu kh xen kênh ít nên ngày nay không còn đượ ế ụ ể ể ứ ụ c ti p t c tri n khai tri n khai ng d ng. ⊗ * e N CN G CP G e N h P h µ * h P P ∆ + − ⊗ ⊗ + + − ⊗ − N ∆ ⊗ + • • + FL G + ⊗ FT G + + * Wf • Hình 1.11 u khi n ph Sơ đồ nguyên lý điề ể ối hợp củ ệ ụ ả ệ a h ph t i nhi t theo [14] Hình 1.12 trình bày c a ấ điề ể ố ợ ệ ụ ả ệt theo đề u trúc u khi n ph i h p h ph t i nhi xu [12] v ng v c n ph ất của ới ý tưở ề ấu trúc điều khiể ối hợp có một lượng đặt công suất phát N* cho cả hai hệ điều khiển công suất điện và điều khiển công suất hơi.
- 31. 15 Ngoài ra, c u khi n feedforward áp su t là hàm phi tuy ấu trúc đó có điề ể ấ ến g(∆P) (hình 1.12b) ng xen kênh gi u trúc này, để bù tác độ ữa lò hơi và tuabin. Trong ấ c lưu lượ ệu đượ ự ế ất đặ ớ ệu đầ ng nhiên li c tính tr c ti p qua công su t nhân v i tín hi u ra c n áp su u ch m theo áp su ủa bộ điều khiể ấ ệ t (hi ỉnh tăng và giả ất hơi), do đó làm nh C tăng độ ạy của mạch vòng cấp nhiên liệu cho lò. ấu trúc này cho phép bám nhanh công t và có th ng nguy hi ng lò, suấ đặ t ể ngăn các tình huố ểm (dao độ xung độ ến tĩnh g( ng tuabin,...) thông qua hàm phi tuy P ∆ ) [12] ng . Trong trườ h n ợp hoạt động bình thường, hệ điều khiể ở chế độ lò hơi theo tuabin (Boiler Following Turbine mode), tín hi u feedforward c a công su t t i d a trên h ệ ủ ấ ả ự ệ điều khiển cấp liệu cho bất kỳ ự ến đổ ả ả ế s bi i t i nào và gi m bi n thiên áp suấ ấ t. Khi xu t hiện những điều kiện khắc nghiệt, chế độ tuabin theo lò được lựa chọn theo như c h ấu trúc trên hình 1.12a và một hàm phi tuyến tĩnh g(ΔP) (hình 1.12b) ạn chế lưu lượng hơi khi áp suất tăng vượ ị ngưỡ ả ệ t quá giá tr ng b o v . Tuy nhiên, trong c u trúc này, tác gi i ch t ra c u trúc ấ ả ớ [12] m ỉ đề ấ xu ấ nhưng chưa chứ ệ ả ủ ấu trúc này trong điề ể ủ ng minh tính hi u qu c a c u khi n c a nhà máy nhi n. M t khác gi a hàm phi tuy P) tác gi ệt điệ ặ ới hạn củ ến tĩnh g(Δ ả ớ này m i chỉ ừ ạ ở ý tưởng nhưng chưa đượ d ng l i c chứ ẫ ệ ế ế ng minh và d n ra vi c thi t k thông s . ố ⊗ * N CN G CP G e N h P h µ * h P P ∆ + − ⊗ + − + • FL G + ⊗ + − * Wf g( ) P ∆ • × a) b) Hình 1.12 nguyên lý c u khi n ph p [12] c tính hàm bù áp Sơ đồ ấu trúc điề ể ối hợ (a) Đặ suất g(ΔP) (b) C u i h ng dùng trong th ấ trúc điều khiển phố ợ ờ p thư ực tế Hình 1.13 trình bày c u trúc th các nhà máy nhi ấ ực tế ệ điện nước ta thườ t ng s d ng [4][5][8][10]. ử ụ
