余熱鍋爐汽包水位的不確定成分仿真與控制方法研究.pdf

1、本文的研究對(duì)象--余熱鍋爐汽包水位問(wèn)題,對(duì)于日趨發(fā)展的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工業(yè)而言是十分重要的問(wèn)題.本文在聯(lián)合循環(huán)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的汽包水位不確定性波動(dòng)及由此引起的控制不穩(wěn)定等問(wèn)題基礎(chǔ)上,采用了機(jī)理分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)字信號(hào)分析等方法,對(duì)汽包水位的不確定性波動(dòng)方法進(jìn)行研究,得到了水位不確定成分的仿真模型；另外,針對(duì)對(duì)汽包水位的控制問(wèn)題進(jìn)行研究,提出了水位的控制方法.從而形成了有關(guān)汽包水位不確定成分的一些分析結(jié)論、仿真模型和的控制算法,具體如下所述.

2、 在大容量的余熱鍋爐現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn),對(duì)稱分布的多個(gè)汽包水位傳感器信號(hào)之間存在著較大的差異,在采用常規(guī)的均值法處理后得到的水位信號(hào)送入控制器后,控制參數(shù)的調(diào)整困難,常常與現(xiàn)有的汽包水位仿真模型研究得到的參數(shù)相差很大,水位控制十分不穩(wěn)定.分析表明,在汽包水位信號(hào)中不僅存在著"小幅值"的干擾成分,還存在著由于不確定性水位波動(dòng)產(chǎn)生的"大幅值"的不確定成分,必須建立水位的不確定成分仿真模型來(lái)完善現(xiàn)有的汽包水位仿真模型.為此,本文側(cè)重從水動(dòng)力學(xué)而非熱力

3、學(xué)角度進(jìn)行了如下研究: (1) 汽包水位不確定成分的機(jī)理分析及統(tǒng)計(jì)分析為了研究汽包水位信號(hào)的各個(gè)成分,對(duì)水位測(cè)量系統(tǒng)、確定性擾動(dòng)和不確定性擾動(dòng)三個(gè)方面因素進(jìn)行了機(jī)理分析.結(jié)論是實(shí)測(cè)的單個(gè)測(cè)點(diǎn)的水位信號(hào)中主要包含了四個(gè)成分:第一是控制系統(tǒng)需要的輸入信號(hào)--理想水位成分；第二是比理想水位成分更高頻的表面余波成分；第三是由于不同傳感器測(cè)點(diǎn)位置不一致引起的位置差異成分；最后是測(cè)量系統(tǒng)引起的測(cè)量誤差成分.后三個(gè)成分即為不確定成分.(為了敘

4、述起見(jiàn)本文又稱之為水位噪聲.)接著,通過(guò)時(shí)域上的統(tǒng)計(jì)分析如均值、標(biāo)準(zhǔn)差及相關(guān)分析等方法,確定了位置差異成分；最后,通過(guò)提出并定義了頻率－能量分析法,對(duì)汽包水位的多測(cè)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行了頻域分析,發(fā)現(xiàn)水位的波動(dòng)主要由汽包進(jìn)出水流量差值決定,受汽包壓力的影響較小,其大部分能量集中于最低頻的理想水位,更高頻的部分為不確定成分. (2) 汽包水位不確定成分的提取方法研究為了提取汽包水位的不確定成分,本文在忽略測(cè)量誤差的前提下,首先對(duì)同側(cè)傳感器信

5、號(hào)采用了加權(quán)融合法、對(duì)異側(cè)傳感器信號(hào)采用了同步加權(quán)融合法來(lái)消除位置差異成分,從而消除了多測(cè)點(diǎn)信號(hào)間的差異性；然后,提出了表面余波脈動(dòng)假設(shè),并提出了LFA和HFA兩種方法來(lái)確定截止頻率,將表面余波成分提取出來(lái).至此,完全提取出了不確定成分.最后對(duì)不確定成分的特性進(jìn)行了時(shí)域分析和頻域分析,結(jié)果表明無(wú)論何種工況、哪個(gè)測(cè)點(diǎn),其水位信號(hào)的截止頻率相差很小,與傳統(tǒng)觀念相反,不確定成分信號(hào)并非總是簡(jiǎn)單的高頻信號(hào),其低頻處的能量比例也不可低估,而這正是

6、常規(guī)方法無(wú)法消除的成分. (3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作為了驗(yàn)證前述有關(guān)不確定成分的分析結(jié)論、提取方法的可靠性,搭建了一個(gè)模擬汽包水表面波動(dòng)的水槽液面波動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái).借助于高速攝影儀、浪高儀和流量計(jì)等儀器儀表進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn):第一是穩(wěn)定的單側(cè)給水實(shí)驗(yàn)；驗(yàn)證了表面余波的脈動(dòng)假設(shè),采用HFA或LFA的分析方法,可以較好地確定水位的理想水位成分和表面余波成分之間的截止頻率.第二是脈動(dòng)的單側(cè)放水實(shí)驗(yàn)；驗(yàn)證了前述有關(guān)汽包水位噪聲成分頻域特性一致性的結(jié)論,即

7、截止頻率與汽包固有物理特征密切相關(guān).第三是水下射流高速攝影觀測(cè)實(shí)驗(yàn)；驗(yàn)證了前述有關(guān)水下射流對(duì)水位的影響甚微的分析結(jié)論. (4)余熱鍋爐汽包水位完整仿真模型的建立采用了現(xiàn)有成熟的機(jī)理建模方法,建立了一個(gè)以聯(lián)合循環(huán)為背景的余熱鍋爐汽包的理想水位模型；采用所前面提取得到的汽包水位噪聲信號(hào),利用其頻域特性,建立了水位噪聲的AMMA仿真模型；最后將兩者結(jié)合,組建成一個(gè)完整的汽包水位仿真模型. (5)汽包水位控制方法的研究基于前面所