第1章緒論1.1選題的背景和意義如今我國經(jīng)濟(jì)、科技的蓬勃發(fā)展和綜合國力的飛速提升，一系列的能源問題接踵而至，一些現(xiàn)實(shí)的問題顯現(xiàn)了出來，是我國偉大復(fù)興征程當(dāng)中不可避免的挑戰(zhàn)[1]。如今，環(huán)境被污染，氣候逐漸變差，化石能源日益枯竭，已經(jīng)成為了目前全人類面對(duì)的共同難題，現(xiàn)在規(guī)?；陌l(fā)展風(fēng)力發(fā)電、太陽生物發(fā)電能等新的能量源是可以解決上述的困難問題的，這是實(shí)現(xiàn)能源低碳化有效利用的好方法。最近幾年以來，我國很重視環(huán)境問題和能源問題，為了推動(dòng)和加快生態(tài)文明建設(shè)的步伐，大力推廣和普及火電機(jī)組的脫硫脫硝，電除塵等環(huán)保措施。為了提高綠色能源所占比重，積極促進(jìn)并且發(fā)展新型能源行業(yè)，電力行業(yè)的風(fēng)能，太陽能等新型能源發(fā)電，汽車行業(yè)的新能源汽車等等都是落實(shí)生態(tài)文明的重要舉措。然而，隨著新型能源的大規(guī)模涌入，同時(shí)伴隨著傳統(tǒng)能源與新能源互補(bǔ)的問題和相互匹配的問題。風(fēng)力發(fā)電是新型清潔能源發(fā)電的重要組成部分，處于高速發(fā)展階段，但其輸出的電力質(zhì)量卻參差不齊，難以并入電網(wǎng)用電。即便是進(jìn)入了電網(wǎng)，對(duì)于國家電網(wǎng)的沖擊也是比較大的，會(huì)給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來巨大的壓力和潛在的隱患。眾所周知，我國的電網(wǎng)頻率所需要的功率要維持在50Hz左右，波動(dòng)范圍僅僅是±0.2Hz，這就要求部分并網(wǎng)的機(jī)組具有比較高的變負(fù)荷能力，這部分發(fā)電機(jī)組也就是調(diào)頻、調(diào)峰機(jī)組。因?yàn)殡娋W(wǎng)用戶的用電量是時(shí)刻在變動(dòng)的，電網(wǎng)的能量供應(yīng)側(cè)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量必須能夠快速的響應(yīng)電網(wǎng)能量需求側(cè)的用電量的波動(dòng)，所以這些調(diào)峰，調(diào)頻的機(jī)組，他們的存在才能夠保證電網(wǎng)能量的供需平衡。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等具有隨機(jī)性的新型能源并網(wǎng)，相當(dāng)于給電網(wǎng)增加了許多新的波動(dòng)，這就對(duì)發(fā)電機(jī)組的快速變負(fù)荷能力提出了更高的要求。根據(jù)“兩個(gè)細(xì)則”規(guī)定，希望火電機(jī)組變負(fù)荷的能力可以達(dá)到額定功率的3%~5%/min，并且采取競價(jià)上網(wǎng)，獎(jiǎng)罰政策。由此可以看得出來，機(jī)組的變負(fù)荷能力不僅僅影響電網(wǎng)側(cè)的安全，也直接關(guān)系到電廠側(cè)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。為了響應(yīng)國家竟能減排的號(hào)召，裝機(jī)容量的比重日益增加的是超臨界機(jī)組。超臨界機(jī)組比亞臨界機(jī)組不僅僅是運(yùn)行參數(shù)高，更重要的是其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。相比于亞臨界機(jī)組，超臨界機(jī)組熱耗率降低將近2.5%，煤耗降低大約10g/(kWh)，污染物排放量大約減少15%左右。但超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有許多的變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，同時(shí)它還沒有亞臨界機(jī)組中的汽包儲(chǔ)存能量的環(huán)節(jié)，可利用的需熱量相比較于亞臨界機(jī)組大大的減少，再加上鍋爐側(cè)固有的延遲，使其變負(fù)荷的速率受到限制。所以優(yōu)化超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，加快其負(fù)荷相應(yīng)速率，可以有效地降低、緩解并抵消新能源并網(wǎng)帶過來的波動(dòng)，對(duì)促進(jìn)新型能源的發(fā)展，緩解不可再生能源的依賴性，降低環(huán)境的污染，以及節(jié)能減排具有極其積極的意義。1.2課題現(xiàn)狀及發(fā)展情況超臨界火電機(jī)組是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)，其主機(jī)可以分成爐，機(jī)、電三個(gè)部分，熱工控制的主要任務(wù)就是機(jī)爐協(xié)調(diào)，因?yàn)榛痣姍C(jī)組的熱力系統(tǒng)的機(jī)爐兩大主機(jī)特性差別很大，鍋爐側(cè)部分具有較大的延遲、大慣性，反應(yīng)慢等特點(diǎn)，而汽輪機(jī)部分特性卻與鍋爐側(cè)恰恰相反，其響應(yīng)速度極快慣性很小，幾乎0延遲。若要保證火電機(jī)組內(nèi)部參數(shù)的穩(wěn)定，而且還能夠向外提供穩(wěn)定的功率輸出，必須保證熱力系統(tǒng)的鍋爐與汽輪機(jī)，這兩大主力協(xié)同合作，調(diào)節(jié)平衡，這正是火電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)存在的必須性及意義所在。超臨界火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為三入三出、強(qiáng)耦合、非線性的系統(tǒng)，其輸出量分別是燃料量uB、調(diào)節(jié)們開度ut、給水流量Dfw，輸出功率分別為功率Ne、主蒸汽壓力Pst、中間的焓值tm，并且各輸入輸出之間存在強(qiáng)耦合關(guān)系。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要分成四種工作方式，鍋爐手動(dòng)控制、汽輪機(jī)手控制，被稱為基本方式；鍋爐自動(dòng)控制、汽輪機(jī)手動(dòng)控制，稱為爐跟隨方式；鍋爐手動(dòng)控制、汽輪機(jī)自動(dòng)控制，稱為機(jī)跟隨方式；鍋爐自動(dòng)控制、汽輪機(jī)自動(dòng)控制，稱為協(xié)調(diào)方式。隨著熱工自動(dòng)控制技術(shù)的日趨成熟與完善，機(jī)組全部控制器自動(dòng)投入率一般高于90%。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也長期的工作再協(xié)調(diào)方式。