- 32. 16 ⊗ * N CN G CP G e N h P h µ * h P + − ⊗ + − ⊗ + FP G + ⊗ FN G + + * Wf • × ÷ h * h p k P Hình 1.13 C u khi n ph p t i các nhà máy nhi t than phun ấu trúc điề ể ối hợ ạ ệt điện đố ở Việt Nam [4][5][8][10] Trong đó ộ điề ể ấ , b u khi n công su t GCN i đặt ở điều khiển tuabin, kết hợp vớ feedforward lượng đặt GFN để tăng tố ộ c đ đáp ứng theo yêu cầu điều khiển công su t ấ (đảm bảo công suất bám lượng đặt) và một tín hiệu xen kênh, bù áp suất đượ ằ ỷ ệ ữ ấ c tính b ng t l gi a áp su t hơi và áp suất đặt Ph/Ph*. Trong hệ điều khiển lò hơi, ộ điề ể ấ b u khi n áp su t GCP kết hợp với feedforward giá trị yêu cầu tải GFP để đả ả ất hơi bám lượng đặ m b o công su t. C u trúc p c hi s d l gi ấ điều khiển phối hợ ủa nhà máy ện nay ử ụng tỷ ệ ữa áp suất thực của lò hơi với áp suất đặt (Ph/Ph * ) để ệu bù tác độ làm tín hi ng xen kênh gi u khi bin [4][5][8][10]. Khi áp su t c n t i h n, thì áp su t ữa điề ển lò hơi và tua ấ ậ ớ ạ ấ hơi tỷ ệ ới lưu lượng hơi, do vậ ất tăng hoặ ả ẫn đến thay đổ l v y khi áp su c gi m d i độ ở tương ứ ới thay đổ ấ ệ m van tuabin, ng v i công su t phát. Tuy nhiên tín hi u này lại nhân với đầu ra bộ điều khiển GCN d t ẫn đến gây dao động áp suất và công suấ phát, đặ ệ ố ộ tăng lượng đặ ớ ễ ề ệ ị c bi t khi t c đ t l n và khi có nhi u v nhi t tr than hay nhi ng hi ễu quá trình cháy, truyền nhiệt trong lò thì hiện tượ dao động càng thể ện rõ [4][5][8][10]. Nh h t ững công trình nghiên cứu về thiết kế ệ điều khiển phụ ải nhiệt nhà máy nhi t than phun ệt đi n đ ệ ố T th k ừ ập niên 60 của thế ỷ XX đến nay, các vấn đề trong điều khiển các quá trình c a nhà máy nhi n nh m nâng u khi n các quá ủ ệt điệ ằ cao chất lượng điề ể trình, tăng hiệ ất phát điệ ả ệ ấ ợng điệ ả ện môi trườ u su n, c i thi n ch t lư n, c i thi ng,… đã đượ ứ ấ ề ế ớ ở ả trong nướ c nghiên c u r t nhi u trên th gi i [12-14][24-36] và c c [2][3][11][37-73]. Nhờ vào những nghiên cứu đó, đã có nhiều nghiên cứu được ứ ụ ự ế ả ất như hiệ ầ ệ ả ng d ng vào trong th c t s n xu n nay và góp ph n nâng cao hi u qu s n xu t cho các nhà máy nhi t than [15-18][24-36]. ả ấ ệt điện đố
- 33. 17 Những nghiên cứu xây dựng mô hình toàn cục nhà máy nhiệt điện Nước ngoài Mô hình điều khiển Trong nước Coi hoạt động của nhà máy nhiệt điện là phương trình toán học Thiết kế điều khiển và chứng minh nó tốt theo toán học,theo lý thuyết điều khiển mà chưa chứng minh được nó tốt theo bản chất vật lý Mô hình vật lý [12-14][35] Mô hình điều khiển [15-20][25][29-33][40-45] Phân tích chi tiết các quá trình trong nhà máy - Quá trình nghiền than - Quá trình cháy - Quá trình cấp nước - Quá trình hóa hơi nước ... - Phần mềm mô phỏng lò hơi - Quá cồng kềnh - , Tốn kém khó thực hiện và thừ nghiệm - Chỉ phù hợp cho xây dựng nhà máy nhiệt điện Điều khiển cân bằng năng lượng ( ) [18][33][40-46] phụ tải nhiệt DEB - Nặng về thực nghiệm mà chưa chính xác