火电厂煤仓进-出煤量与煤电机控制系统参数的仿真优化分析.doc

火电厂煤仓进/出煤量与煤电机控制系统参数的仿真优化分析摘要： 本文在充分调研榆林火力发电厂现场作业环境的基础上，针对煤电机控制系统参数运行不稳定的特性，利用锅炉给煤系统中进/出煤量和煤电机之间的关系，建立了煤仓高度与进/出煤量的数学模型。通过matlab的m语言进行仿真分析，实现了煤仓进/出煤量之比a的优化。结果表明：a取值在0.10.5之间时，各煤仓煤位均处于稳定工作状态，仿真实验验证了该系统具有运行可靠性和稳定性。abstract: based on the full investigation of yulin power stations actual conditions in this paper, and according to the unstable operating characteristics of coal motor control system parameters, a bunker height and in/out coal mass mathematical model were established using the relationship between in/out coal mass of boiler coal feeding system and coal motor. by the m language of matlab simulation analysis, the in/out coal mass ratio of coal bunker was optimizated. the results indicate that the proposed method could operate stably for coal level in various conditions as the in/out coal rate between 0.10.5, and simulation experiment gives that this system has reliability and stability.关键词： 煤电机；控制系统参数；进煤量与出煤量；仿真优化key words: coal motor；control system parameters；in/out coal mass；simulation and optimizing中图分类号：tp39 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）11-0039-020 引言发电厂锅炉给煤系统控制系统在传输过程中，既要考虑输煤系统各个环节的配合性，还要考虑煤仓煤位的高低及锅炉給煤量的大小和煤粉的稳定燃烧，由于其控制的复杂性，使得机组的参数整定极其困难，所以在工程设计中经常使用简单的数学建模的方法进行参数的匹配1，这样会导致煤粉燃烧不稳定，使锅炉的热工效率减小，而且会产生大量的污染物，处理不当，就会造成恶性事故的发生。而本文针对其参数的运行不稳定的特性，利用锅炉给煤系统中进出煤量和煤电机之间的关系，通过计算机仿真技术，建立火电厂进出煤量与煤位电机仿真数学模型，提出一种参数优化分析的仿真计算方法。本文针对参数优化分析的仿真计算方法，分析机组不同工况的运行特性，实现输煤控制系统机组的高效、安全运行具有重要的现实指导意义。基于数学模型的计算机仿真，不仅可以对系统整体特性进行分析，还可以对实验研究难以测量的一些过程和细节进行研究，为锅炉输煤控制系统过程特性研究的提供了一种重要的研究手段3。1 控制系统的算法模型的分析传统的控制方法如pi和pid算法模型，智能控制方法如专家控制、模糊控制、神经网络等的算法模型。由于在锅炉输煤系统中二者交叉使用，使其控制系统具有较好的的优越性，但是这种控制方式不具有参数优化分析的功能，而整个输煤控制系统的目的不仅控制哪些皮带机在何时工作、取煤机何时启动、各个梨刀又是应该怎样的切换顺序以实现各个煤仓的煤既不空仓也不溢出3。同时希望控制系统能根据实时的运行状况，改变其运行参数，从而最大化地实现最优运行。本文重点分析煤位电机实现火电厂煤仓进/出煤量控制，主要通过检测煤仓高度来实现，同时通过传感器检测系统形成反馈系统来建立其数学模型，并在计算机系统上利用其matlab仿真语言形成多个仿真图形，其单一控制系统的方框图如图1。煤位电机用于实现煤仓煤位高度的电机，其输出是作为一个状态反馈，当实际煤仓高度偏离预期高度时，启动煤位电机，实现其偏离偏差的校正。2 火电厂煤仓进/出煤量控制系统算法模型的建立2.1 各（分）煤仓的储煤函数 由输煤系统基本工艺分析可知，煤仓的获煤与皮带机是否送煤、煤仓上方的犁刀是否动作以及犁刀前方犁刀是否动作有关。