超臨界機(jī)組比亞臨界機(jī)組少了七寶儲(chǔ)存能量的環(huán)節(jié)，需熱量大大減少，而且超臨界機(jī)組更多采用的是直吹式磨煤機(jī)，會(huì)給爐側(cè)帶來更大的延遲，因此很有必要進(jìn)一步的研究和優(yōu)化超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)[3]通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化自動(dòng)抗干擾器的方法來解決超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)強(qiáng)耦合、大延遲的問題，通過仿真表明了優(yōu)化之后的系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)的控制方式具有響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，整定參數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)[4]做了超臨界機(jī)組變負(fù)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明功率與主蒸汽壓力設(shè)定值之前串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和動(dòng)態(tài)前饋能夠更加有效的提高變負(fù)荷的速率。文獻(xiàn)[5]采用了動(dòng)態(tài)解耦應(yīng)對(duì)了超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的強(qiáng)耦合性，并設(shè)計(jì)模糊自整定PID控制器，并且確保了PID的參數(shù)隨時(shí)都處于最佳位置，仿真結(jié)果表明了具有超調(diào)量小，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)[6]建立了使用大范圍變工況的超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的仿真模型，通過機(jī)理分析確定了模型的結(jié)構(gòu)，利用了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的線性回歸，從而得到了靜態(tài)參數(shù)，通過變工況數(shù)據(jù)，采用遺傳算法獲得動(dòng)態(tài)參數(shù)，經(jīng)過大范量的變工況的驗(yàn)證，表明了該模型具有較高的精度，適合協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化對(duì)于超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，行業(yè)內(nèi)主流控制策略是前饋，動(dòng)靜解耦、智能算法優(yōu)化控制器參數(shù)，但是有兩點(diǎn)值得注意，其一機(jī)組變負(fù)荷的根本來源是鍋爐側(cè)的燃料量變動(dòng)，而超臨界機(jī)組多采用直吹式磨煤機(jī)，此類磨煤機(jī)固有純延遲，使得爐側(cè)反應(yīng)緩慢，而且通過前饋或者算法優(yōu)化是不可能解決的，這也正是影響相協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)變負(fù)荷速率的主要原因。其二就是多數(shù)機(jī)組汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)門不全開，其目的是當(dāng)機(jī)組升負(fù)荷的時(shí)候，調(diào)門迅速開大，增加進(jìn)汽量，初期利用的時(shí)鍋爐蓄熱。但是，調(diào)門不全開就存在著節(jié)流損失，造成經(jīng)濟(jì)性的下降，而且超臨界機(jī)組由于沒有汽包，可利用的需熱量就很少。90年代，西門子提出了凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)，利用汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)儲(chǔ)能，構(gòu)建凝結(jié)水節(jié)流參與的新型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，此技術(shù)充分利用汽輪機(jī)系統(tǒng)的快速響應(yīng)的特性，充分彌補(bǔ)了超臨界機(jī)組鍋爐側(cè)固有的延遲與蓄熱量極其小的缺點(diǎn)。經(jīng)過了數(shù)年的發(fā)展，西門子已經(jīng)將凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)完善并且整合到了商業(yè)優(yōu)化控制軟件PROFI的模塊當(dāng)中，并且在歐洲得到了廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[7]列寫出了熱平衡方程，建立了凝結(jié)水節(jié)流邊界模型，確定了節(jié)流的持續(xù)時(shí)間和功率最大的增量，得出了機(jī)組負(fù)荷越高，凝結(jié)水節(jié)流的效果越好的結(jié)論。文獻(xiàn)[8]增加了凝結(jié)水流量功率通道，并且擬合出了該通道的傳遞函數(shù)，構(gòu)建了凝結(jié)水結(jié)論參與的新型的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過仿真實(shí)驗(yàn)，分析了凝結(jié)水節(jié)流參與變負(fù)荷的動(dòng)態(tài)過程。文獻(xiàn)[9]將凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)成果應(yīng)用到了國內(nèi)外超臨界百萬機(jī)組上，構(gòu)建了節(jié)能型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并且給出了調(diào)試與優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)和注意事項(xiàng)，育有指導(dǎo)和借鑒的意義。文獻(xiàn)[10]立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，變負(fù)荷過程中對(duì)除氧器水位調(diào)門開度進(jìn)行了實(shí)時(shí)優(yōu)化，緩解了凝結(jié)水節(jié)流過程中的除氧器水位波動(dòng)。1.3本文的主要研究內(nèi)容隨著超臨界機(jī)組所占的比重日趨增加，優(yōu)化其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的必要性也大大得到了提高。然而由于朝林及而機(jī)組鍋爐側(cè)存在著大延遲，沒有汽包儲(chǔ)存能量環(huán)節(jié)導(dǎo)致其可利用的蓄熱量極其小，汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)門雨量過大，造成經(jīng)濟(jì)下降等問題，使得朝林及而機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)急需要一種能夠克服這些機(jī)理的固有缺陷，卻不是淡出控制器參數(shù)優(yōu)化的控制策略。凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)以其響應(yīng)速度極快的特點(diǎn)脫穎而出，在不改變機(jī)組物理結(jié)構(gòu)的前提下，在變負(fù)荷的初期，通過減少凝結(jié)水流量，使汽輪機(jī)中低壓杠抽汽量減少，暫時(shí)調(diào)用回?zé)嵯到y(tǒng)的儲(chǔ)能來增加汽輪機(jī)中低壓杠做功，為鍋爐側(cè)的緩慢響應(yīng)爭取寶貴的時(shí)間。鍋爐側(cè)的惰性時(shí)間過后，凝結(jié)水流量逐漸恢復(fù)初始值，最終變負(fù)荷的能量來源由鍋爐側(cè)承擔(dān)。本文的主要研究內(nèi)容包括：凝結(jié)水節(jié)流這項(xiàng)技術(shù)主要是利用汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的蓄能，首先介紹了回?zé)嵯到y(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，并且仔細(xì)的分析了凝結(jié)水節(jié)流的工作原理。通過工作原理，分析研究凝結(jié)水節(jié)流的動(dòng)態(tài)特性，并做了適當(dāng)?shù)暮喕幚?，從而確定了凝結(jié)水節(jié)流的非線性的動(dòng)態(tài)模型，其中包括除氧器的動(dòng)態(tài)模型，低壓加熱器動(dòng)態(tài)模型。并且分析了凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)是如何使機(jī)組能夠完成快速變負(fù)荷的原因。設(shè)計(jì)了基于PSO的凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，介紹了PSO算法，通過PSO算法優(yōu)化凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主調(diào)參數(shù)。凝結(jié)水節(jié)流控制采用了串級(jí)控制測控略，可以更快速的完成變負(fù)荷。通過MATLAB平臺(tái)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，分析仿真結(jié)果并得出結(jié)論。設(shè)計(jì)了基于PSO的凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)模糊控制系統(tǒng)，介紹了模糊控制策略，還有模糊控制的基本原理，通過模糊PID控制器來完成凝結(jié)水節(jié)流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過MATLAB/simulink進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)比上述的基于PSO的凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制效果，分析仿真結(jié)果并且得出結(jié)論。

第2章火電機(jī)組凝結(jié)水節(jié)流特性分析2.1凝結(jié)水節(jié)流機(jī)理分析機(jī)組的凝結(jié)水是由凝結(jié)水泵在凝汽器熱井內(nèi)抽出之后，依次經(jīng)過軸封加熱器，4個(gè)低壓加熱器，1個(gè)除氧器，3個(gè)高壓加熱器，最后進(jìn)入爐側(cè)換熱面加熱蒸發(fā)出去。通過減小除氧器上水閥門開度（低負(fù)荷工況）或者降低凝結(jié)水泵變頻器頻率（高負(fù)荷工況）對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行節(jié)流，在凝結(jié)水流量降低之后，低壓加熱器管側(cè)冷源介質(zhì)迅速減小，此時(shí)，殼側(cè)抽汽流量暫時(shí)不改變，節(jié)流前的熱力平衡狀態(tài)被打破，加熱器殼側(cè)壓力和飽和溫度升高，抽汽壓力基本保持不變，導(dǎo)致汽輪機(jī)抽汽點(diǎn)與加熱器殼側(cè)壓差減小。根據(jù)流體力學(xué)可以得知，兩個(gè)點(diǎn)之間的流體流量與兩個(gè)點(diǎn)之間的差力壓呈正相關(guān)，所以，殼側(cè)抽汽流量會(huì)隨凝結(jié)水流量減少而減少。汽輪機(jī)中低壓缸抽汽流量減小，代表著做功蒸汽流量增加，而汽輪機(jī)做功環(huán)節(jié)是幾乎沒有延遲的快速反應(yīng)環(huán)節(jié)，機(jī)組功率也會(huì)迅速增加。低壓加熱器有自我平衡能力，凝結(jié)水流量減少并穩(wěn)定在某一新的水平后，殼側(cè)熱源與管側(cè)冷源會(huì)達(dá)到新的熱平衡狀態(tài)。因此，抽汽流量減少后也會(huì)穩(wěn)定在某一新的數(shù)值，從而機(jī)組功率快速上升后穩(wěn)定在新的水平。但是需要值得注意的是，凝結(jié)水節(jié)流過程中，機(jī)組主給水流量是不變的，這就會(huì)打破除氧器工質(zhì)的進(jìn)出平衡狀態(tài)，導(dǎo)致除氧器水位下降。同理，汽輪機(jī)排氣量增加，而凝結(jié)水泵在凝汽器熱井抽出凝結(jié)水流量減少，也會(huì)打破凝汽器內(nèi)工質(zhì)的進(jìn)出動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致凝汽器熱井水位升高，凝汽器真空度降低。經(jīng)過凝結(jié)水節(jié)流實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，凝汽器熱井容積較大，短時(shí)間的凝結(jié)水節(jié)流不會(huì)造成熱井水位過高或報(bào)警或者跳機(jī)等危險(xiǎn)動(dòng)作，且凝汽器真空度變化極其的小，可以忽略不計(jì)。但除氧器水位在凝結(jié)水節(jié)流過程下降較快，需要重點(diǎn)監(jiān)測，當(dāng)除氧器水位偏低或者接近低報(bào)警值時(shí)，需要停止凝結(jié)水節(jié)流，將凝結(jié)水流量恢復(fù)到較節(jié)流前穩(wěn)態(tài)值偏高的數(shù)值，對(duì)除氧器進(jìn)行補(bǔ)水操作。這充分說明凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)具有暫時(shí)性，快速性的特點(diǎn)[11]。2.2凝結(jié)水節(jié)流動(dòng)態(tài)特性凝結(jié)水節(jié)流主要是通過汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)蓄能，快速變負(fù)荷的控制方法。在機(jī)組負(fù)荷指令出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，這個(gè)方法能夠通過調(diào)節(jié)凝結(jié)水的流量，快速的改變低壓加熱器的抽汽量，進(jìn)而增加低壓缸中用來做功的蒸汽流量，在很短的時(shí)間內(nèi)快速提高汽輪機(jī)的做功能力。