ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

    В процессе генерации энергии на ТЭС, важно соблюдение заданного графика нагрузки. Одним из способов регулирования мощности энергоблока наряду с управлением расходом питательной воды и топлива является управление системой впрысков холодной воды в пароводяной тракт на промежутке между котлом и турбиной. В данной работе рассматривается постановка задачи управления впрысками охлаждающей воды в пароводяной тракт. Приведено обоснование необходимости построения алгоритмов управления. 

Управление техническим объектом обычно состоит в выработке команд, реализация которых обеспечивает целенаправленное изменение состояния этого объекта при соблюдении заранее обусловленных требований и ограничений. Управление энергоблоком тепловой электростанции (ТЭС) состоит в обеспечении выработки в каждый момент времени требуемого количества электроэнергии  при соблюдении требований к нормальному ведению технологического процесса (поддержанию давления и температуры пара перед турбиной в заданных пределах, выполнению условий безопасности и безаварийности работы всех механизмов, выбору такого режима сжигания топлива, при котором будет обеспечена минимизация его удельного расхода, и т.п.).

Частным случаем управления является сохранение некоторого желаемого состояния объекта в условиях, когда он получает непредвиденные воздействия со стороны внешней среды, нарушающие это состояние. Так, цель управления энергоблоком, работающим в базовом режиме нагрузки, — сохранение постоянства генерируемой им мощности и параметров пара по пароводяному тракту котла, стабилизация тягодутьевого режима горения и т. п. в условиях, когда непредвиденно меняется качество топлива, происходят случайные отклонения частоты переменного тока в энергосистеме от ее номинального значения и т.п [1].

  

1. Актуальность темы

    Управление техническим процессом на электоростанции осуществляется различными методами. В магистерской работе рассмотрен метод регулирования температуры в пароводяном тракте сверхкритического давления при помощи впрысков. Регулирование температуры при помощи впрысков имеет множество вариаций, множество методов уже реализованы.  Для обеспечения оптимальных параметров пара необходимо разработать такой регулятор, который позволит, осуществлять плавное, но  существенное воздействие.

   

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель управления энергоблоком в эксплуатационных режимах заключается в обеспечении выработки в каждый момент времени требуемого количества электрической энергии (мощности Nэ). При этом должны выполняться заданные требования к качеству функционирования энергоблока, которые обычно сводятся к минимизации удельного расхода топлива при сохранении всех эксплуатационных показателей на требуемых правилами технической эксплуатации оборудования и техники безопасности [2-5].

Объектом исследования является управление впрысками в пароводяной тракт прямоточного котла.

Предметом исследования выступают модели и алгоритмы процесса впрыска охлаждающей воды.

В рамках магистерской работы планируется получение актуальных научных результатов по следующим направления:

     1. Исследование характеристик пароводяного тракта прямоточного котла;

     2. Проведение анализа существующей системы управления впрысками охлаждающей воды в пароводяной тракт;

 3. Разработка структуры и алгоритма системы управления впрысками в пароводяном тракте.

Для экспериментальной оценки полученных теоретических результатов и формирования фундамента последующих исследований, в качестве практических результатов:

  1. Создание регулятора при помощи програмного пакета MatLAB.
  2. Реализация разработаного метода регулирования.
  3. Проверка полученных результатов.

3. Обзор исследовани й и разработок

3.1 Концерн Siemens

Работы по комплексной реконструкции блока №1 Зуевской теплоэлектростанции (ООО «Востокэнерго») успешно завершено. Подписание акта о готовности блокау промышленной эксплуатации состоялось 14 мая.

«Это первый проект подобного рода, который мы успешно реализовали в Украине. Система SPPA-T3000 позволила обеспечить высокий уровень автоматизации, а также полностью перейти с аналоговых схем управления энергоблоком, которые применялись в прошлом столетии, на современную распределённую систему управления». В рамках реконструкции блока №1 Зуевской ТЭС была проведена модернизация турбины, котла и электрооборудования, а также внедрение полномасштабной АСУ ТП. Активное участие в реализации этого проекта принимал концерн Siemens, компания «Сименс Украина» и ЗАО «Интеравтоматика». В сферу ответственности Siemens AG входила поставка и пуско-наладка программно-технического комплекса SPPA-T3000, разработка и реализация всех алгоритмов управления технологическим оборудованием энергоблока, включая регуляторы, шаговые программы, АВР, блокировки и защиты. Несмотря на масштабность и высокую техническую сложность проекта, реконструкция блока была завершена в сжатые сроки с опережением графика выполняемых работ. По словам генерального директора ООО «Востокэнерго» Геннадия Туранова, в результате реконструкции установленная мощность блока №1 Зуевской ТЭС выросла с 300 МВт до 320 МВт, диапазон маневренности – со 135 МВт до 170 МВт. При этом удельный расход условного топлива снизился с 364 г/КВт/ч до 342 г/КВт/ч, а коэффициент полезного действия увеличился с 33,8% до 36%[6,11] .

