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原文传递增压锅炉燃烧系统与电站协调控制策略研究

论文题名：	增压锅炉燃烧系统与电站协调控制策略研究
关键词：	船舶动力;增压锅炉;协调控制;计算机技术
摘要：	船舶动力及发电装置是船舶能够完成运输航行等任务的关键设备。汽轮发电机具有经济效益高、可靠性强、功率大、易维护等优点，是船舶主要发电机的形式之一。为了使汽轮发电机的电站负载在负荷突变时能与增压锅炉燃烧系统实现协调控制，本文以实际科研项目为课题研究背景，以各装置的工作原理和智能控制策略为基础，针对增压锅炉燃烧系统与电站协调控制策略进行了探讨。　　本文首先结合增压锅炉及其辅助设备的运行特点，对增压锅炉燃烧系统的工作机理进行深入研究。遵循能量守恒定律和质量守恒定律，以及汽水的流向，对增压锅炉燃烧系统进行建模。在简化机理模型的基础上，还考虑了工况变化时参数变化，建立了燃烧系统的动态响应模型。仿真结果表明，增压锅炉燃烧系统在不同负荷变化下的动态响应符合增压锅炉基本运行规律，证明了所建模型的合理性和准确性。其次，根据汽轮发电机组的运行特点，深入研究汽轮发电机组-电站的工作机理。按照蒸汽的流向，将汽轮机按模块建模法对电站汽轮机系统进行建模，从而设计了电站汽轮机系统的响应模型，并在不同工况下进行仿真研究。由仿真结果可知，电站汽轮机系统在变负荷情况下的动态响应符合汽轮发电机组的基本运行规律，说明所建模型合理且准确。结合增压锅炉燃烧系统的数学模型，完整系统的提出为后续的协调控制策略研究奠定了基础。再次，由整个系统的结构模型与工作机理，以及增压锅炉燃烧系统和电站汽轮机系统的动态特性，提出协调控制策略。针对协调控制策略实施后出现的安全问题，从四个方面对燃烧系统作出协调控制。利用流量特性对燃油系统建立了数学模型并用模糊控制算法对其优化控制；根据牛顿第二定律对涡轮增压机组建立了转矩平衡方程，从而得到空气流量系统的数学模型，通过对其特性的研究对控制系统施加遗传算法优化的PID控制器，取得了很好的控制效果；根据前文所建增压锅炉燃烧系统中的蒸汽与水的质量、能量守恒方程建立了主蒸汽压力和上锅筒水位的动态物理机理模型，分别用加入 CMAC神经网络的PID算法和经典 PID控制算法使它们得到良好的控制效果。这些模型的建立不仅对燃烧系统变化过程的描述更加完善，也对增压锅炉燃烧系统与电站的协调控制起到关键性作用。最后，考虑到船舶推进汽轮机在电站负荷突变时受到影响，针对这种情况作出协调控制策略。类比汽轮发电机组的数学模型给出推进汽轮机的数学模型，并对系统进行仿真分析。在保持两汽轮机蒸汽配比的情况下，推进汽轮机的运行状态主要与主蒸汽的输出相关，因而需要主蒸汽压力系统具有较强的鲁棒性。因此，利用控制主蒸汽压力的方法使推进汽轮机和电站汽轮机在电站负荷突变时能够协调控制，保证了船速的稳定。仿真结果表明，该控制策略可以有效的抑制电站负荷突变对推进汽轮机带来的干扰，具有较强的鲁棒性，增强了系统的抗干扰能力。
作者：	李晓琳
专业：	控制科学与工程
导师：	朱齐丹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文