các yếu tố vật lý của các quá trình [40-46] - Không khảo sát được nhiễu tác động vào mô hình Không quan tâm đến quá trình vật lý chi tiết Gán cho mô hình là một hàm bậc nhất Bỏ hết các quá trình cơ bản trong hệ thống Mô hình điều khiển phi tuyến [19-23][25-27] Mô hình điều khiển tuyến tính Mô hình điều khiển phi tuyến [37] Mô hình điều khiển tuyến tính [2][73] Động học của nhà máy nhiệt điện được mô tả dưới dạng một hệ phương trình trạng thái phi tuyến Quy toàn bộ hoạt động điều khiển của nhà máy là một hệ điều khiển tầng hoặc một hệ SISO. Thiết kế điều khiển và chứng minh nó tốt theo toán học, theo lý thuyết điều khiển mà chưa chứng minh được nó tốt theo bản chất vật lý Thiết kế điều khiển và chứng minh nó tốt theo toán học,theo lý thuyết điều khiển mà chưa chứng minh được nó tốt theo bản chất vật lý Hình 1.14 T ng quan tình hình nghiên c u khi n h ph t i nhi ổ ứu xây dựng mô hình điề ể ệ ụ ả ệt cho nhà máy nhi t than ệt điện đố Phương pháp xây dựng mô hình vật lý M [12-14][35][36][38][39] ô hình vật lý cho lò hơi thường sử dụng để thiết kế lò hơi đồng thời để kiểm tra thông số vận hành lò hơi. Trong mô hình này có đầy đủ các quá trình trong hoạt động của một nhà máy nhiệt điện đốt than: Quá trình nghiền than, quá trình cháy, quá trình cấp nước,...Mô hình này đã được một số hãng xây dựng các phần mềm mô phỏng để phục vụ việc kiểm tra, đào tạo, thử nghiệm vận hành,... của các nhà máy nhiệt điện [8]. Tuy nhiên, mô hình này rất cồng kềnh, tốn kém và khó thực hiện do chi phí đầu tư rất lớn, chỉ phù hợp cho việc xây dựng nhà máy nhiệt điện. Phương pháp xây dựng mô hình điề ể u khi n Những năm gần đây có rấ ề ả ạng mô hình điề t nhi u tác gi đưa ra các d u khiển cho nhà máy nhiệt điện đốt than nhưng phần lớn đều là những nghiên cứu công b i d n t Trung Qu ố dướ ạng các bài báo đế ừ ốc [16-18][23][31-34][40][41] [43][53][54][66] 19-21][25][27][44][45][64][65], và một số đến từ Hàn Quốc [ Nh 22] và m -30][38][42][46][52][55- ật [ ột số nước khác [28 59][62][68]. Gần đây là m t s nghiên c i h c Bách Khoa Hà N ộ ố ứu của các tác giả ại trường Đạ t ọ ội [3][37][73] n th . Những nghiên cứu này gần như đều mô tả ặng về ực nghiệm mà không sát v t lý c quy ho n c ậ [15-18][40][41][43-45] hoặ ạt động điều khiể ủa nhà máy là m t h ng thái r t k u khi n và ch ộ ệ phương trình trạ ồi sau đó thiế ế điề ể ứng minh nó t t theo toán h u khi ố ọc và theo nguyên lý điề ển [3][15-20][25][29- 33][37][40-45][73]. Trong những nghiên cứu này, các quá trình cơ bản trong hệ ph t ụ ải nhiệt không được khảo sát chi tiết và không xét sự ảnh hưởng của nhiễu lên mô hình. M t s các nghiên c ng mô ộ ố ứu điển hình cho phương pháp xây dự hình điề ển như sau: u khi - Nghiên cứu xây dự ần đúng cho hàm truyề ủ ối tượ ng g n c a đ ng lò hơi trong h ph t ệ ụ ải nhiệt với đầu vào là nhiên liệu và đầ ấ u ra là áp su t, thông qua thí nghi m th ph nh b n riêng l [45]. ệ ực tế để ục vụ chỉnh đị ộ điều khiể ẻ