為了了解凝結(jié)水節(jié)流的動(dòng)態(tài)特性，文獻(xiàn)[12]以350MW超臨界直流鍋爐機(jī)組為例。這個(gè)鍋爐機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)如圖2-1所示。通過改變機(jī)組功率指令，致相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工況，在運(yùn)行穩(wěn)定之后，手動(dòng)斷開AGC自發(fā)電控制指令，退出協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制方式調(diào)換到手動(dòng)控制方式，保持給煤量不變，汽輪機(jī)的調(diào)門開度不變，對(duì)除氧器水位的控制閥調(diào)整為手動(dòng)控制。確定沒有BR的保護(hù)，選取不同的工況對(duì)除氧器上水門閥門開度節(jié)流10%、20%、30%，凝泵變頻4Hz和6Hz進(jìn)行試驗(yàn)。圖2-1某電廠回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)圖凝泵4Hz節(jié)流和除氧器上水門閥門以30%節(jié)流，這兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)提升負(fù)荷的控制效果。在凝結(jié)水節(jié)流的過程當(dāng)中，這兩種方式，凝結(jié)水的流量都有所降低，凝結(jié)水泵的出口壓力不斷的升高，5、6、7、8號(hào)低壓加熱器的水位不斷的降低，最后是一個(gè)固定的值。除氧器上水門調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)方式不同，導(dǎo)致許多的參數(shù)在節(jié)流過程中產(chǎn)生波動(dòng)，但是參數(shù)值并沒有超過安全區(qū)域。對(duì)比凝結(jié)水泵變頻節(jié)流的方式，在這個(gè)工況下，凝結(jié)水節(jié)流方式就可以快速提升負(fù)荷的能力。當(dāng)電網(wǎng)處于低頻運(yùn)行狀態(tài)之下的時(shí)候，這個(gè)系統(tǒng)的總負(fù)荷就會(huì)上升，這個(gè)時(shí)候單元機(jī)組的實(shí)際發(fā)電功率就不能滿足電網(wǎng)的實(shí)際需求。所以，在滿足電網(wǎng)調(diào)頻需求之下，也需要考慮單元機(jī)組運(yùn)行狀況，采用快速變負(fù)荷控制技術(shù)克服協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，是目前我國在變負(fù)荷領(lǐng)域的主要研究方向。對(duì)于凝結(jié)水節(jié)流和單元機(jī)組實(shí)際負(fù)荷的調(diào)節(jié)問題，通過汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的蓄熱完成基本負(fù)荷的需求，可以些許提高機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)。對(duì)于圖2-1回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)圖，技術(shù)的主要原理是：在單元機(jī)組滿足安全運(yùn)行條件的前提之下，燃煤機(jī)組的負(fù)荷改變了需求，調(diào)節(jié)除氧器的上水流量，通過調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量、和具有自平衡特性的低壓加熱器，可以使低壓加熱器的抽汽量間接地改變，從而可以進(jìn)行快速變負(fù)荷[13]。凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)參與到機(jī)組快速變負(fù)荷可行的主要原因是就是除氧器和凝汽器內(nèi)部可以存有大量的水，允許水位有所改變。凝結(jié)水流量產(chǎn)生的波動(dòng)越大，機(jī)組變負(fù)荷的速度越迅速，但同時(shí)也會(huì)影響到調(diào)節(jié)閥性能，這也提高了運(yùn)行人員監(jiān)視工作的要求。2.3凝結(jié)水節(jié)流動(dòng)態(tài)模型本節(jié)通過機(jī)理分析結(jié)合線性回歸擬合的方法分別表達(dá)了低壓加熱器的動(dòng)態(tài)模型，除氧器的動(dòng)態(tài)模型。2.3.1低壓加熱器動(dòng)態(tài)模型低壓加熱器屬于表面式加熱器，冷源凝結(jié)水與熱源汽輪機(jī)抽汽分別進(jìn)入低壓加熱器的管側(cè)與殼側(cè)兩部分，熱源抽汽在殼側(cè)放熱凝結(jié)成疏水后進(jìn)入下級(jí)加熱器殼側(cè)，釋放的熱量通過殼側(cè)與管側(cè)中間的金屬管壁傳遞給管側(cè)冷源凝結(jié)水，凝結(jié)水通過吸收其熱量溫度升高，最終并送往更高級(jí)的加熱器，需要說明的時(shí)：由于上級(jí)低壓加熱器的疏水在本級(jí)放熱量較抽汽放熱量較小，為了簡要分析，將忽略上級(jí)低壓加熱器的疏水在本級(jí)的放熱量。低壓加熱器的熱量交換過程可分為抽汽放熱，中間管壁吸熱，中間管壁放熱，凝結(jié)水吸熱四個(gè)過程[14,15]，各個(gè)過程熱量變化如下式：抽汽放熱：Qhs=K5(h5-hs5)管壁吸熱：Qsm=KsmAsm(ts5-管壁放熱：Qmf=KmfAmf(tm凝結(jié)水吸熱：Qf=Dwccpf(tw5-式中QhS——抽汽放熱量（kJ/s）；hS5——5號(hào)低加殼側(cè)飽和水焓值（kJ/kg）：Qsm——管壁吸熱量（）；Ksm——?dú)?cè)飽和水與管壁換熱系數(shù)(kJ(s?m2?℃))；Asm——?dú)?cè)飽和水與管壁換熱面積（m2）；tS5——5號(hào)低加殼側(cè)飽和水飽和溫度（）；tm——管壁平均溫度：Qmf——管壁放熱量（）；Kmf——管壁與凝結(jié)水換熱系數(shù)（）；Amf——管壁與凝結(jié)水換熱面積（）；tw5——5號(hào)低加管側(cè)出口溫度；tw6——5號(hào)低加管入口溫度（）；Qf低壓加熱器殼側(cè)飽和水溫度，管壁溫度，低壓加熱器管側(cè)出口溫度的動(dòng)態(tài)特性如下式：cpsMS5dtS5dt=Qhs-cpmMmdtmdt=QsmcpfMfdtw5dt=Qmf-式中cps——低壓加熱器殼側(cè)飽和水定壓比熱容(kJ/(kg·K))；cpm——金屬管壁定壓比熱容(kJ/(kg·K))；Ms5——低壓加熱器殼側(cè)飽和水質(zhì)量(kg)；Mm——金屬管壁質(zhì)量(kg)；Mf——低壓加熱器管側(cè)凝結(jié)水質(zhì)量（kg）。聯(lián)立式（2-5）、式（2-6）、式（2-7）可得如下式：cpsMs5dts5dt為化簡模型，假設(shè)tm=ts5tw5=ts5-δc1=cpsM式中——5號(hào)低壓加熱器上端溫差（℃）。