3.4 锅炉部分经济性分析模型建立

　　传统计算锅炉效率的反平衡方法是从运行结果值出发，测定一系列运行状态参数进而计算得出各项损失，最终得出锅炉热效率。通过传统方法计算得出的最终结果不能定量反映造成各项损失的原因，不利于在线耗差分析与优化控制。我们通过对燃烧理论及锅炉运行原理的认真研究推理，综合考虑煤质特性及运行工况变化对锅炉效率的影响，推导出以下解析评估模型：

　　1)锅炉机械不完全燃烧损失解析评估模型; 4q

　　2)锅炉排烟温度应达值解析评估模型;

　　3)运用规划数学原理确定最佳炉膛出口过量空气系数;

　　4)结合正、反平衡计算原理，经过推导验证，提出一套新的计算锅炉效率的计算方法，该方法只需根据DAS所采集的数据进行处理计算，从而实现了锅炉效率在线计算。

　　3.5 300MW机组控制用数学模型建立

　　我们采用机理法建立了常用热力设备及系统的通用动态数学模型，编制相应的Matlab自定义函数，在Simulink中建立了一套通用的热工过程动态模型算法库，包括汽机系统简化模型、汽机本体数学模型、除氧器数学模型、给水回热加热系统数学模型、锅炉系统蒸发区模型、炉膛换热模型等。由于模型是采用机理法建立的，从本质上反映了机组的非线性，较当前控制系统设计中常用的传递函数模型更接近机组实际，为先进控制算法的设计仿真提供了一个通用平台。为了使模型适用于特定机组，我们研究开发了通过现场运行数据对数据进行修正的方法。模型建好后，应根据设计参数计算各热力设备及系统动态模型的系数，逐步组态出各子系统的模型，并进一步连接成更大的模型，最终形成火电机组整体动态模型。

　　3.6 控制系统鲁棒性分析和参数整定

　　由于模型的不精确性，所以要求所设计的控制系统应具有一定的鲁棒性[10]。为此，我们定义了一个表示鲁棒性的指标ε，它能够反映串级控制系统内环和外环的相互作用并清楚地表明每个环路的鲁棒性。与常规先内环后外环的整定方法不同，这里每个回路可以分别整定，因此更加灵活[10]。

　　在串级系统设计或整定中，给定一个鲁棒性限制条件mγ，解决式(2)的最优化问题： ∫∞0)(min21dttedyts mMγμ<Δ)( (2)

　　式(2)中是对象输出由于内环扰动而产生的偏差，21dye1y2d)(MΔμ为鲁棒性指标。

　　鲁棒性指标)(MΔμ曲线可以作为串级控制整定的一个评价指标：如果高频峰值太大则调低内环的鲁棒性，反之则调高内环的鲁棒性;类似的，如果低频峰值太大则调低外环的鲁棒性，反之调高外环的鲁棒性。与传统反馈控制相似，鲁棒性指标应介于3和5之间以取得较好的鲁棒性。

　　4 系统实现方案

　　本系统需要实时获取机组运行数据，这些数据主要包括过程参数(流量、压力、温度等)、辅机功率及离线分析数据(如煤发热量等)。如何将这些数据准确可靠地传送到计算机系统中进行分析运算，是需要首先考虑的问题。

　　根据项目依托工程单位300MW机组现状，其控制系统采用Siemens的Telemerm Me集散控制系统和ABB的Symphony,大部分机组参数已经进入DCS，部分新加参数无法直接进入DCS的，如主要辅机功率信号等，则通过多功能电能变送器ZD405CT采集，经RS485通信线路送往耗差分析计算机。

　　实现方案如图1所示。该方案分别通过WinIS及ZD405CT获得机组实时数据，这些数据一方面供耗差分析与优化控制系统使用，另一方面上传至耗差分析服务器，以便在MIS网上显示耗差分析结果并提供查询。本系统中由于增加了独立的耗差分析服务器，有效地实现了实时数据与MIS系统的隔离，办公室中的PC机上单独安装耗差分析客户端程序。

