第38卷第4期東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol. 38 No.42008年7月JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY (Natural Science Edition)July 2008ALSTOM氣化爐的分散PID控制吳科呂劍虹向文國(guó)丁維明(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京210096)摘要:針對(duì)ALSTOM氣化爐的非線性、多變量動(dòng)態(tài)特性,提出了2種基于常規(guī)PID控制器的氣化爐多變量控制方案.方案1首先通過(guò)相對(duì)增益矩陣分析法確定氣化爐輸入變量與輸出變量之間的關(guān)聯(lián)程度,然后確定多變量控制方案;而方案2是對(duì)國(guó)外學(xué)者提出的一種不能滿足全部測(cè)試要求的方案的改進(jìn).對(duì)2種控制方案進(jìn)行了詳細(xì)的多工況仿真測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明:方案1只要在適當(dāng)放寬煤量改變速率限制的情況下,不僅可以滿足ALSTOM氣化爐的基準(zhǔn)測(cè)試要求,而且各項(xiàng)控制指標(biāo)均優(yōu)于方案2;方案2能嚴(yán)格滿足各項(xiàng)基準(zhǔn)測(cè)試要求,但系統(tǒng)總的動(dòng)態(tài)控制品質(zhì)遜于方案1.與許多復(fù)雜控制算法如模型預(yù)測(cè)控制不同,控制方案基于常規(guī)PID控制,便于工程實(shí)現(xiàn),對(duì)工業(yè)應(yīng)用具有更好的指導(dǎo)意義.關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制技術(shù);ALSTOM氣化爐;非線性;多變量;PID控制器;分散控制中圖分類號(hào): TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1001 -0505 ( 2008 )04 0662-06Decentralized PID control for ALSTOM gasifierWu Ke Li JianhongXiang Wenguo Ding Weiming(School of Energy and Environment, Southeast University , Nanjing 210096, China)Abstract : According to the strong nonlinearity and multivariable characteristics of the ALSTOM gas-ifier, two multivariable conventional proportional-integral-derivative ( PID ) controller-based controlschemes are proposed. Scheme 1 is derived after the cross coupling is determined using relative gainarray analysis. Scheme 2 is an improvement upon the predecessor's work which could not meet allthe specifications. The extensive simulations on different operating points show that with the coalfeed constraint relaxed to some extent, scheme 1 can meet all the specifications of the benchmarkproblem, its control performance is better than that of scheme 2. And scheme 2 can strictly meet allthe specifications of the benchmark test but the performance is not as good as that of scheme 1. Un-like the previously proposed complex control algorithms( such as model predictive control) ，thesetwo schemes adopt the traditional PID control algorithm which can be easily implemented in practice，thus, providing better guidelines to the industrial applications.Key words: automatic