所以，式（2-8）等效為下式：c1dts5dt=式中c1——模型待辨識(shí)參數(shù)（kJ/(s·℃)）。由前文可知，飽和狀態(tài)之下，飽和水焓值可以近似的表示為飽和水溫度的單值函數(shù)，所以設(shè)5號(hào)低壓加熱器殼側(cè)飽和水焓值hs5滿足下式hs5=k2?t經(jīng)過上文的分析：通過控制凝結(jié)水流量使機(jī)組產(chǎn)生快速變負(fù)荷的這個(gè)過程是一階慣性環(huán)節(jié)，通過改變?nèi)剂狭縼碚{(diào)節(jié)輸出功率，在一定范圍之內(nèi)，改變凝結(jié)的流量是可以完成燃煤機(jī)組快速變負(fù)荷的。2.3.2除氧器動(dòng)態(tài)模型凝結(jié)水流量的改變導(dǎo)致機(jī)組輸出功率變化的這一過程的慣性時(shí)間（TNq）的值，這個(gè)值是凝結(jié)水流量產(chǎn)生變化導(dǎo)致低壓加熱器環(huán)節(jié)也產(chǎn)生快速的變化，即TNq的大小主要在于低壓加熱環(huán)節(jié)的熱慣性。但是這個(gè)事實(shí)并不意味著通過凝結(jié)水節(jié)流快速改變機(jī)組負(fù)荷就不用再關(guān)注除氧器狀態(tài)的變化，對(duì)除氧器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析還很有必要的。如上圖2-1所示，能夠直接關(guān)系到除氧器水位的高低位置是流入除氧器水箱的凝結(jié)水流量的大小，但是水泵的運(yùn)行狀況也是被除氧器水位的變化所影響。事實(shí)上，除了除氧器水位過低有可能會(huì)導(dǎo)致給水泵出現(xiàn)問題，從而進(jìn)一步導(dǎo)致機(jī)組降低負(fù)荷。所以，水位對(duì)于除氧器而言，非常重要的控制對(duì)象就是凝結(jié)水節(jié)流，因此，必須限制除氧器水位，及時(shí)的補(bǔ)充水以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。除氧器是一個(gè)混合式的加熱器，進(jìn)入除氧器的工質(zhì)分為冷源和熱源兩部分，冷源主要就是經(jīng)過各個(gè)低壓加熱器加熱過而形成的凝結(jié)水，熱源為汽輪機(jī)4段抽汽和3號(hào)高壓加熱疏水，除氧器給水就是流出除氧器的工質(zhì)。除氧器的作用是通過熱源對(duì)除氧器冷源加熱、除氧，得到質(zhì)量合格的除氧給水送往高壓加熱器。對(duì)除氧器工質(zhì)根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒定律可以得到如下方程：質(zhì)量守恒方程ddtρs4Vs4=能量守恒方程ddtρs4Vs4上式中ρs4——除氧器飽和水密度(kg/m3）；Vs4——除氧器飽和水體積(m3)；hs4——除氧器飽和水焓值(kJ/kg)。簡化模型，可以將除氧器飽和水體積等效為式（2-15）Vs4=Ldπ?R=57.3由水和水蒸氣熱力性質(zhì)可知，飽和狀態(tài)下小范圍溫度內(nèi)，飽和水密度，壓力及焓值可近似表示為飽和水溫度的單值函數(shù)，所以設(shè)除氧器飽和水密度與焓值滿足下式：ρs4=k1ts4hs4=k2ts4式中k1——擬合參并(kg/(m3·℃))；b1——擬合參數(shù)(kg/m3)；k2——擬合參數(shù)(kg/(m3·℃))；b2——擬合參數(shù)(kg/m3)；將式（2-15）、式（2-16）帶入式（2-13），做進(jìn)一步計(jì)算可得：ddtρ=ρs4dVs4dt+=57.3k1=D4將式（2-13）、式（2-15）、式（2-16）、式（2-17）帶入式（2-14），并做進(jìn)一步計(jì)算可得：ddt=hs4ddtρs4=k=整理式（2-18）和式（2-19）可得：57.3k1ts4+b=Dk2k1ts4+=2.4凝結(jié)水節(jié)流與快速變負(fù)荷凝結(jié)水節(jié)流能夠使發(fā)電機(jī)組負(fù)荷快速提升，其主要使通過切斷凝結(jié)水的流量，并且還有斷開各個(gè)低壓加熱器抽汽。由于我國的燃煤機(jī)組低壓加熱器的抽汽管道中沒有調(diào)節(jié)閥，所以調(diào)節(jié)凝結(jié)水的流量主要有兩種方式：第一種方式是變頻調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)而來改變凝結(jié)水流量；另一種方式是節(jié)流調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)除氧器的水位高低進(jìn)而來改變凝結(jié)水流量。由于變頻調(diào)節(jié)存在速率上的缺陷，長時(shí)間切換的話容易產(chǎn)生事故，所以凝結(jié)水節(jié)流通過節(jié)流調(diào)節(jié)是最目前來講最好的方式了[16]。相比純凝燃煤機(jī)組，供熱的火電機(jī)組凝結(jié)水節(jié)流其區(qū)別是在供熱的時(shí)候，供熱會(huì)使抽汽流量增大，汽輪機(jī)一側(cè)會(huì)導(dǎo)致能量短暫的失衡，主要是汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽量會(huì)大量的減少，而低壓加熱器的抽氣量一旦減少就會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)水流量減少，再就是會(huì)降低回?zé)嵯到y(tǒng)的蓄熱量，就是由于這些因素共同導(dǎo)致凝結(jié)水節(jié)流的負(fù)荷變化范圍。另外，供熱抽汽冷卻后進(jìn)入除氧器的流量，會(huì)再除氧器范圍內(nèi)產(chǎn)生短暫的能量失衡，需要重新能量守恒，那么就會(huì)使除氧器和凝結(jié)水節(jié)流的持續(xù)時(shí)間發(fā)生改變。同理，在純凝燃煤機(jī)組時(shí)，機(jī)組采用滑壓的方式時(shí)，低壓缸比定壓運(yùn)行的流量要大，低壓加熱器的抽氣量會(huì)變大，小汽輪機(jī)抽氣量會(huì)變小，致使凝結(jié)水流量增大。通過凝結(jié)水節(jié)流快速變負(fù)荷的原理可以知道，變負(fù)荷性能的不同是由低壓加熱器的抽汽量和凝結(jié)水流量，所以在上述不同工況之下，凝結(jié)水變負(fù)荷的能力是不同的?！盃t跟機(jī)”是燃煤機(jī)組中的傳統(tǒng)負(fù)荷的控制方式當(dāng)中協(xié)調(diào)控制方式，因?yàn)槠啓C(jī)和鍋爐兩側(cè)動(dòng)態(tài)特性的不同，就會(huì)在快速變負(fù)荷的過程中使給鍋爐蓄熱平衡被打破，產(chǎn)生主蒸汽壓力大等問題；在優(yōu)化之后，快速變負(fù)荷使又凝結(jié)水節(jié)流來進(jìn)行控制，就會(huì)使機(jī)爐調(diào)節(jié)負(fù)荷更快速、更平穩(wěn)，就會(huì)快速平衡汽輪機(jī)與鍋爐之間的動(dòng)態(tài)平衡，就會(huì)提高鍋爐與汽輪機(jī)這兩個(gè)部分的控制效率[17]。