- 34. 18 - Xây dựng mô hình động lực học của hệ theo phương pháp cân bằng trực tiếp DEB (Directed Energy Balance). Đây là phương pháp xây dựng phương trình độ ự ọ ự ự ằ ự ếp năng lượ ối lượ ạ ng l c h c d a trên s cân b ng tr c ti ng và kh ng t i điể ả ra, phương pháp này đượ m kh o sát vào – c đề ấ ừ ả ần 10 năm xu t t kho ng g g [15-18][40][41][43-45] ần đây , phương pháp này chỉ có ý nghĩa xây dựng được mô hình điề ể ấ ỉ để ế ế điề ể ụ ụ ệ u khi n x p x thi t k u khi n, không ph c v cho vi c nghiên c t i ứu thiết kế lò hơi. Thường được áp dụng để nghiên cứu hệ điều khiển phụ ả nhiệt một cách tổng thể. Tuy nhiên phương pháp này bắt buộc phải dựa trên một đối tượ ụ ể ừ phương pháp DEB có các công trình nghiên cứ ng nhà máy c th . T u sau: Trong [33] xu [45], các tác giả ất phát từ phân tích quá trình vật lý và thực nghi : ng ệm để đưa ra phương trình trạng thái sáu biến trạng thái (1.1) Lưu lượ nhiên liệu qf, lưu lượng hơi bão hòa Db, lưu lượng hơi quá nhiệt DT và áp suất bao hơi Pb, áp suất đầu vào tuabin PT áp suất tầng cánh P1. Hai bi u khi n là ế ề n đi ể góc m van nhiên li u u ở ệ B và góc mở van hơi µh, hai n ra là áp su t p biế ấ T và công su t phát Ne ấ . [ ] ] 1 T f b b T T T B T T T e x q D p p p D u u y p N µ = = = (1. ) 1 Ti d ng mô hình trong không gian tr n affine: ếp đó tác giả đưa về ạ ạng thái phi tuyế 1 1 1 0 1.230 2 1 2 5 0.956 3 2 3 3 4 6 0.956 4 3 3 4 6 7 5 2 4 5 1 6 5 6 2 1 [ ( ) ] 1 [2.46 ] 1 [ 42.51 ] 1 (42.51 ) 1 (0.0083 ) 1 (74.74 ) x u t x c x x x c x x x x x c x x x x x c x u x x c x x x c τ = − − = − = − − = − − = − = − (1.2) Các hệ ố s ci nh b ng vi c (1.2) ủa phương trình đều đượ ị c xác đ ằ ệc quan sát th c nghi m r t k phi tuy u vào có bi ự ệ ồ sau đó ế i thi ế ế ế đầ n [33] n [45] và u ến nhi u d ễ thì sử ụng 3] khâu bù nhiễu ESO (Extended State Observer) [3 . Kết quả nghiên c m ch mô ph ứu được kiể ứng d ng l ừ ại ở ỏ ằ ng b ng công c mô ph ụ ỏng trên Matlab&Simulink. Tuy nhiên việc lấy ba biến áp suất hai biến lưu lượng hơi từ