   Общая стоимость выполненных работ составила 183,7 млн. грн. «Реконструкция энергоблока №1 Зуевской ТЭС является частью масштабной программы по модернизации электростанций ООО «Востокэнерго» до 2016 г. общей стоимостью 900 млн. долларов США, – сообщил исполнительный директор ООО «ДТЭК» Юрий Рыженков. – Эти средства должны быть израсходованы на модернизацию энергоблоков на трех ТЭС «Востокэнерго»: Кураховской, Луганской и Зуевской. В ближайшее время планируется начать модернизацию генерирующих мощностей ОАО «Днепрэнерго». «Сименс Украина» – 100% дочернее предприятие международного концерна Siemens. Является одной из ведущих технологических компаний Украины. Поставляет оборудование, комплексные решения и услуги для промышленности, энергетики, транспорта и здравоохранения [10].

3.2 DeltaV

Цифровая система автоматизации DeltaV поможет Вам повысить эффективность работы вашего предприятия благодаря современным технологиям прогнозирования, которые дают Вашему персоналу простой, понятный на интуитивном уровне способ взаимодействия с технологическими процессами и производством. Обоснование проектов сегодня является чрезвычайно сложным, и любое изменение системы должно предлагать более высокую ценность для бизнеса, что означает меньшую стоимость монтажа, меньшую стоимость жизненного цикла, и в то же время предоставлять большую  гибкость и способность использовать быстро появляющиеся возможности для  развития  бизнеса. Конечные пользователи также постоянно испытывают потребность в снижении времени простоя, как запланированного, так и внепланового.

Представив систему автоматизации процессов DeltaV Версии 11, компания Emerson Process Management сделала большой шаг вперед к решению вопросов, связанных с подобными проектами и жизненным циклом предприятия. Практически полностью переконструировав архитектуру аппаратного обеспечения при помощи принципов «в центре внимания – пользователь», компания Emerson трансформировала функцию В/В (ввода-вывода) РСУ в  полностью модульный формат для каждого индивидуального канала с возможностями характеризующих модулей (CHARMS), которые можно сконфигурировать для любой точки вне зависимости от расположения.  DeltaV Версии 11 исключает необходимость в клеммных колодках и огромном количестве вспомогательной проводки, а также в огромных шкафах, ассоциируемых с традиционными РСУ.  Это, помимо всего прочего, снижает трудозатраты на монтаж всей проводки и контактов. Также, вследствие снижения количества оборудования и рабочей загрузки, сокращается время пуска[7].

Новая концепция «В/В по требованию» обеспечивает беспрецедентные возможности по обеспечению гибкости подключения полевых сигналов В/В (ввода-вывода), по простоте интеграции и по повышению эксплуатационной готовности. Расходы и опасения, по поводу наличия элементов, отказ которых критичен для всей системы, кроссировки, питания и заземления сегментов FounDation tM fieldbus, а также, связаные с поздними изменениями в перечне сигналов В/В или в техпроекте, могут полностью исчезнуть. Независимо от типа сигнала В/В (традиционного типа, FounDation fieldbus, , Profibus DP, Devicenet, aS-i bus или даже резервный беспроводной), Вы сможете добавить новый сигнал и начать использовать новую информацию гораздо быстрее и с меньшими усилиями по инжинирингу, проектированию и по полевым работам. Вы выбираете сигнал, который Вам нужен, мы обеспечиваем удобство его ввода в систему. В/В по требованию —Ваш сигнал В/В, любого типа, в любое время, в любом месте.

