ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В процесі генерації енергії на ТЕС, важливе дотримання заданого графіка навантаження. Одним із способів регулювання потужності енергоблоку разом з управлінням витратою живильної води і палива є управління системою вприскувань холодної води в пароводяної тракт на проміжку між котлом і турбіною. У даній роботі розглядається постановка задачі управління вприсками охолоджуючої води в пароводяний тракт. Приведено обгрунтування необхідності побудови алгоритмів управління. Управління технічним об'єктом зазвичай полягає у виробленні команд, реалізація яких забезпечує цілеспрямовану зміну стану цього об'єкта при дотриманні заздалегідь обумовлених вимог та обмежень. Управління енергоблоком теплової електростанції (ТЕС) складається в забезпеченні вироблення в кожен момент часу необхідної кількості електроенергії при дотриманні вимог до нормального ведення технологічного процесу (підтримання тиску і температури пари перед турбіною в заданих межах, виконання умов безпеки та безаварійності роботи всіх механізмів, вибору такого режиму спалювання палива, при якому буде забезпечена мінімізація його питомої витрати, тощо). Окремим випадком управління є збереження деякого бажаного стану об'єкта в умовах, коли він отримує непередбачений вплив з боку зовнішнього середовища, що порушують цей стан. Тому, мета управління енергоблоком, що працює в базовому режимі навантаження, - збереження сталості генерованної їм потужності і параметрів пари по пароводяному тракту котла, стабілізація тягодутьового режиму горіння в умовах, коли раптово змінюється якість палива, відбуваються випадкові відхилення частоти змінного струму в енергосистемі від її номінального значення[1].

1. Актуальність теми

Управління технічним процесом на електоростанції здійснюється різними методами. У магістерській роботі розглянуто метод регулювання температури в пароводяному тракті надкритичного тиску за допомогою вприскувань. Регулювання температури за допомогою вприскувань має безліч варіацій, безліч методів вже реалізовані. Для забезпечення оптимальних параметрів пари необхідно розробити такий регулятор, який дозволить, здійснювати плавний, але істотний вплив.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Мета управління енергоблоком в експлуатаційних режимах полягає в забезпеченні вироблення в кожен момент часу необхідної кількості електричної енергії. При цьому повинні виконуватися задані вимоги до якості функціонування енергоблоку, які зазвичай зводяться до мінімізації питомої води, витрати палива при збереженні всіх експлуатаційних показників на потрібних правилами технічної експлуатації устаткування і техніки безпеки [2-5].

Об'єктом дослідження є управління вприсками в пароводяний тракт прямоточного котла. 

Предметом дослідження виступають моделі та алгоритми процесу вприску охолоджуючої води. У рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за такими напрямки:

1. Дослідження характеристик пароводяного тракту прямоточного котла;

2. Проведення аналізу існуючої системи управління вприсками охолоджуючої води в пароводяної тракт;

3. Розробка структури та алгоритму системи управління вприсками в пароводяному тракті.

3. Огляд досліджень та розробок

3.1 Коцерн Siemens

Роботи з комплексної реконструкції блоку № 1 Зуївської теплоелектростанції (ТОВ "Східенерго") успішно завершено. Підписання акта про готовність блокау промислової експлуатації відбулося 14 травня. "Це перший проект подібного роду, який ми успішно реалізували в Україну. Система SPPA-T3000 дозволила забезпечити високий рівень автоматизації, а також повністю перейти з аналогових схем управління енергоблоком, які застосовувалися в минулому сторіччі, на сучасну розподілену систему керування". В рамках реконструкції блоку № 1 Зуївської ТЕС була проведена модернізація турбіни, котла та електрообладнання, а також впровадження повномасштабної АСУ ТП. Активну участь в реалізації цього проекту брав концерн Siemens, компанія "Сіменс Україна" та ЗАТ "Інтеравтоматика". У сферу відповідальності Siemens AG входило постачання і пуско-налагодження програмно-технічного комплексу SPPA-T3000, розробка та реалізація всіх алгоритмів керування технологічним обладнанням енергоблоку, включаючи регулятори, крокові програми, АВР, блокування і захисту. Незважаючи на масштабність і високу технічну складність проекту, реконструкція блоку була завершена в стислі терміни з випередженням графіка виконуваних робіт. За словами генерального директора ТОВ "Східенерго" Геннадія Туранова, в результаті реконструкції встановлена ​​потужність блоку № 1 Зуївської ТЕС зросла з 300 МВт до 320 МВт, діапазон маневреності - з 135 МВт до 170 МВт. При цьому питома витрата умовного палива знизився з 364 г / кВт / ч до 342 г / КВт / год, а коефіцієнт корисної дії збільшився з 33,8% до 36%[6, 11]. 