- 35. 19 đầ ủa bao hơi, cho thấ ều vào quá trình hơi u ra c y này các công trình quan tâm nhi quá nhi i b qua quá trình quan tr ng nh ệt, nhưng lạ ỏ ọ ất trong lò hơi là quá trình cháy, truy bin- ền nhiệt sinh hơi, quá trình sinh công phát điện của tua máy phát. Do v y vi c mô hình mô t ậ ệ ả chưa bao quát được quá trình cơ bản trong lò hơi. Ưu điể ủa phương pháp này có thể ệ ỉnh định điề m c giúp ích cho vi c phân tích ch u khi n b u khi n áp su . ể ộ điề ể ất hơi Phương pháp DEB còn đượ ề ả ử ụng để ế ế c nhi u tác gi khác s d thi t k hi t ệu chỉnh cấu trúc hai bộ điều khiển trong hệ điều khiển phụ ải nhiệt như [15][17][18][21][31][40][41][43-45] xây . Trong đó, điển hình là nghiên cứu [31] d t ựng một mô hình điều khiển phi tuyến mô tả động học của hệ điều khiển phụ ải nhi t theo th c nghi ệ ự ệm như trong phương trình (1.3) dưới đây: 9 8 9 8 9 8 0 9 0 001 0 15 0 016 0 1 0 073 0 19 11 141 85 / b b b t w / / e b e b t h b b t w P , u , P u , u N . P , N , P u ( , P , Pu u ) / ρ = − − = − − + = − + (1.3) Phương trình này có ba biế ạ n tr ng thái: 1 x (áp su t h ấ ơi đầu ra bao hơi) b P , 2 x công su n ất điệ e N và 3 x kh ng riêng c ối lượ ủa hơi h ρ . V i ba bi u khi n: ớ ến điề ể b u góc m van nhiên li ở ệu, t u góc mở van hơi và w u là góc m p. Bi ở van nước cấ ến đầ ấ u ra là áp su t b P , công suất e N và mức nước bao hơi L. Từ đó đi thiết kế ệ đa h biến theo phương pháp điều khiển phi tuyến. Mô hình này cũng được nhiều tác gi [31-33]... [31 ả khai thác và đi theo hướng nghiên cứu này trong đó có tác giả ] đã ử ụng để ế ế ệ điề ể ế s d thi t k h u khi n phi tuy n. 0.05(0.13073 100 9 67.975) (1 0.001538 )(0.8 25.6) (1.0394 0.0012304 ) (0.854 0.147) 45.59 2.514 2.096 f cs e f b cs f b e t b b w L q P P q u P u u ρ α ρ α ρ = + + − − − = − = − + − − (1.4) Nhược điể ủ độ ọ ả và đánh giá đượ m c a mô hình ng h c này không mô t là c bản chất các quá trình trong lò hơi và tuabin. Thay đổi lượng đặt mức nước bao hơi không phù hợ ớ ự ế ậ ức nướ p v i th c t v n hành là m c bao hơi có lượng đặt không đổi (điề ể ứ ớc là điề ể ằ ối lượng hơi lấy ra và nướ u khi n m c nư u khi n cân b ng kh c c nhi nh quá ấp vào). Đặc biệt về ễu các quá trình không được mô tả ất là nhiễu về trình cháy truy n nhi n. K t qu nghiên c u ch ề ệt sinh hơi hầu như không tính đế ế ả ứ ỉ đượ ứ ỏ ỉ đượ ả năng triển khai để c minh ch ng qua mô ph ng off line, chưa ch c kh ứ ụ ự ế ng d ng vào th c t . Một hướng nghiên cứu khác là dựa trên cấu trúc của điều khiển ph i h p b ố ợ dùng điều khiển PID, kết hợp với việc chỉnh định tham số ằng fuzzy (PID – ]. ng d th n Fuzzy) [15 Phương pháp này có tính khả thi để ứ ụng vì dễ ực hiệ đơn giả ệ ả ừ ộ điề ể n hi u qu cho t ng b u khi n. Điề ể ối ưu hóa đa mục tiêu (thay đổi lượng đặ ấ u khi n t t: Áp su t, mức nước bao hơi, và công suất) kết hợp với điều khiển feedforward lượng đặt dùng nơ ron fuzzy network ấ ả chưa [15][44 - 46]. Tuy nhiên trong c u trúc tác gi