control technique ; ALSTOM gasifer ; nonlinear ; multivariable; proportional-integral- derivative ( PID) controller; decentralized control整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)作為一種高效究列人國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃),在的清潔燃煤發(fā)電技術(shù)正日益受到重視,已成為國(guó)內(nèi)“十一五”期間將完成多個(gè)示范工程. IGCC主要工外的一個(gè)研究熱點(diǎn).國(guó)際上的- -些著名公司,如英藝過(guò)程是:在氣化爐中煤(或其他含碳能源)、水蒸國(guó)BP公司、美國(guó)TEXACO公司.GE公司等都在汽和空氣(或來(lái)自空氣分離裝置的氧氣)在一定的進(jìn)行煤炭聯(lián)產(chǎn)集成系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展和適宜聯(lián)產(chǎn)系溫度和壓力條件下經(jīng)- - 系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究.我國(guó)也已經(jīng)將IGCC技術(shù)的研轉(zhuǎn) 換中國(guó)煤化工過(guò)凈化后,送入燃.HCNMHG收稿日期: 2008-02-26.作者簡(jiǎn)介: 吳科(1981- ) ,男,博士生;日劍虹(聯(lián)系人),男.得工,我僅,得士生于那Jjuu seu@ yahoo. com. cn.基金項(xiàng)目:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃( 863計(jì)劃)資助項(xiàng)日(2006AA05A107)、江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目( BA2007008).引文格式:昊科,呂劍虹,向文國(guó),等. ALSTOM氣化爐的分散PID挖制[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008 ,38(4) :662 -667.第4期吳科,等:ALSTOM氣化爐的分散PID控制663氣輪機(jī)燃燒做功,燃?xì)廨啓C(jī)排出尾氣進(jìn)入余熱鍋爐般是通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速(變頻調(diào)速)來(lái)實(shí)產(chǎn)生蒸汽,蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，現(xiàn)的,放寬給煤量的速率限制條件意味著提高變頻從而實(shí)現(xiàn)高效的整體聯(lián)合循環(huán)".由于實(shí)現(xiàn)了能調(diào)速的響應(yīng)速度,這在工程上是便于實(shí)現(xiàn)的,因此，量的梯級(jí)利用,因此整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)具有較高的效方案1在工程上也是有效的控制方案.率,且較好地解決了常規(guī)燃煤電站的環(huán)境污染問(wèn)1 ALSTOM 氣化爐被控過(guò)程及控制題.在整個(gè)系統(tǒng)中,燃?xì)廨啓C(jī)及蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)都已經(jīng)在傳統(tǒng)電站中得到廣泛應(yīng)用,其控制系統(tǒng)已比較要求完善;而氣化爐部分是-個(gè)復(fù)雜的大滯后非線性高煤氣化是IGCC最重要的核心技術(shù)之一,已投耦合系統(tǒng),且對(duì)各種擾動(dòng)的影響都很敏感,其相關(guān)人運(yùn)行的IGCC裝置大多采用了固定床、流化床、的控制理論和應(yīng)用都不成熟.水煤漿或干煤粉氣流床等先進(jìn)的煤氣化工藝[8],ALSTOM公司針對(duì)一個(gè)小規(guī)模IGCC示范電采用不同的煤氣化工藝,氣化爐的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式廠建立了氣化爐模型,該模型經(jīng)過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)等均有很大的不同.據(jù)校驗(yàn),具有較高的準(zhǔn)確度(2].由于氣化爐是一個(gè)ALSTOM氣化爐模型是根據(jù)一臺(tái)87 MW空多變量高耦合、強(qiáng)非線性及對(duì)外界擾動(dòng)十分敏感氣氣化流化床氣化爐建立的.