Загальна вартість виконаних робіт склала 183,7 млн. грн. "Реконструкція енергоблоку № 1 Зуївської ТЕС є частиною масштабної програми з модернізації електростанцій ТОВ "Східенерго"до 2016 р. загальною вартістю 900 млн. доларів США, - повідомив виконавчий директор ТОВ   "ДТЕК" Юрій Риженков. - Ці кошти повинні бути витрачені на модернізацію енергоблоків на трьох ТЕС "Східенерго": Кураховської, Луганської і Зуєвської. Найближчим часом планується почати модернізацію генеруючих потужностей ВАТ "Дніпроенерго". "Сіменс Україна" - 100% дочірнє підприємство міжнародного концерну Siemens. Є однією з провідних технологічних компаній України. Постачає обладнання, комплексні рішення і послуги для промисловості, енергетики, транспорту та охорони здоров'я[10].

3.2 DeltaV

Цифрова система автоматизації DeltaV допоможе підвищити ефективність роботи підприємства завдяки сучасним технологіям прогнозування, які дають Вашому персоналу простий, зрозумілий на інтуїтивному рівні спосіб взаємодії з технологічними процесами і виробництвом. Обгрунтування проектів сьогодні є надзвичайно складним, і будь-яка зміна системи має пропонувати більш високу цінність для бізнесу, що означає меншу вартість монтажу, меншу вартість життєвого циклу, і в той же час надавати більшу гнучкість і здатність використовувати швидко з'являються можливості для розвитку бізнесу. Кінцеві користувачі також постійно відчувають потребу в зниженні часу простою, як запланованого, так і позапланового. Представивши систему автоматизації процесів DeltaV Версії 11, компанія Emerson Process Management зробила великий крок вперед до вирішення питань, пов'язаних з подібними проектами і життєвим циклом підприємства. Практично повністю переконструювати архітектуру апаратного забезпечення за допомогою принципів "в центрі уваги - користувач", компанія Emerson трансформувала функцію В/В (введення-виведення) РСР повністю модульний формат для кожного індивідуального каналу з можливостями характеризують модулів (CHARMS), які можна настроїти для будь-якої точки, незалежно від розташування. DeltaV Версії 11 виключає необхідність в клемних колодках і величезній кількості допоміжної проводки, а також у величезних шафах, асоційованих з традиційними РСУ. Це, крім усього іншого, знижує трудовитрати на монтаж усієї проводки і контактів. Також, внаслідок зниження кількості обладнання і робочої завантаження, скорочується час пуску[7].

Нова концепція "В/В на вимогу" забезпечує безпрецедентні можливості щодо забезпечення гнучкості підключення польових сигналів В/В (введення-виведення), по простоті інтеграції та з підвищення експлуатаційної готовності. Витрати і побоювання, із приводу наявності елементів, відмова яких критичний для всієї системи, кросування, харчування та заземлення сегментів FounDation, а також, пов'язані з пізніми змінами в переліку сигналів В/В або в техпроект, можуть повністю зникнути. Незалежно від типу сигналу В/В (традиційного типу, FounDation, Profibus DP, Devicenet, або навіть резервний бездротовий), Ви зможете додати новий сигнал і почати використовувати нову інформацію набагато швидше і з меншими зусиллями з інжинірингу, проектування і по польових робіт. Ви вибираєте сигнал, який Вам потрібен, ми забезпечуємо зручність його введення в систему. В/В на вимогу - сигнал В/В, якого типу, в будь-який час, в будь-якому місці. Технологічне обладнання та установки відрізняються і за розміром, і за рівнем складності. Для забезпечення максимальної сукупності інвестицій, система автоматизації повинна легко масштабуватися, не створюючи додаткових труднощів. Як частина архітектури PlantWeb ™, розроблена компанією Emerson, система DeltaV ™ побудована з урахуванням вимоги максимальної масштабованості. Незалежно від масштабів вашої установки, система DeltaV буде виглядати і функціонувати однаково. Це дозволяє скоротити витрати на адміністрування і на навчання, а також оптимізувати початкові інвестиції та витрати на подальше розширення. Від настільного варіанту до пілотного проекту і далі до розгорнутого виробництва; від 25 каналів В/В до більш мільйона. Надійна і безпечна робота обладнання при оптимізації виробництва - все це забезпечує система DeltaV з вбудованою системою автоматизованого обслуговування КВП і А aMS ™ Suite: intelligent Device Manager. Виняткові якості вбудованого інтелектуального управління забезпечуються прогностичними можливостями інтелектуальних польових приладів в комбінації з передовими технологіями управління. Чи йде мова про попереджуючої сигналізації, про адаптивне налаштування контурів управління або про управління  прогнозуючої моделі[12].

