火电厂控制系统综合性能评价及优化

作     者：陆斯悦 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：袁桂丽

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：性能评价 多变量系统 等效开环传递函数 非高斯 最小熵 单元机组协调控制系统 

摘      要：控制系统性能监测与评价是工业过程中保证生产运行高效、安全、环保必不可少的一部分。随着生产规模日益扩大,控制回路不断增多,人工监测具有一定难度,必须实现自动的控制系统性能评价及监视。目前,火力发电在我国全社会发电量中所占比例较大,约为75%左右。火电厂设备结构高度复杂,控制回路往往难以实现预期运行效果,需通过一定的评价方法对其性能进行度量,来指导回路中控制器的优化。同时,在经过一段时间的运行后,原来性能良好的回路由于各种内因及外因的影响,性能也会变差,需对其进行及时的监视。因此,要想确保良好的运行状态,进行火电厂控制系统性能评价与优化研究十分必要。针对火电厂控制系统性能评价与优化问题,本论文的主要工作以及取得成果:首先,针对高斯扰动下的单变量系统介绍了经典的最小方差性能评价基准,并将其延伸到多变量控制系统。提出一种基于等效开环传递函数的多变量控制系统性能评价方法,解决了多变量系统最小方差基准求取复杂、限制条件较多等问题,并由仿真实验对其实用性以及准确性进行了验证。其次,针对非高斯噪声扰动下的系统,介绍了最小信息熵性能评价指标,在其基础上引入有理熵,提出了最小有理熵性能评价指标。同时,介绍了一种基于历史数据的Hellinger距离性能评价基准。通过仿真验证了最小信息熵指标、最小有理熵指标以及基于Hellinger距离性能指标这三种指标的有效性。通过对比分析,得出基于Hellinger距离性能指标较适合工业控制系统性能评价,但评价结果不够客观;与最小信息熵指标相比,最小有理熵指标能够更准确的反映系统性能变化的趋势这两点结论。再次,提出一种标量ITAE性能评价指标用以控制系统确定性性能评价,并将该指标通过子目标乘除法与系统随机性性能指相标结合,得到一种综合性能指标。将综合指标作为目标函数,对火电厂中的单元机组协调控制系统控制器进行参数优化,得到了最优自抗扰控制器、广义预测控制器、内模PI控制器参数与对应最优性能指标,并对三种控制器性能进行了对比与监测。实验结论表明广义预测控制综合性能最好,并且在模型参数摄动情况下鲁棒性最好。最后,对于模型参数未知的火电厂控制系统,总结出一种基于数据的综合性能评价方法,并对贵州省盘南电厂3号机组汽包水位控制回路进行了性能评价与监测。