在該氣化爐中,經(jīng)過(guò)的系統(tǒng),研究相關(guān)的控制策略已成為一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)處理的煤與-定比例的石灰石混合,與空氣和水蒸題.為了設(shè)計(jì)出有效的氣化爐控制系統(tǒng),ALSTOM汽進(jìn)入氣化爐,在一定的溫度和壓力下進(jìn)行復(fù)雜的公司針對(duì)此氣化爐模型提出了基準(zhǔn)測(cè)試問(wèn)題，列出化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生低熱值的煤氣,煤灰、CaS以及未反了一系列基準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目和對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)約束條件,并應(yīng)的碳作為灰渣排出.煤氣化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的熱且認(rèn)為只有滿足各項(xiàng)基準(zhǔn)測(cè)試要求的控制系統(tǒng)才化學(xué)反應(yīng)，可以分為高溫?zé)峤膺^(guò)程、煤焦的氧化反是有效的[3].針對(duì)此問(wèn)題,文獻(xiàn)[4]應(yīng)用工程化的應(yīng)和部分氧化反應(yīng)和脫硫反應(yīng)等部分.各種反應(yīng)程方法,提出了多種輸人、輸出之間的匹配關(guān)系,采用度和速率受到煤種、溫度、壓力以及物料在爐內(nèi)停PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,但仿真表明所提出的4種多留時(shí)間.傳熱條件和溫度歷程等因素的影響.顯然,變量PID控制系統(tǒng)均無(wú)法滿足全部的基準(zhǔn)測(cè)試要煤氣化被控過(guò)程是一一個(gè)典型的多變量、大滯后、強(qiáng)，求.文獻(xiàn)[5-7]分別采用預(yù)測(cè)控制、狀態(tài)預(yù)測(cè)以及非線性及高靈敏的過(guò)程,在系統(tǒng)受到擾動(dòng)或者工況自適應(yīng)微分演化算法等高級(jí)控制策略對(duì)氣化爐進(jìn)變化時(shí),系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性會(huì)發(fā)生很大的變化,使得控行控制,滿足了基準(zhǔn)測(cè)試要求但由于控制算法十制系統(tǒng)難以獲得良好的控制品質(zhì).分復(fù)雜,往往難以在分散控制系統(tǒng)DCS中實(shí)現(xiàn).ALSTOM公司提出的氣化爐模型被控過(guò)程有在實(shí)際的工業(yè)控制工程中,傳統(tǒng)的PID控制5個(gè)輸入變量(操縱變量),分別為:排渣量由于其設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單直觀且具有較好的魯棒性而(WCHR,C.)、空氣流量( WAIR,A)、給煤流量被廣泛應(yīng)用，如果能提出基于常規(guī)PID控制的氣(WCOL,C)、水蒸汽流量( WSTM,S)及石灰石流化爐控制方案且能滿足ALSTOM的基準(zhǔn)測(cè)試要量(WLS,L,);4個(gè)輸出變量(被控變量)分別為:求,則對(duì)工程應(yīng)用更具價(jià)值.盡管文獻(xiàn)[4]所提出煤氣熱值( CVGAS,C,)、床料質(zhì)量( MASS,m)、氣的4種PID控制方案都沒(méi)有達(dá)到ALSTOM的基準(zhǔn)化爐壓力( PGAS,P)及溫度(TGAS,T).由于人爐測(cè)試要求,但這并不表示基于常規(guī)PID的控制方的石灰石質(zhì)量和煤粉質(zhì)量是成比例的(1 :10),整案就無(wú)法對(duì)氣化爐進(jìn)行有效控制.本文針對(duì)ALS-個(gè)氣化爐被控過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一一個(gè)4 x4的多變量對(duì)TOM氣化爐的非線性、多變量動(dòng)態(tài)特性,提出了2象.對(duì)于氣化爐系統(tǒng),主要的外界擾動(dòng)來(lái)自于燃?xì)夥N基于常規(guī)PID控制器的多變量氣化爐控制方輪機(jī)工況的變化,因此,將燃?xì)廨啓C(jī)的人口壓力案.方案1首先通過(guò)相對(duì)增益矩陣分析法確定氣化( PSINK)作為一個(gè)主要的外界擾動(dòng)量.爐輸入變量與輸出變量之間的關(guān)聯(lián)程度,然后確定ALSTOM公司建立了示范IGCC電廠氣化爐多變量控制方案;而方案2是在前人控制方案的基的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型,為獲得針對(duì)這一模型的有效控制礎(chǔ)上改進(jìn)獲得.