Технологическое оборудование и установки отличаются и по размеру и по уровню сложности. Для обеспечения максимальной окупаемости инвестиций, система автоматизации должна легко масштабироваться, не создавая дополнительных сложностей. Как часть архитектуры PlantWeb™, разработанной компанией Emerson, система DeltaV™ построена с учетом требования максимальной масштабируемости. Независимо от масштабов вашей установки, система DeltaV будет выглядеть и функционировать одинаково. Это позволяет сократить расходы на администрирование и на обучение, а также оптимизировать начальные инвестиции и расходы на последующее расширение. От настольного варианта до пилотного проекта и далее до развернутого производства; от 25 каналов В/В до более миллиона.

  Надежная и безопасная работа оборудования при оптимизации производства - все это обеспечивает система DeltaV со встроенной системой автоматизированного обслуживания КИП и А aMS™ Suite: intelligent Device Manager. Исключительные качества встроенного интеллектуального управления обеспечиваются прогностическими возможностями интеллектуальных полевых приборов в комбинации с передовыми технологиями управления. Идет ли речь об упреждающей сигнализации, об адаптивной настройке контуров управления или об управлении по прогнозирующей модели[12].

3.3 Преимущества работы с Emerson

Компания Emerson предлагает самый широкий спектр решений по автоматизации с полным набором интеллектуальных полевых приборов, специально разработанных для применения в энергетической отрасли. История подразделения Power & Water Solutions (Системы автоматизации для энергетики и водопользования) начинается с компании Westinghouse Electric Company. Она стала первой компанией, внедряющей цифровые системы для управления газовыми, паровыми турбинами и энергетическими котлами, создание полностью распределённых вычислительных систем для сбора данных и управления, использующих единую платформу аппаратного и программного обеспечения. Для модернизации электростанции разрабатывается комплексное решение, начиная с электронной части системы регулирования и заканчивая модернизацией гидромеханической части. Примером может послужить модернизация электростанции в Скандинавии, работающей на мазутном топливе, с применением ПТК Ovation. В результате проекта были получены:

- цифровая архитектура электростанции PlantWeb;

- ПТК Ovation для контроля и автоматического логического управления энергетическим котлом, турбиной и питательным турбонасосом;

- комплексная модернизация системы управления аппаратами обдувки, управления розжигом, гидромеханической части системы регулирования, виброконтроля, регулятора частоты вращения турбины и систем защит.

Экспертная система Ovation позволяет объединить различные технологические процессы в рамках одной АСУ ТП. Управление всем оборудованием, не только механическим, таким кА турбины, котлы, насосы или мельницы, но и электрическим, выполняется на базе одной платформы.

Контроллер Ovation комбинирует технологии Profibus DP V2, IEC 61850 b Ethernet. Благодаря этому обеспечивается информационное взаимодействие с различным оборудованием низкого и среднего напряжений. С помощью Ovation можно управлять различными типами исполнительных механизмов, частотными приводами и обеспечивать информационное взаимодействие с системами возбуждения, электрическими защитами трансформаторов и генераторов.

   Кураховская ТЭС – одна из старейших тепловых электростанций Украины. В 2007 году на Кураховской ТЭС реализуется проект реконструкции оборудования, начато улучшение производственных характеристик. Энергоблоки Кураховской ТЭС, введённые в эксплуатацию в 1972-1975 гг., работая в маневренном режиме, в настоящее время по отдельным показателям выработади ресурс и нуждаются в обновлении. Наиболее оптимальным решением для продления ресурса работы оборудования на 15-20 лет и для улучшения его экономичности  был признан принцип поузловой модернизации с заменой наиболее важных элементов[8, 13, 17].

4. Нечеткое управление параохладителем прямоточного котла ТЭС

В процессе генерации энергии на ТЭС важно соблюдение заданного графика нагрузки. Одним из способов регулирования мощности энергоблока наряду с управлением расходом питательной воды и топлива является управление системой впрысков холодной воды в пароводяной тракт на промежутке между котлом и турбиной.

Целью работы является снижение износа оборудования и расхода топлива за счет разработки системы управления впрысками высокого давления в пароохладитель котла сверхкритического давления. Создание системы позволит управлять расходом воды на охлаждения пара без избыточного понижения температуры перегретого пара. Схема нечеткого управления представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема нечеткого управления

 

Для разработки нечеткого регулятора проведена формализация входных и выходных переменных, разработана база нечетких правил с использованием Matlab[9, 14].