因此，煤仓的储煤函数可写为6：zt=rt-ct+z0当犁刀ldi=l时(即犁刀动作时)zt=z0-ct当犁刀ldi=0时(即犁刀退出时)1号煤仓方程组z1t=r1t-c1t+z10当l号犁刀ldi=l时(即犁刀动作时)z1t=z10-z1t当l号犁刀ldi=0时(即犁刀退出时)2号、3号、4号煤仓方程组同1号，只是序号不同。2.2 煤仓的总储煤量与系统的进煤量和出煤量的数学模型 煤仓在输煤过程中实现煤存储和缓冲作用，控制系统应该实时分析4个煤仓的储煤量的数值，所以设计时先建立起煤仓的煤量模型。zt=rt1（t-）-ct+z0zt煤仓储煤量；z0储煤初值；rt皮带进煤量；从输煤起点到煤仓所需的时间，即延迟时间；ct煤仓出煤量；上面的公式反映了煤仓储煤量随时间变化的关系式。因为煤仓高度比等于速度比，所以建立煤仓瞬时高度与进出煤量的关系式，方程式如下：h=t+hld=1h=-1-t+hld=0=其中“1”代表皮带机处于运行状态，“0”代表皮带机处于停止状态；ldi”代表煤电机的状态。3 出煤量与进煤量之比a取不同值时各分煤仓煤位仿真分析和优化选择在获得了单位时间输入量、输出量的大小对电机运行情况影响的基础上，进一步仿真模拟输入/输出比变化时煤位变化和电机运行情况。分析时取a分别等于0.1、0.2、0.5、0.6，设置各分煤仓和各分煤仓上、下限约束条件，模拟分析各分煤仓的煤位变化情况。出煤速度与进煤速度之比a为煤仓的出煤量与煤仓的进煤量之比，显然，这个比的大小，会引起电动机的运行情况的不同，一般推断可能为以下三种情况：出煤速度与进煤速度之比a大于1，无论皮带机怎样运行，最终煤仓都将断煤；出煤速度与进煤速度之比a等于1那么只要发电厂不停止工作，皮带机总是处于不停的工作运行状态，即电机处于连续工作制；出煤速度与进煤速度之比a小于1，进煤量大于出煤量，这种情况下，a为多大时，保证四个煤仓既不溢煤也不断煤，电机满足断续周期性工作制或连续性工作制，如果把电机工作时间与电机停止及运行时间之和相比，称为电机运行的占空比。则1）占空比大，意味着电机运行时间长，停止时间短，电机运行可以实现断续周期工作制或连续工作制；2）占空比小，意味着电机运行时间短，停止时间长，电机科实现短时周期工作制；3）占空比适中，电机运行时间较为合理，电机选择更合理；4）当出煤量大于或接近煤量时，煤将可能处于断仓状态，会导致锅炉输出功率不稳定。所以，选择不同的占空比是优化选择合适的控制参数以满足系统的运行方式。从以上四个仿真图形分析，可以看出，当a取值较小时，电机的占空比较大，电机运行可以实现断续周期工作制；当a取值较大时，电机的占空比较小当a=0.6时，电机虽然实现连续工作制，但是一台电机已经不能满足其四个煤仓的要求，仿真过程中发现只能满足三个煤仓的要求，要满足第四个煤仓运行要求，仿真程序上看出其处于过载运行状态，其结果图上出现虚位；当a0.5时，都能满足运行条件。4 煤仓煤位控制系统稳定性的分析研究上面的仿真结果表明系统处于运行状态时a的取值范围，但是煤位电机的控制系统的稳定性并没有体现，而对于一个控制系统而言，必须满足三个基本的运行条件：稳定性、快速响应性和准确性。而稳定性是系统运行的所需满足的首要条件。因此，本文通过建模，对系统控制参数进一步优化，以满足其稳定性的要求。4.1 煤仓煤位电机控制系统的传递函数 煤位电机的稳定性直接关系到系统运行的稳定性，为满足煤仓煤位的控制系统的设计要求，引入反馈控制系统的设计方案，采用pd控制器代替原来的放大器，其结构图如下。pid的的传递函数g=k+ks设载荷的传递函数g=因为g含有积分环节，所以k=0由表一得煤电机的传递函数g=系统开环传递函数g=g=g=gg=其中z=k/k设z=4所以k=4k代入闭环传递函数，得其特征方程式为d（s）=s+1020s+200001+3ks+240000k4.2 煤仓煤位电机控制系统的稳定性的判断 用劳斯稳定判据判断系统是否是稳定的，列出劳斯表如下：s 1 20000（1+3k3）s 1020 240000ks 200001+3k-235.3ks 240000k线性系统稳定的充分且必要的条件是：劳斯表中第一列各值为正，如果第一列中出现小于零的数值，系统就不稳定。由此得出要使该系统稳定，必须满足如下条件：-0.333k255.325由此得出系统稳定时微分系数的取值范围。5 结论本文对系统结构和功能进行的分析，并根据输煤系统的煤仓高度的模型确定其控制方案以及运行参数，运用matlab7.0编程软件对煤仓输入与输出比进行m语言的编程及的仿真分析和参数的优化选择，获得仿真运行结果。通过仿真分析获得了控制参数的优化控制规律，通过仿真研究表明，本论文设计的输煤控制系统在指标上能够达到预先期望的性能指标要求，在控制特性方面均能达到要求，其系统实现方案是切实可行的。参考文献：1朱小娟，顾新宇.现代火电厂智能输煤控制系统研究与应用j.煤矿现代化，2008，83（2）：4748.2王军，郑益红，刘秋菊，熊冉.电动大客车电控气压制动系统性能仿真分析j.系统仿真学报，