對(duì)這2種方案的基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果表策略,ALSTOM公司提出了各種基準(zhǔn)測(cè)試輸人約明:第1種分散PID控制方案可以在放松給煤量約束及中國(guó)煤化工控制系統(tǒng)有效性束條件的前提下,滿足基準(zhǔn)測(cè)試要求，且具有很好的方CNMH G的控制品質(zhì);而第2種分散PID方案可以在滿足全2氣化爐的分 散PID控制部操縱變量限制條件的情況下滿足基準(zhǔn)測(cè)試所提出的各項(xiàng)要求.在工程上,進(jìn)入氣化爐的煤粉量一通過(guò)對(duì)ALSTOM氣化爐模型在各個(gè)穩(wěn)定工況第38卷東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)表1 100% 工況下相對(duì)增益矩陣分析點(diǎn)上的開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)試驗(yàn)可以看出,作為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,該過(guò)程是一個(gè)非線性、大慣性且高耦合RG/WCHR .WAIRWCOLWSTM的多變量系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)吸人口擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)影響較CVGAS 0.2471-0.14540.46390.434 ;大.目前提出的各種高級(jí)控制策略雖然可以滿足測(cè)MASS 0.77160.9670 0.1281 -0.0S900.0052 0.2137.0095PGAS -0. 0391試要求,但在工程上實(shí)現(xiàn)比較困難,本文遵循實(shí)際TGAS0.1703 0. 1942.0.6152控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法 ,參考被控系統(tǒng)的階躍響根據(jù)相對(duì)增益矩陣分析的結(jié)果,可以得到方案應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果,采用工程化方法,提出2種傳統(tǒng)的分1中操縱變量和被控變量之間的搭配關(guān)系:散PID控制方案對(duì)氣化爐進(jìn)行控制.1)煤氣焓值由給煤量調(diào)節(jié),煤量的改變影響2.1方案1產(chǎn)物可燃物質(zhì)的成分,從而影響煤氣的焓值;在工程上,需要對(duì)多變量系統(tǒng)的控制回路進(jìn)行2)床料由排渣量來(lái)調(diào)節(jié),排渣量的變化影響相互關(guān)聯(lián)分析.以確定多變量控制系統(tǒng)中各變量之到總的物料平衡;間的關(guān)聯(lián)程度,從而確定最佳的操縱變量-被控變3)煤氣壓力由空氣量調(diào)節(jié),空氣量的變化可量搭配.相對(duì)增益矩陣( RGA)是其中最常用的分以快速改變煤氣壓力;析方法,通過(guò)該方法可以得到本文的控制方案1.4)煤氣溫度由蒸汽量調(diào)節(jié),蒸汽量的變化可相對(duì)增益矩陣分析方法的基本原理是:對(duì)于一以快速改變氣化爐系統(tǒng)的溫度.個(gè)具有N個(gè)被控變量和N個(gè)操縱變量的多變量控通過(guò)在其他工況點(diǎn)上的相關(guān)性分析,同樣可以制系統(tǒng),輸人u,對(duì)輸出y,的相對(duì)增益可定義為獲得相同的輸入輸出搭配關(guān)系.在方案1中還加(1)入了以下2個(gè)前饋?zhàn)饔?八=()/(部),1)空氣量對(duì)給煤量的前饋?zhàn)饔?，?shí)際過(guò)程中式中,(8y,/au,).表示除u,以外其他回路都開(kāi)環(huán)時(shí)要求空氣量與給煤量保持- -定比例;u,對(duì)y,的增益;( ay,/u;),表示除y,以外其他回路2)排渣量對(duì)給煤量的前饋，給煤量與排渣量都閉環(huán)時(shí)以對(duì)y,的增益;相對(duì)增益入。描述了當(dāng)其保持一定比例關(guān)系可以起到床料質(zhì)量的粗調(diào)作用.他控制回路加入時(shí)對(duì)y.控制回路的影響程度，第1種分散PID控制方案原理圖如圖1所示.λy越接近1,則表明該控制回路受到其他回路的影響越小,反之則表明該回路受到其他回路的影響越大.在相對(duì)增益矩陣的每- -行( 或者列)中分別選取數(shù)值最大的元素.相應(yīng)的輸人輸出配對(duì)關(guān)系即為最佳操縱變量-被控變量搭配同時(shí),由于相對(duì)增益- Crc-是不同條件下2個(gè)增益的比值,因此是無(wú)量綱的，故不受單位和量綱的影響,對(duì)非線性也不敏感10].氣相對(duì)增益矩陣的計(jì)算可以按照如下的簡(jiǎn)便方法進(jìn)行:A =K.