3.3 Переваги роботи з Emerson

Компанія Emerson пропонує найширший спектр рішень по автоматизації з повним набором інтелектуальних польових приладів, спеціально розроблених для застосування в енергетичній галузі. Історія підрозділу Power & Water Solutions (Системи автоматизації для енергетики та водокористування) починається з компанії Westinghouse Electric Company. Вона стала першою компанією, яка впроваджує цифрові системи для управління газовими, паровими турбінами і енергетичними котлами, створення повністю розподілених обчислювальних систем для збору даних і управління, що використовують єдину платформу апаратного та програмного забезпечення. Для модернізації електростанції розробляється комплексне рішення, починаючи з електронної частини системи регулювання і закінчуючи модернізацією гідромеханічної частини. Прикладом може послужити модернізація електростанції в Скандинавії, що працює на мазутному паливі, із застосуванням ПТК Ovation. В результаті проекту були отримані:

-  цифрова архітектура електростанції PlantWeb; 

-  ПТК Ovation для контролю та автоматичного логічного управління енергетичним котлом, турбіною і поживним турбонасосом;    

- комплексна модернізація системи управління апаратами обдування, управління розпалюванням, гідромеханічною частиною системи регулювання, віброконтролю, регулятора частоти обертання турбіни і систем захистів. 

Експертна система Ovation дозволяє об'єднати різні технологічні процеси в рамках однієї АСУ ТП. Управління усім обладнанням, не тільки механічним, таким як турбіни, котли, насоси або млини,а й електричним виконується на базі однієї платформи. 

Контролер Ovation комбінує технології Profibus DP V2, IEC 61850 b Ethernet. Завдяки цьому забеспечується інформаційна взаємодія з різним обладнанням низького і середнього напруг. За допомогою Ovation можна управляти різними типами виконавчих механізмів, частотними приводами і забезпечувати інформаційну взаємодію з системами збудження, електричними захистами трансформаторів і генераторів. 

Курахівська ТЕС - одна з найстаріших теплових електростанцій України. У 2007 році на Курахівській ТЕС реалізується проект реконструкції обладнання, розпочато поліпшення виробничих характеристик. Енергоблоки Курахівської ТЕС, введені в експлуатацію в 1972-1975 рр., Працюючи в маневреному режимі, в даний час за окремими показниками виработали ресурс і потребують оновлення. Найбільш оптимальним рішенням для продовження ресурсу роботи обладнання на 15-20 років і для поліпшення його економічності був визнаний принцип повузлової модернізації із заміною найбільш важливих елементів[8, 13,17]

4. Нечітке управління пароохолоджувачем прямоточного котла ТЄС

В процесі генерації енергії на ТЕС важливе дотримання заданого графіка навантаження. Одним із способів регулювання потужності енергоблоку разом з управлінням витратою живильної води і палива є управління системою вприскувань холодної води в пароводяної тракт на проміжку між котлом і турбіною.

Метою роботи є зниження зносу устаткування і витрати палива за рахунок розробки системи управління вприсками високого тиску в пароохолоджувач котла надкритичного тиску. Створення системи дозволить управляти витратою води на охолодження пари без надмірного зниження температури перегрітої пари. Схема нечіткого управління представлена ​​на малюнку 1.