2.5本章小結(jié)本章首先介紹了凝結(jié)水節(jié)流的基本原理，對(duì)凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)進(jìn)行相關(guān)解釋和分析，凝結(jié)水節(jié)流主要會(huì)影響機(jī)組的出力，而且各低壓加熱器水位處于自動(dòng)控制狀態(tài)，具備自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。但是除氧器水位會(huì)因凝結(jié)水節(jié)流而快速下降，需要重點(diǎn)監(jiān)測與分析。然后，介紹了凝結(jié)水節(jié)流的動(dòng)態(tài)特性，并且對(duì)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。建立了凝結(jié)水節(jié)流的動(dòng)態(tài)模型，模型主要包括除氧器的動(dòng)態(tài)模型和低壓加熱器的動(dòng)態(tài)模型，對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行分析和辨識(shí)。最后，通過凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)的原理，闡述了凝結(jié)水節(jié)流參與快速變負(fù)荷控制的原理，并對(duì)其原理進(jìn)行分析。

第3章基于PSO的凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)本章首先介紹了智能優(yōu)化算法——PSO算法的背景、原理及實(shí)現(xiàn)的步驟；然后，基于PSO算法優(yōu)化凝結(jié)水節(jié)流的主調(diào)節(jié)參數(shù)，從而更快速的完成凝結(jié)水節(jié)流的快速變負(fù)荷控制，最后通過simulink進(jìn)行仿真，完成凝結(jié)水節(jié)流的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.1PSO算法粒子群優(yōu)化(ParticleSwarmOptimization,PSO)算法的思想起源于對(duì)鳥群捕食行為的研究，是一種基于迭代的進(jìn)化計(jì)算技術(shù)，最早由Eberhart博士和Kennedy博士于1995年提出[18,19]，算法的基本流程，如圖3-1所示。PSO算法的基本原理為：優(yōu)化問題的每一個(gè)解被抽象成一只鳥，即一個(gè)沒有質(zhì)量和體積的粒子，在N維搜索空間中覓食。粒子i在N維空間里的位置和飛行速度分別表示為位置矢量和速度矢量。評(píng)價(jià)每一個(gè)粒子優(yōu)劣的指標(biāo)是其適應(yīng)度，即優(yōu)化函數(shù)值。每個(gè)粒子通過保存目前為止自己的最好位置矢量(pbest)和當(dāng)前位置矢量積攢自己的飛行經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，整個(gè)種群也會(huì)通過保存目前為止所有粒子的最好位置矢量(gbest)積攢整個(gè)種群的飛行經(jīng)驗(yàn)。每個(gè)粒子通過對(duì)比自己的飛行經(jīng)驗(yàn)和整個(gè)種群的最好飛行經(jīng)驗(yàn)來判斷下一步的飛行方向。圖3-1粒子群算法運(yùn)行流程圖PSO算法的數(shù)學(xué)描述為：假設(shè)d維解空間中的第i個(gè)粒子的位置矢量和速度矢量分別為X,=(xi,1,xi,2…xi,d,)和Vi=(vi,1,vi,2…vi,d)，每次迭代中粒子通過跟蹤個(gè)體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解來更新自己，其中個(gè)體最優(yōu)解可表示為，pi=(pi,1,pi,2…pi,d)。標(biāo)準(zhǔn)PSO算法的進(jìn)化方程，即粒子的速度和位置更新方程為：vx式中，w為算法的慣性權(quán)重；cl和c2為算法的學(xué)習(xí)因子，經(jīng)驗(yàn)值為c1=c2=2；r1和r2為0到1之間均勻分布的隨機(jī)數(shù)。對(duì)于負(fù)荷優(yōu)化分配問題，優(yōu)化算法的主要性能指標(biāo)是對(duì)全局最優(yōu)解的搜索性能以及收斂速度。標(biāo)準(zhǔn)PSO算法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡潔、需要設(shè)置的參數(shù)較少、且早期收斂速度快；但缺點(diǎn)是后期受隨機(jī)震蕩現(xiàn)象的影響，收斂速度慢、精度不高且易陷入局部最優(yōu)值。為此，本節(jié)主要通過研究標(biāo)準(zhǔn)PSO算法來改善算法性能，并探討了算法應(yīng)用到負(fù)荷優(yōu)化分配上的具體問題。3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1機(jī)組模型與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)大型超臨界火電機(jī)組設(shè)備很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，是一個(gè)強(qiáng)耦合、多變量、強(qiáng)非線性的控制對(duì)象。所以想要完整的描述其動(dòng)態(tài)特性十分艱難。文獻(xiàn)[20]對(duì)1000MW直流燃煤機(jī)組模型進(jìn)行了一定的簡化處理，把燃煤機(jī)組許多的工藝流程進(jìn)行了分解，而且通過火電廠實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，提出了下面這個(gè)3×3超臨界燃煤機(jī)組的模型。xy1=式中：x其中輸入量uB是燃料量，kg/s；Dfw是給水流量，kg/s；ut是主汽門開度，%。中間過程量rB是進(jìn)入燃煤鍋爐的煤粉量，kg/s；Pm是汽水分離器出口的壓力，MPa；hm是汽水分離器出口的焓值，kJ/kg。輸出量Ne是機(jī)組的輸出功率，MW；hm為汽水分離器出口焓值，kJ/kg；Pst為主氣壓，MPa。本篇文章在MATLAB/Simulink平臺(tái)上對(duì)以上的模型進(jìn)行仿真搭建，其模型如圖3-2所示。圖3-2超超臨界機(jī)組模型由式（3-1）可以得到，本篇文章所采用的3×3輸入輸出模型具有極強(qiáng)的耦合性，每個(gè)輸入變量之間相互影響，如果只靠傳統(tǒng)的單回路控制是很困難的，所以，CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則就是將耦合性較強(qiáng)的汽水分離器出口焓值、負(fù)荷、主汽壓作為一個(gè)整體進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，與此同時(shí)再調(diào)節(jié)給煤量、主汽門開度和給水流量，通過這三個(gè)變量來保證三個(gè)輸出的重要參數(shù)在快速變負(fù)荷的時(shí)候保持穩(wěn)定?