(K")T(2)t式中,K表示系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益矩陣;“.”表示矩陣對(duì)應(yīng)元素的相乘,即矩陣的Hadamard乘積在100%工況下,對(duì)系統(tǒng)4個(gè)輸人分別做10%文水燕汽.排渣文指令階躍增實(shí)驗(yàn),通過(guò)系統(tǒng)響應(yīng)曲線分析,可以得c-控制器;T -傳感器;K- -增益到系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益矩陣K,即圈1第1種氣化爐分散PID控制方案14 328- 4623822239 - 54 09712.2 方案2-5743.9 - 1388.44692- 692.55. K=文獻(xiàn)[4]中應(yīng)用工程化的方法提出了多種傳- 671.813 6641 406. 37562.9-228320.695 - 18.503 - 44.876統(tǒng)的中國(guó)煤化工釣方案均無(wú)法完(3)全滿HCNMH(案4雖然不能完利用式(2) ,可以計(jì)算在100%工況下系統(tǒng)的全滿足不任劉瓜安小，但加對(duì)Iu日,該控制方案的抗干擾能力最強(qiáng).RCA,如表1所示.本文在文獻(xiàn)[4.中方案4的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，第4期昊科,等:ALSTOM氣化爐的分散PID控制665通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整,形成了本文的第2種分有輸人死區(qū)、前饋、手自動(dòng)切換、跟蹤、幅值限制.速散PID控制方案.在該方案中, CVGAS由WAIR率限制以及抗積分飽和等功能,與實(shí)際應(yīng)用中所采控制, MASS由WCOL控制, PGAS由WSTM控用的PID完全-致.制,TGAS由WCHR控制.在文獻(xiàn)[4]基礎(chǔ)上,本文3測(cè)試結(jié)果新增了排渣量對(duì)給煤量以及給煤量對(duì)空氣量的前饋?zhàn)饔?調(diào)節(jié)器的參數(shù)也做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，所提出將以上2種分散PID控制方案應(yīng)用于ALS-的方案2如圖2所示.TOM氣化爐控制.應(yīng)用工程整定方法對(duì)各回路PID進(jìn)行初步整定,再通過(guò)在線調(diào)試,得到表2所示的調(diào)節(jié)器參數(shù).仿真系統(tǒng)所采用的采樣時(shí)間取為0.05 s.@四表2 2 種方案的調(diào)節(jié)器參數(shù)通道Kpτ燒值控制器CVC 0.00042 0. 120.00中煤床料控制器MC-0.0291 -4. 960. 00方案1壓力控制器PC0.00063 7. 72MiC-@溫度控制器TC-2.42 -246.3四四前饋控制器K10.495前饋控制器K2_1.33 .煙值控制器CVC -0.00013 -1. 252_排渣水蒸汽文0.0751 1 875.00.0016 3. 846C控制器;T- -傳感器;K-增益方案25. 1256.3圖2 第2種氣化爐分散PID控制方案2. 10前饋控制器K21. 332.3 PID 算法的實(shí)現(xiàn)在以上的2種控制方案中,所采用的PID控制按照ALSTOM公司基準(zhǔn)測(cè)試要求,對(duì)所設(shè)計(jì)算法如圖3所示.的控制系統(tǒng)需進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試:①在穩(wěn)定工況下,進(jìn)PV行燃機(jī)吸入口壓力階躍變化的擾動(dòng)試驗(yàn)(規(guī)定變化幅度- 20 kPa);②穩(wěn)定工況下,進(jìn)行幅值為20kPa頻率為0.04Hz的吸人口壓力正弦波擾動(dòng)試B。F_驗(yàn);③以不超過(guò)5%/min變化率進(jìn)行從50%工況F升至100%工況的變負(fù)荷試驗(yàn).由于0%工況下被Kp,T.Tj公認(rèn)為是最難以控制的工況,故吸人口的壓力階躍M/A_T__TRTR .擾動(dòng)和正弦波擾動(dòng)試驗(yàn)以在0%工況下試驗(yàn)結(jié)果。R為例.L3.1 0% 工況下吸入口壓力階躍擾動(dòng)試驗(yàn)H/L根據(jù)基準(zhǔn)測(cè)試要求,保持系統(tǒng)在0%工況點(diǎn)穩(wěn)PID.' Out定運(yùn)行30 s ,然后開(kāi)始做吸入口壓力為-20 kPa的圖3 PID 控制器原理圖階躍擾動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為300 s.2種方案的該P(yáng)ID控制器采用增量式PID算法,基本的系統(tǒng)響應(yīng)和控制作用的變化如圖4所示.