Введение к работе
Актуальность работы. Уровень автоматизации технологических процессов является решающим фактором в повышении эффективности и надежности производства тепловой и электрической энергии и их конкурентоспособности на рынке электроэнергии и мощности.
В настоящий момент в рыночных условиях работы электростанций остро стоит проблема экономии топлива при неизменной тенденции роста числа потребителей, что приводит к необходимости поиска различных методов, обеспечивающих увеличение эффективности производства электрической энергии и тепла. Одним из таких решений является метод повышения коэффициента полезного действия энергетического блока, составной частью которого является котел.
Паровые барабанные котлы находят широкое применение в энергетике. На данный момент они являются наиболее часто используемыми, особенно на тепловых электрических станциях с поперечными связями, повышение их эффективности может привести к значительному снижению удельного расхода топлива на выработку электроэнергии, и, как следствие, уменьшению доли топливной составляющей в себестоимости отпускаемой на рынок электроэнергии, что и приведет к значительному росту прибыли станции.
Актуальность данной работы обусловлена тем, что существующие в настоящее время типовые способы и схемы регулирования экономичности работы паровых барабанных котлов оказались трудно реализуемыми на практике или недостаточно эффективными. Поэтому возникает необходимость создания более эффективных, интеллектуальных систем, основанных на современных технологиях искусственного интеллекта, которые позволяли бы проводить непрерывный параметрический мониторинг с целью управления технологическим процессом котла или группы котлов таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность их работы. Очевидно, что наибольший экономический эффект от внедрения таких систем экстремального регулирования на котлах будет при групповом управлении режимами работы котлов на станции с общим паропроводом. Это даст возможность не только повысить эффективность выработки электроэнергии, но и снизить выбросы оксидов азота за счет уменьшения расхода топлива на станции.
В данной работе рассматривается возможность построения принципиально новых алгоритмов управления, основанных на супервизорном управлении с помощью обобщенного показателя эффективности работы котла.
Целью работы является разработка системы управления экономичностью барабанных котлов на основе использования современного метода построения интеллектуальных систем и исследование её работоспособности и эффективности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Выбрать обобщенный критерий управления, позволяющий судить об экономичности работы барабанных котлов и управлять их экономической эффективностью;
Построить математическую модель исследуемого котла в виде переходных процессов каналов регулирования;
Разработать методики и алгоритмы автономного и группового управления котлов на основе выбранного обобщенного критерия;
Исследовать работоспособность и эффективность системы управления экономичностью группы барабанных котлов ТЭС.
Разработать рекомендации по практическому внедрению разработанного алгоритма в практику эксплуатации котлов.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы анализа качества и устойчивости теории автоматического управления, методология проведения активного и пассивного эксперимента теории эксперимента, новые методы математического моделирования.
Научная новизна определяется разработкой и реализацией новых подходов к решению проблем повышения эффективности работы ТЭС и заключается в следующем:
Предложено новое уравнение измерения критерия управления технологическим процессом производства пара в барабанном котле, которое учитывает динамические свойства котла;
Разработана методика и алгоритм управления эффективностью работы барабанных котлов на основе выбранного обобщенного критерия;
Предложены новые алгоритмы стабилизации стационарного режима работы котла;
Предложен алгоритм экстремального регулирования эффективности котла, основанный на текущей идентификации знака градиента в рабочей точке процесса;
Разработана методика оптимального распределения паровой нагрузки станции с поперечными связями между работающими котлами при групповом управления режимами их работы.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивается:
1. Проверкой на адекватность моделей измерительной информации и динами
ческих характеристик объекта управления по данным пассивного и активного экспе
риментов, проведенных на Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго»;
Проверкой работоспособности предложенных новых алгоритмов управления эффективностью работы котлов методом имитационного моделирования в условиях, наиболее приближенных к реальным условиям.
Применением современных методов математического моделирования, проведения экспериментов и обработки их результатов.
Практическая ценность работы.
Разработанные алгоритмы индивидуального и группового управления эффективностью работы котлов могут служить основой для выбора оптимальных режимов их работы на станциях с поперечными связями.
Предложенные алгоритмы легли в основу созданной экспериментальной установки для учебных целей. В состав установки вошли виртуальный прибор для измерения текущего значения эффективности работы котельного агрегата, ПЭВМ и пакет прикладных программ.
Соответствие паспорту специальности.
Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в энергетике)», а именно: пункту 4 - «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация»; пункту 5 - «Теоретические основы, средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТПП и др.»; пункту 6-« Научные основы, модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления».
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (Тула, 2006 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (Волжский, 2006 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Интеллектуальные измерительные системы в промышленности южного региона» (Волжский, 2007г.), на научном семинаре кафедры АСУТП МЭИ.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 5 работ, среди которых 2 в журналах перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 74 наименования и 4 приложений. Общий объем работы составляет 130 страниц, в том числе 51 рисунок и 7 таблиц.