　　耗差分析系统与WinIS通过SIS(监控信息系统)网络相连，并通过SIS网络将分析计算结果及操作指导信息提供给系统维护工程师及运行操作员。

　　对于管理人员来说，耗差分析系统分析结果可以通过MIS网络，以浏览器的方式观察。该方案的特点是：

　　1)网络结构合理。在控制网络与MIS网络之间增加监控网络SIS，既满足了耗差分析系统数据采集实时性的要求，又避免了MIS网络稳定性差对系统的影响;

　　2)便于为不同的使用者提供相应的显示操作界面。如工程师站、操作员站要求显示界面内容详实、实时性好、可靠性高，管理人员要求显示界面操作简洁、便于使用;

　　3)将厂级自动化系统划分为SIS(监控信息系统)与MIS(管理信息系统)是当前被普遍认可的方式，SIS主要处理全厂实时数据，完成厂级生产过程的监控和管理，厂级故障诊断和分析，厂级性能计算、分析和经济负荷调度等。

　　5 结论

　　1)高精确度机组耗差分析模型的建立，有效地解决了火电厂热力系统经济性在线监测中的几个主要难题，保证了各项经济指标在线计算的准确性和机组能耗偏差的找出率。

　　2)在火电机组变负荷特性研究中，分析了蒸汽初压对热经济性影响的原因，建立了汽轮机及热力系统最优运行模型和锅炉部分经济性分析模型，为实现机组优化运行奠定了理论基础。

　　3)采用机理法建立的300MW机组控制用数学模型，充分反映了热工过程的各种非线性关系，具备宽负荷范围内的正确性。

　　4)针对串级控制系统不确定性模型研究了鲁棒整定问题，提出鲁棒性指标应介于3和5之间以取得较好的鲁棒性，最终实现宽负荷范围内控制的稳定性与快速性。

　　5)通过火电机组变负荷特性及优化控制系统研究，针对依托工程机组，提出了节能优化控制系统的实施方案，实现了机组耗差节能分析与优化控制的有力结合，这对满足火电机组在宽负荷范围内依据电网需求运行、提高发电厂经济性能和电力生产自动化水平、减轻运行人员劳动强度等方面具有深远的理论意义和应用价值。

　　致谢 本论文是在导师张春发教授的悉心指导下完成的，在此对张教授表示衷心的感谢;同时感谢张家口电厂节能专工刘宜诚工程师对我的大力支持。

　　参考文献

　　1Zhang Chunfa. A steam-water distribution matrix equation of the whole thermal system for coal-fired power plant and its general construction regulation. PWR-Vol.34, 1999 Joint Power Generation Conference Volume 2

　　2.谭 文，刘吉臻. 典型工业过程的H∞控制.控制理论与工程，1999,16(5)：682～686

　　3.崔映红，王惠杰，马晓芳. 汽轮机变负荷运行时经济运行方式的探讨.能源研究与利用，2002(4)：4～8

　　4.张春发，张 宝，孙 伟等. 基于C/S模式的火电机组耗差分析系统.汽轮机技术，2002(4)：193～195

　　5.郑体宽. 热力发电厂. 北京:中国电力出版社. 1997.

　　6.林万超.火电厂热力系统节能理论.西安：西安交通大学出版社，1994.

　　7.张春发，张素香，崔映红. 现行电力系统热经济性方程. 工程热物理学报,2001(6):665～667

　　8.杨文滨.大型机组热经济性在线监测及其诊断：[硕士学位论文].保定：华北电力大学，2001.

　　9.曹先常.火电机组热力系统能损分析与在线监测及指导系统：[硕士学位论文].保定：华北电力大学，2000.

　　10. 谭文，牛玉广，刘吉臻. 非线性锅炉-汽轮机系统的鲁棒控制. 控制理论与应用，1999,16(6)：863～867