В ходе формализации были выведены входные и выходные лингвистические переменные, определены их термы.

Входными переменными являются:

1. Расход воды, G ϵ [200, 500] т/ч

2. Давление пара, Р ϵ [180, 250] кгс/ см2

    3. Температура на входе,  Tv ϵ [470, 530] °C

    4. Температура на выходе, Tvuh ϵ [520, 570] °C

    5. Температура металла, Tme ϵ  [480, 570] °C.

На рисунке 2 в качестве примера приведены термы лингвистической переменной «Температура металла».

 

Рисунок 2 – Входная переменная «Tme»

 

         Выходными переменными являются:

1.     Расход воды на первый впрыск Gvp1 ϵ [0, 45] т/ч

2.     Расход воды на второй впрыск Gvp2 ϵ [0, 25] т/ч.

На рисунке 3 в качестве примера приведены термы выходной лингвистической переменной «Расход воды на второй впрыск»

 

Рисунок 3 – Выходная переменная «Gvp2»

 

Работа регулятора будет осуществляться на основании разработанной системы нечетких правил, часть из которых приведена ниже.

1.                Если «расход воды» - малый и «давление» - малое, и «температура на входе» - низкая, и «температура на выходе» - ниже 545, и «температура металла» - низкая, то «расход на впрыск 1» - минимальный, «расход на впрыск 2» - минимальный.

2.                Если «расход воды» - выше малого и «давление» - малое, и «температура на входе» - низкая, и «температура на выходе» - ниже 545, и «температура металла» - низкая, то «расход на впрыск 1» - минимальный, «расход на впрыск 2» - минимальный.

3.                Если «расход воды» - выше малого и «давление» - выше малого, и «температура на входе» - низкая, и «температура на выходе» - ниже 545, и «температура металла» - низкая, то «расход на впрыск 1» - минимальный, «расход на впрыск 2» - минимальный.

4.                Если «расход воды» - выше малого и «давление» - выше малого, и «температура на входе» - средняя, и «температура на выходе» - ниже 545, и «температура металла» - низкая, то «расход на впрыск 1» - минимальный, «расход на впрыск 2» - минимальный.

5.                Если «расход воды» - выше малого и «давление» - выше малого, и «температура на входе» - средняя, и «температура на выходе» - ниже 545, и «температура металла» - низкая, то «расход на впрыск 1» - минимальный, «расход на впрыск 2» - минимальный и т.д.

На основании входных и выходных переменных, а также базы нечетких правил, был разработан нечеткий регулятор, который схематически представлен на рисунке 4.

В основу работу регулятора положен алгоритм нечеткого вывода Мамдани

.

 

Рисунок 4 – Нечеткий регулятор

(анимация: 6 кадров, 3 цикла повторения, 117 килобайт)

(Gp - расход пара, Gvp1 - расход воды на первый впрыск, Gvp2 - расход воды на второй впрыск, P - давление, TdoVP - температура до впрыска, TposleVT - температура после впрыска, Tme - температура металла)

 

 

        Применение нечеткого управления позволило осуществить регулировку температуры пара с меньшими колебаниями, что обеспечивает уменьшение износа оборудования[15, 16, 22].

Выводы

В процессе работы был проведен анализ пароводяного тракта. Приведена схема пароводяного тракта энергоблока, а также его конструкция, приведено описание отдельных функциональных блоков. При обзоре точности регулирования температуры были использованы данные взятые с ИУС ОКУР. При статистическом анализе данных с энергоблоков № 3и № 4, показано, что существующий регулятор не удовлетворяет требованиям, присутствуют повышение и понижение температуры за допустимые пределы.

При обзоре существующих систем были рассмотрены системы SPPA-T3000, концерна Siemens, цифровая система автоматизации DeltaV, экспертная система Ovation. Рассмотренные системы позволяют эффективно модернизировать существующее предприятие, также возможна полная реконструкция энергоблоков, что позволяет сократить затраты на энергоресурсы, облуживание и эксплуатацию объектов. Такие системы экономичны, но затраты на модернизацию или реконструкцию может позволить не каждое предприятие, для комплексной модернизации потребуется не менее 700 млн. грн. на один энергоблок.

  При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты[19, 20].

