Vadim F. Lozhechnikov. Multivariate digital regulation of drum-type steam generators.
This thesis is to be defended for the scientific degree of Candidate of Technical Science, in specialty 05.13.07 – Automation of Technological Processes, at Odessa National Polytechnic University, Odessa, in 2003.
This thesis concerns research and development on a digital ARS for drum-type steam generators, which are used in industrial boilers, and also in the generators of nuclear power plants. An analytical model for the dynamics of a drum-type boiler with average capacity; and an experimental, analytical model of the dynamics of the feeding section of drum-type steam generators in the power unit of an atomic power station with PWR-1000 reactor have been developed. To stabilize the water level in the drum-type steam generators, an optimal, digital PI-regulator is proposed. Besides this, another digital multivariate PI-regulator, with an upgrade modification that incorporates a ‘fuel-air’ channel, is proposed for optimal regulation of the drum-type boiler. To regulate the steam generators feeding section of an atomic power plant, an optimal digital multivariate PI-regulator is proposed.
Key words: drum-type steam generator; boiler; automatic regulation system; synthesis; analysis; algorithm.
Ложечников В.Ф. Многомерное цифровое управление барабанными парогенераторами. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация технологических процессов. – Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2003.
Диссертация посвящена разработке и исследованию новых цифровых оптимальных многомерных АСР барабанными котлами средней мощности и парогенераторами энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР. Барабанные парогенераторы являются сложными объектами управления, от надежной работы которых зависит надежность всей энергетической установки. Основным регулируемым параметром во всех типах барабанных парогенераторов является уровень воды, к стабилизации которого предъявляются жесткие требования. Общность основного регулируемого параметра и характера его изменения при нанесении возмущающего и управляющего воздействий обуславливает однотипность систем регулирования уровня воды в барабанных парогенераторах и позволяет применить для синтеза новых цифровых оптимальных АСР единый алгоритм проектирования. Анализ применяемых в настоящее время автоматических систем управления барабанными парогенераторами показал, что они не всегда обеспечивают требуемое качество регулирования.
В настоящее время на атомных и тепловых электростанциях, а также на ряде других теплоэнергетических предприятиях Украины идет замена аналоговых аппаратных средств систем автоматического регулирования на микропроцессорные управляющие комплексы, которые обладают значительным преимуществом по сравнению с аналоговой техникой. Одним из таких преимуществ является возможность реализации новых схем и алгоритмов управления технологическими процессами. Однако, несмотря на то, что к настоящему моменту времени разработан математический аппарат, позволяющий создавать многомерные системы управления, на новой технике продолжают реализовываться старые типовые схемы и алгоритмы регулирования. Таким образом, потенциал цифровой техники используется не полностью. Отчасти это объясняется отсутствием целенаправленных исследований в области многомерного цифрового управления теплоэнергетическими объектами.
Поэтому для сложных динамических объектов, в которых имеется много регулируемых параметров и регулирующих воздействий, а такими объектами как раз и являются барабанные котлы и парогенераторы атомных станций, применение многомерного управления является особенно перспективным.
Для синтеза новых цифровых систем регулирования разработаны аналитическая модель динамики барабанного котла средней мощности, которая учитывает прямые и перекрестные связи между управляющими воздействиями (расход топлива, изменение производительности дутьевого вентилятора и дымососа, расход питательной и продувочной воды) и регулируемыми параметрами (концентрация кислорода в уходящих газах, разрежение в топочной камере, уровень воды в барабане котла, солесодержание котловой воды, давление перегретого пара), и экспериментально-аналитическая модель динамики участка питания барабанных парогенераторов энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-1000, в которой управляющими воздействиями являются изменения положения регулирующих питательных клапанов четырех парогенераторов и положения регулирующего клапана приводной турбины питательного турбонасоса, регулируемыми параметрами являются уровень воды в четырех парогенераторах и производительность питательного турбонасоса (ПТН).
Для стабилизации уровня воды в барабанных парогенераторах предложен цифровой оптимальный ПИ-регулятор с одним измеряемым сигналом по уровню воды вместо трех в штатной трехимпульсной АСР, обеспечивающий лучшее качество регулирования при внутренних и внешних возмущениях. Для оптимального управления всем барабанным котлом средней мощности предложен цифровой многомерный оптимальный ПИ-регулятор и его модификация с объединенным каналом “топливо-воздух” (вместо типовых локальных АСР тепловой нагрузки, процесса горения, разрежения в топочной камере, уровня воды в барабане котла, солесодержания котловой воды). Для управления всем участком питания энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-1000 предложен многомерный цифровой оптимальный ПИ-регулятор всем участком (вместо отдельных АСР уровня и производительности ПТН) для трех режимов работы: постоянного перепада давления на РПК, среднего и минимального гидравлического сопротивления участка питания.
Вектор внутреннего состояния объекта управления, который недоступен для непосредственного измерения, но необходим для расчета управляющего воздействия в предлагаемых многомерных цифровых оптимальных системах управления, восстанавливается по измеряемому регулируемому выходу с помощью наблюдателя состояния Луенбергера.
Исследования показали хорошую грубость всех предложенных оптимальных АСР при изменении свойств объекта управления.
Ключевые слова: барабанный парогенератор, котел, автоматическая система регулирования, синтез, анализ, алгоритм.
| 