；谏鲜龅臈l件，本篇文章將采用文獻(xiàn)[21]所提出的多變量PID控制器的方法，該CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3協(xié)調(diào)控制框圖當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷指令傳送到電廠的時(shí)候，協(xié)調(diào)控制器的動(dòng)作流程為：燃煤機(jī)組輸出功率的設(shè)定值與當(dāng)前燃煤機(jī)組輸出功率Ne形成偏差，偏差驅(qū)動(dòng)多變量PID控制器進(jìn)行動(dòng)作，協(xié)調(diào)主汽門開度ut、給煤量uB、給水流量Dfw配合動(dòng)作，完成快速變負(fù)荷的操作。此外，在功率調(diào)節(jié)的過程中，汽水分離器出口焓值設(shè)定值和主汽壓一般保持不變，所以在調(diào)節(jié)燃煤機(jī)組輸出功率的過程當(dāng)中，多變量PID控制器還需要維持汽水分離器出口焓值hm、主汽壓Pst保持不變。將汽水分離器出口焓值hm、機(jī)組負(fù)荷Ne、主氣壓Pst的ITAE指標(biāo)作為參數(shù)整定的性能指標(biāo)，多次進(jìn)行擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)就可以得到的控制器的控制參數(shù)，多變量PID參數(shù)如式（3-2）所示。Gc3.2.2凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制系統(tǒng)凝結(jié)水節(jié)流能夠讓機(jī)組快速變負(fù)荷的原因是利用回?zé)峒訜崞鞯淖云胶饽芰Γ喝羰悄Y(jié)水的流量降低，加熱器中的壓力、飽和蒸汽溫度就會(huì)增加，致使抽汽壓的差值降低，抽汽量減小，許多的蒸汽留在了汽輪機(jī)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行做工，從而完成快速變負(fù)荷。凝結(jié)水節(jié)流控制系統(tǒng)中，通常取得負(fù)荷對(duì)凝結(jié)水流量的傳遞函數(shù)用的是階躍響應(yīng)的方式。本篇文章的設(shè)計(jì)，結(jié)合CCS機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制系統(tǒng)）和凝結(jié)水節(jié)流工作原理，如圖3-4所示，必須要保證除氧器水位在調(diào)節(jié)過程中不能超過上下限。圖3-4凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制原理其中?Ne/?H和?H/?Dw分別是凝結(jié)水通道輸出功率對(duì)除氧器水位、除氧器水位對(duì)凝結(jié)水流量的傳遞函數(shù)，通過文獻(xiàn)[22]所給出的電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)可以進(jìn)行擬合，進(jìn)而得到下式：?H??N當(dāng)AGC自動(dòng)發(fā)電控制指令發(fā)生變化之時(shí)，凝結(jié)水節(jié)流控制和機(jī)爐協(xié)調(diào)控制同一時(shí)間作用。凝結(jié)水通道通過燃煤機(jī)組的蓄熱特性，快速響應(yīng)電廠的負(fù)荷指令，并且保證在負(fù)荷調(diào)節(jié)過程當(dāng)中除氧器水位不能超過上下限。燃煤機(jī)組原本的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過改變給煤量，保持能量平衡，保證負(fù)荷調(diào)節(jié)的靜態(tài)性能。總體的控制方案如圖3-5所示。圖3-5凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制系統(tǒng)在凝結(jié)水節(jié)流運(yùn)行過程之中，凝結(jié)水的質(zhì)量和流量也會(huì)產(chǎn)生短暫的變化，但是當(dāng)機(jī)組完成快速變負(fù)荷操作之后，進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，凝結(jié)水的質(zhì)量和流量也需要恢復(fù)到原來的狀態(tài)，原因是需要維持機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，同樣也準(zhǔn)備下次的凝結(jié)水節(jié)流快速變負(fù)荷，機(jī)爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)是通過給煤量來承擔(dān)機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸出功率。凝結(jié)水節(jié)流通道輸出功率Ne1和機(jī)組原有的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制通道輸出功率Ne2共同組成機(jī)組輸出總功率。凝結(jié)水節(jié)流通道可以在調(diào)節(jié)初期快速的響應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷指令，并且在調(diào)節(jié)過程之中通過內(nèi)回路迅速的調(diào)節(jié)除氧器水位；后期的靜態(tài)性能通過協(xié)調(diào)控制通道調(diào)節(jié)給煤量來保證的。3.3仿真實(shí)驗(yàn)要證實(shí)本篇文章在3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提出的凝結(jié)水節(jié)流參與的變負(fù)荷控制系統(tǒng)的有效性，本篇文章在Matlab里的Simulink模塊內(nèi)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)以上描述的凝結(jié)水節(jié)流的內(nèi)容，通過凝結(jié)水節(jié)流控制的燃煤機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制策略所搭建的Simulink仿真模型。設(shè)定t=0s時(shí)刻，機(jī)組處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，Ne=800MW，hm=2709.8kJ/kg，pst=20MPa。按照電廠的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬，比較機(jī)爐協(xié)調(diào)控制和凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制功率Ne、汽水分離器出口焓值hm、主蒸汽壓力pst的動(dòng)態(tài)變化曲線狀況，還需要檢測兩個(gè)凝結(jié)水節(jié)流通道的運(yùn)行參數(shù)（凝結(jié)水流量的變化量?Dw和除氧器水位的變化量?H）的動(dòng)態(tài)變化。