Список источников

  1. Теория автоматического управления. [Электронный ресурс]. -  Режим доступа: http://portal.tpu.ru/SHARED/i/ISAEV/Job/Tab3/TAY.pdf
  2. Мейкляр М. В. Современные котельные агрегаты ТКЗ [Текст] / М. В. Мейкляр. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергия, 1978. - 223 с.
  3. Типовые схемы регулирования энергоблоков с прямоточными котлами мощностью 300 МВт и выше. Совмест. отчет ВТИ, ВНИИЭ, ОРГРЭС - М.: 1976. 345 c.
  4. Свечников A.A. Регулирование мощности блока 300 МВт / Свечников A.A., Корецкий А.С.- М.:Теплоэнергетика. 1971.- 237с.
  5. Меламед А.Д. Требования к системам регулирования мощности энергоблоков при работе в нормальных режимах // Автоматическое управление мощностью ТЭС и АЭС: Сб. докладов./Меламед А.Д.- М.: Энергоатомиздат, 1990, c.230.
  6. Сайт LiveInternet [Электронный ресурс]. -  Режим доступа: http://www.liveinternet.ru/tags/%E7%F3%E5%E2%F1%EA%E0%FF+%F2%E5%EF%EB%EE%FD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%F1%F2%E0%ED%F6%E8%FF/
  7. Обзор системы DeltaV  [Электронный ресурс]. -  Режим доступа:http://www.geolink.ru/pdf/emerson/deltav.pdf
  8. Рокотян С.С. Требования энергосистем к маневренности оборудования / Рокотян С.С., Волькенау И.М., Волкова Е.А.-М.: Теплоэнергетика, 1971.-238 с
  9. Дьяконов В.П. Математические пакеты расширения MATLAB:Специальный справочник./ Дьяконов В.Н., Круглов В.В.-СПб.: Питер, 2001, 480с.
  10. Сайт «Котельные установки». [Электронный ресурс]. -  Режим доступа:http://www.beregstroy.ru/prjamotochnie_kotli. htm
  11. Сайт «Регулирование питания и топлива прямоточного котла». [Электронный ресурс]. -  Режим доступа:

    http://www.bogtec.com/regulirovanie-pitaniya-i-topliva-pryamotochnogo-kotla/

  12. Автоматизация созданная для энергетики (Emerson). [Электронный ресурс]. -  Режим доступа: http://www.metran.ru/netcat_files/799/760/Avtomatizatsiya_sozdannaya_dlya_energetiki.pdf
  13. Фотин Л.П. Системы автоматического управления мощностью энергоблоков 200 и 300 МВт / Фотин Л.П.- Электрические станции, 1975- №8
  14. Экспериментальные динамические характеристики энергоблока мощностью 300 МВт № 6 Каширской ГРЭС как объекта регулирования мощностью. Отчет ВТИ. Москва, 2004
  15. Зорченко Н.В. Результаты испытаний и модельных исследований системы автоматического управления мощностью газомазутного энергоблока 300 МВт / Н.И., Зорченко Н.В., Бояршинов Д.Г.- Теплоэнергетика. — 2005. № 10
  16. Ротштейн А.П Идентификация нелинейных зависимостей нечеткими базами знаний/ Ротштейн А.П., Кательников Д.И. //Кибернетика и системный анализ.-1998, 53- 61с.
  17. Работа за ЭВМ.[Электронный ресурс]. -  Режим доступа: http://www.mhts.ru/
  18. Инструкция по пуску и эксплуатации энергоблока 300 МВт. — МЭЭ ПЭО "ДОНБАССЭНЕРГО", 1992. — 81 c.
  19. Дуэль М.А. Автоматизированное управление объектами и техническими процессами ТЭС и АЭС/ М.А. Дуэль. – Харьков.: ЧП «КИК», 2010.– 448с.
  20. Дуэль М.А. АСУ энергоблоками с использованием средств вычислительной техники М.А. Дуэль. – М.:Энергоиздат, 1983.– 207 с.
  21. Горелик А.Х. Автоматизированные системы управления технологическими процессами ТЭС и АЭС/ А.Х. Горелик. – Харьков.: НТУ ХПИ, 2005.– 244с.
  22. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH/ А.В. Леоненков. – БХВ-Петербург, 2005. –736с.