圖4(a)中上下2條虛線表示允許的動(dòng)態(tài)偏差算法為范圍,只要被控變量落在這2條虛線之間則滿足測(cè)(=(-1)+K(+號(hào).會(huì))<() -試要求;圖4(b)中的2條虛線代表控制作用的幅2T值限制,控制作用不能超出該限制.需要指出的是,K。(1 +)e(k-1) +52e(k-2) (4)圖45中國(guó)燒化工量變化率限制式中,u(k),u(k-1)為當(dāng)前和上一時(shí)刻的PID輸條件(王實(shí)際系統(tǒng)中比出;K,T,,Tg分別為比例增益.積分時(shí)間和微分時(shí)較容易THC NM H G到的，該限制條間;e(k),e(k-1),e(k-2)分別為當(dāng)前時(shí)刻、上一件可以方 便地在實(shí)際應(yīng)用中得到滿足從圖4可以時(shí)刻以及前2個(gè)時(shí)刻的PID入口偏差.該P(yáng)ID還具看出,在0%工況下進(jìn)行的吸入口壓力階躍擾動(dòng)試666東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).第38卷會(huì)Owwwwwδ2-100.5.5pE_010g0蘭15 50" 100 1s200 250 3000 50100150200250 300(a)氣化爐各輸出變量響應(yīng)個(gè)10器wwwww2000 250 3000501005200~250~ 300(b)氣化爐各控制作用的變化一方案 1; ....方案2方案1; ....方案2圖5 0%工況下壓力正弦波擾動(dòng)試驗(yàn)響應(yīng)曲線圖4 0% 工況下吸入口壓力階躍擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)曲線100% T況下重復(fù)上述擾動(dòng)試驗(yàn),限于篇幅,本文未驗(yàn)中:給出系統(tǒng)響應(yīng)曲線,3種不同工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如1)方案1可以在適當(dāng)放寬給煤量限制條件的表3所示.其中方案1的數(shù)據(jù)是在放寬給煤量限制情況下滿足基準(zhǔn)測(cè)試要求,且各被控變量動(dòng)態(tài)偏差的條件下得到的.從表3可以看出,3種工況點(diǎn)上，小，系統(tǒng)可以快速消除擾動(dòng),控制品質(zhì)較好.當(dāng)吸人口壓力波動(dòng)時(shí)2種方案均能滿足要求.2)方案2可以在滿足全部輸人限制條件的情表33 種不同工況下吸入口壓力擾動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果況下滿足基準(zhǔn)測(cè)試要求.階躍擾動(dòng)試驗(yàn)正弦波擾動(dòng)試驗(yàn)通過(guò)比較可以看到,放寬給煤量限制條件后的輸出最大絕(方案1/方案2)___ ( 方案1/方案2)方案1較方案2具有更好的控制品質(zhì).IAElAE對(duì)誤差3.20%工況點(diǎn)上吸入口壓力正弦波擾動(dòng)試驗(yàn)CVGAS 2. 36/6.5526. 5/73.62. 15/4.92 395/836該試驗(yàn)嚴(yán)格按照ALSTOM基準(zhǔn)測(cè)試要求,首100% MASS1. 92/37.41. 6/10.02負(fù)荷PGAS 0.03/0.04 0.29/0.24 0.016/0.064 0.9/1. 08.先保持系統(tǒng)在0%工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行30 s,然后開(kāi)始TGAS 0. 07/0.300.06/0. 36做吸入口壓力幅值為20 kPa、頻率為0.04 Hz的正CVGAS 2 99/7.65 25.67/88.7 2 79/5. 84460/9410% MASS 1. 85/44.32. 19/9.06弦波擾動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為300 s,2種方案下負(fù)荷PGAS 0.041/0.05 0.32/0.29 0.018/0.019 3.05/3.23系統(tǒng)響應(yīng)和控制作用變化如圖5所示.TGAS 0. 08/0.320. 065/0.68從圖5可以看出,在0%工況下進(jìn)行的壓力正CVGAS 5.38/8.85 45.610.2002 4.60/8.55 828/119弦波擾動(dòng)試驗(yàn)中,方案1可以在適當(dāng)放寬給煤量速% MASS 1.52/33.76. 75/20.9負(fù)荷PGAS0.05/0.07 0.44/0.47 0.024/0. 0874. 40/7.3率限制的情況下滿足基準(zhǔn)測(cè)試要求，且各被控變量0.11/0.430.084/0. 86動(dòng)態(tài)偏差很小，控制品質(zhì)較好;而方案2可以在滿3.3 50% ~ 100%工況變負(fù)荷試驗(yàn)足全部輸人限制條件的情況下滿足基準(zhǔn)測(cè)試要求.