在圖3-6中是在定壓的工況下，燃煤機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷從800MW到820MW的過程中，本篇文章凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制和傳統(tǒng)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的輸出功率Ne響應(yīng)曲線。圖3-6負(fù)荷指令增大時(shí)機(jī)組輸出曲線通過圖3-6可以看的出：凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制策略可以快速變負(fù)荷，負(fù)荷在30s之內(nèi)迅速上升至820MW，沒有靜態(tài)誤差的情況下快速到達(dá)穩(wěn)態(tài)；因鍋爐側(cè)的大遲延特性，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制在快速變負(fù)荷的初期響應(yīng)速度慢，需要較長的時(shí)間才能到達(dá)穩(wěn)態(tài)。圖3-7為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式和凝結(jié)水節(jié)流控制方式在負(fù)荷升20MW的指令之下，主蒸汽壓力Pst的變化曲線、中間點(diǎn)焓值hm的變化曲線。由圖3-7可以看的出，在定壓狀態(tài)下的火電機(jī)組負(fù)荷指令發(fā)生變化時(shí)，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生小范圍的波動(dòng)后，2種控制方式下的主蒸汽壓力Pst很快就可以恢復(fù)到設(shè)定值20MPa上下，在執(zhí)行快速變負(fù)荷指令的時(shí)候，中間點(diǎn)焓值hm也能在短時(shí)間內(nèi)將其調(diào)整在設(shè)定值附近。主蒸汽壓力中間點(diǎn)焓值圖3-7負(fù)荷指令增大時(shí)主蒸汽壓力和中間點(diǎn)焓值的變化曲線下圖3-8表明了凝結(jié)水節(jié)流串級(jí)控制快速變負(fù)荷的過程當(dāng)中，?Dw的變化曲線是凝結(jié)水流量的變化量。而圖3-9給出了凝結(jié)水節(jié)流控制系統(tǒng)的除氧器水位的變化量?H的變化曲線。在快速變負(fù)荷調(diào)節(jié)的過程中除氧器液位變化不大，在CCS協(xié)調(diào)控制能夠擔(dān)任起負(fù)荷輸出，除氧器內(nèi)液位將平穩(wěn)的恢復(fù)到原來的設(shè)定值。圖3-8凝結(jié)水流量變化量圖3-9除氧器水位變化量3.4本章小結(jié)本章首先介紹了PSO算法的基本原理，又設(shè)計(jì)了凝結(jié)水節(jié)流快速變負(fù)荷控制系統(tǒng)，其中包括1000MW超臨界機(jī)組simulink建模，及PID控制策略，串級(jí)控制策略于一身的控制系統(tǒng)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，得到了凝結(jié)水節(jié)流快速變負(fù)荷控制系統(tǒng)的仿真曲線，證實(shí)了其有效性。

第4章基于PSO的凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)模糊控制系統(tǒng)上一章已經(jīng)做出了基于PSO的凝結(jié)水節(jié)流協(xié)調(diào)控制快速變負(fù)荷控制系統(tǒng)，本章通過模糊控制系統(tǒng)來完成凝結(jié)水節(jié)流變負(fù)荷控制系統(tǒng)，通過對(duì)比其變負(fù)荷的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，來反映出模糊控制系統(tǒng)相比較于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有著一定的差距，并不適合于PSO算法的凝結(jié)水節(jié)流控制系統(tǒng)。4.1模糊控制基本原理模糊控制[23]是模糊控制理論和模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合形成的一門新型控制理論。模糊控制將模糊語言規(guī)則，模糊集合等數(shù)學(xué)和認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，將專家經(jīng)驗(yàn)或者現(xiàn)場操作者的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及操作數(shù)據(jù)總結(jié)歸納為控制規(guī)則，又利用模糊推理原理，讓被控對(duì)象得到有效的控制。模糊控制可以用于相對(duì)復(fù)雜的對(duì)象當(dāng)中。模糊控制的建立借助于模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展，然而模糊集合是模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。模糊集合的引入是為了將人類處理問題時(shí)使用的語言文字信息通過簡單的數(shù)字來表達(dá)，運(yùn)用到傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。語言信息的表示方法為“小”，“中”，“大”等文字描述，而數(shù)據(jù)信息通常使用0.1，0.5，1等數(shù)學(xué)表示。模糊集合在語言信息與數(shù)據(jù)信息之間搭建了橋梁。為了表示模糊集合的概念，需要明確隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)的定義為：μAx式中，A為模糊集合μA(x)表示x屬于模糊集合A的程度。此時(shí)模糊集合A可以表示為：A=μ在上述式子中，符號(hào)“+”和“/”不是表示加號(hào)和除號(hào)，而是模糊集合表示屬于或者是構(gòu)成。模糊集合表達(dá)式可以得知，模糊集合是通過他的隸屬函數(shù)描述的。在模糊數(shù)學(xué)當(dāng)中，模糊集合正確的表達(dá)式的關(guān)鍵就是建立合理的隸屬函數(shù)。常用的隸屬函數(shù)主要是分為三種：高斯型隸屬函數(shù)（gaussmf）、S型隸屬函數(shù)（smf）和三角型隸屬函數(shù)（trimf）等等，具體的描述如下：高斯型隸屬函數(shù)（gaussmf）：gaussianx,c,σ=S型隸屬函數(shù)（smf）：sigx,a,c=三角型隸屬函數(shù)（trimf）:trianglex,a,b,c=三種隸屬函數(shù)各自都有其特點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)其具體要求和條件去先擇所需要的隸屬函數(shù)。模糊關(guān)系的定義為：設(shè)U，V是兩個(gè)域，從U到V的一個(gè)模糊關(guān)系是指定義直積U×V=上的一個(gè)模糊集合R，其隸屬函數(shù)由μR：U完全描述，序偶（u,v）的隸屬度為，μR(u,v)具有關(guān)系R的程度。由上述的定義可以看出