Рисунок 1 – Схема нечіткого управління

Для розробки нечіткого регулятора проведена формалізація вхідних і вихідних змінних, розроблена база нечітких правил з використанням Matlab [9, 14].

В ході формалізації були виведені вхідні і вихідні лінгвістичні змінні, визначені їх терми.

Вхідними змінними є: 

1. Витрата води, G ε [200, 500] т / год 

2. Тиск пари, Р ε [180, 250] кгс / см2 

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

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

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

На малюнку 2, як приклад, наведені терми лінгвістичної змінної «Температура металу».

Рисунок 2 - Вхідна змінна "Tme"

Вихідними змінними є: 

1. Витрата води на перший впорскування Gvp1 ε [0, 45] т / год 

2. Витрата води на другий впорскування Gvp2 ε [0, 25] т / ч. 

На малюнку 3, як приклад, наведено терми вихідний лінгвістичної змінної «Витрата води на другий вприск».

Рисунок 3 - Вихідна змінна "Gvp2"

Робота регулятора буде здійснюватися на підставі розробленої системи нечітких правил, частина з яких наведена нижче. 

1. Якщо «витрата води» - малий і «тиск» - мале, і «температура на вході» - низька, і «температура на виході» - нижче 545, і «температура металу» - низька, то «витрата на впорскування 1» - мінімальний , «витрата на впорскування 2» - мінімальний. 

2. Якщо «витрата води» - вище малого і «тиск» - мале, і «температура на вході» - низька, і «температура на виході» - нижче 545, і «температура металу» - низька, то «витрата на впорскування 1» - мінімальний, «витрата на впорскування 2» - мінімальний. 

3. Якщо «витрата води» - вище малого і «тиск» - вище малого, і «температура на вході» - низька, і «температура на виході» - нижче 545, і «температура металу» - низька, то «витрата на впорскування 1» - мінімальний, «витрата на впорскування 2» - мінімальний. 

4. Якщо «витрата води» - вище малого і «тиск» - вище малого, і «температура на вході» - середня, і «температура на виході» - нижче 545, і «температура металу» - низька, то «витрата на впорскування 1» - мінімальний, «витрата на впорскування 2» - мінімальний. 

5. Якщо «витрата води» - вище малого і «тиск» - вище малого, і «температура на вході» - середня, і «температура на виході» - нижче 545, і «температура металу» - низька, то «витрата на впорскування 1» - мінімальний, «витрата на впорскування 2» - мінімальний і т.д. 

На підставі вхідних і вихідних змінних, а також бази нечітких правил, був розроблений нечіткий регулятор, який схематично представлений на малюнку 4. В основу роботу регулятора покладено алгоритм нечіткого висновку Мамдані.


Рисунок 4 – Нечіткий регулятор
(анімація: 6 кадрів, 3 цикли повторення, 117 кілобайт)
(Gp - витрата пара, Gvp1 - витрата води на перший уприскування, Gvp2 - витрата води на другий уприскування, P - тиск, TdoVP - температура до упорскування, TposleVT - температура після упорскування, Tme - температура металу)

Застосування нечіткого управління дозволило здійснити регулювання температури пари з меншими коливаннями, що забезпечує зменшення зносу обладнання [15, 16, 22].

Висновки

В процесі роботи було проведено аналіз пароводяного тракту. Наведена схема пароводяного тракту енергоблоку, а також його конструкція, наведений опис окремих функціональних блоків. При огляді точності регулювання температури були використані дані взяті з ІУС Окур. При статистичному аналізі даних з енергоблоків № третє № 4, показано, що існуючий регулятор не задовольняє вимогам, присутні підвищення і пониження температури за допустимі межі. При огляді існуючих систем були розглянуті системи SPPA-T3000, концерну Siemens, цифрова система автоматизації DeltaV, експертна система Ovation. Розглянуті системи дозволяють ефективно модернізувати існуюче підприємство, також можлива повна реконструкція енергоблоків, що дозволяє скоротити витрати на енергоресурси, обслуговування та експлуатацію об'єктів. Такі системи економічніші, але витрати на модернізацію або реконструкцію може дозволити не кожне підприємство, для комплексної модернізації буде потрібно не менше 700 млн. грн. на один енергоблок. 

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати [19, 20].

Перелік посилань

  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.