本試驗(yàn)中,根據(jù)基準(zhǔn)測(cè)試要求,需進(jìn)行負(fù)荷通過(guò)比較可以看出,在該試驗(yàn)中,放寬給煤量中國(guó)煤化工;0%工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)限制條件后的方案1較方案2具有更好的控制品行}YHCNMH G至100%工況變質(zhì),快速的給煤量響應(yīng)可以有效提高控制品質(zhì),此負(fù)荷試驗(yàn),貝何攻疋但安化平取為5%/min,試驗(yàn)結(jié)論對(duì)氣化爐給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義.持續(xù)時(shí)間為5 000 s.兩種控制方案下系統(tǒng)響應(yīng)和控根據(jù)基準(zhǔn)測(cè)試的要求,需要在0%, 50%，第4期昊科,等:ALSTOM氣化爐的分散PID控制667制作用變化如圖6所示.件下,滿足基準(zhǔn)測(cè)試的全部要求.3)2種傳統(tǒng)方案均采用了與工程應(yīng)用中完全-致的分散PID控制算法,證明傳統(tǒng)方案也可以號(hào):5.0應(yīng)用于氣化爐的控制,從而為氣化爐的現(xiàn)場(chǎng)控制提心54.0供了指導(dǎo).E 10-4)提高給煤量的響應(yīng)速度,是取得較高控制品質(zhì)的關(guān)鍵,因此在氣化爐給料系統(tǒng)設(shè)備選型中,。2.0應(yīng)選用調(diào)節(jié)范圍大且響應(yīng)快的煤量調(diào)節(jié)方式.參考文獻(xiàn)( References)21.15010203040508080[1] Ye Zhengmao, Mohamadian H P, Ye Yongmao. 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Predicive control1)控制方案2使氣化爐的負(fù)荷、煤氣熱值、煤for the ALSTOM gasifier problem[J]. IEE Proc Con-trol Theory Appl, 2006, 153(3): 293 -301.氣壓力及煤氣溫度很好地跟蹤期望值的變化,但床[6] WilsonJ A, Chew M, Jones W E, et al. State estima-料質(zhì)量動(dòng)態(tài)偏差較大,且需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一-段時(shí)間才tion based control of a gasifier [J]. IEE Proc Control能回復(fù)到原來(lái)值,但最大動(dòng)態(tài)偏差仍在可接受的范Theory Appl, 2006, 153(3): 268 -276.圍內(nèi),這種現(xiàn)象在其他學(xué)者提出的方案中也存在.[7] Nobakhti A, Wang H. A simple self adaptive dfferenti-al evolution algorithm with application on the ALSTOM2)控制方案1可以使負(fù)荷、床料質(zhì)量、煤氣壓gasifier[J]. Applied Soft Computing , 2008, 8(1): 350力及煤氣溫度很好地跟蹤期望值的變化,而煤氣焓值在變負(fù)荷過(guò)程中則與期望值產(chǎn)生了一定的偏差，[8] 史本天,郭新生,劉英萍,等. IGCC發(fā)電系統(tǒng)中煤氣.化工藝的選擇[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù), 2006, 19(1):21但是這種偏差可以在變負(fù)荷過(guò)程結(jié)束后被迅速地消除，總體的控制品質(zhì)較好.Shi Bentian, Guo Xinsheng, Liu Yingping, et al. Selec~-tion of coal gasifier technology for IGCC power genera-4結(jié)論tion system [J]. Gas Turbine Technology, 2006, 19(1):21 - 25. ( in Chinese)1)方案1最直觀,容易被人接受,在放松給煤[9] Dixon R. Alstom benchmark challenge I on gasifier量限制條件的情況下可以滿足測(cè)試要求且具有更c(diǎn)ontrol[J]. IEE Proc Control Theory Appl, 2006, 153(3): 254 - 261.好的控制品質(zhì).10] 邵惠鶴.工業(yè)過(guò)程高級(jí)控制[M]. 2版.上海:上海2)方案2可以在滿足全部操縱變量限制的條交通大學(xué)出版社, 2003: 146- 158.中國(guó)煤化工YHCNMHG