Tiến Sĩ Nâng cao chất lượng điều khiển lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt than bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định t

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài:
- Điện năng đóng vai trò vô cùng quan trong trong đời sống kinh tế –
trính trị – trên toàn thế giới. Nhu cầu sử dụng điện năng của mỗi quốc gia
ngày càng tăng. Cùng với sự tồn tài của các nhà máy Thủy điện, Điện hạt
nhân, Pin mặt trời, Sức gió, Địa nhiệt . Thì nhà máy nhiệt điện đốt than đóng
vài trò đáng kể theo báo http://www.epu.edu.vn/Default.aspx?BT=5132 „„Nhìn
chung trong vài chục năm tới, tỷ lệ nhiệt điện đốt than vẫn chiếm tỷ lệ lớn
nhất trong tổng số sản lượng điện năng của thế giới (khoảng từ 40% trở lên)
„„.
- Ở nước ta thì các nhà máy nhiệt điện cung cấp trong nhiều năm gần
đây dao động trong phạm vi 20%. Các tổng sơ đồ phát triển điện và dự đoán
còn phát triển trong tương lai. Đối với các nhà máy nhiệt điện hiện nay thì
nhiên liệu chính sử dụng vẫn là than và khí thiên nhiên, các loại nhiên liệu
lỏng ít được sử dụng do nhiên liệu này hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu các
phương pháp điều khiển hiện đại nhằm nâng cao chất lượng các quá trình của
nhà máy nhiệt điện là rất quan trọng.
- Việc ứng dụng các thuật toán điều khiển hiện đại sẽ nâng cao được chất
lượng và số lượng sản phẩm, đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt cho công nghiệp
nước ta.
Vì vậy em chọn đề tài: “Nâng cao chất lượng điều khiển lò hơi nhà
máy nhiệt điện đốt than bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nguyên cứu cơ sở lý thuyết và tổng quan nhà máy nhiệt điện từ đó
xây dựng mô hình toán cho hệ thống điều khiển mức nước cấp bình lò hơi. 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển ổn định mức nước cấp bình
bao hơi. Kiểm chứng kết quả bằng mô phỏng và thực nghiệm trên mô hình nhà
máy nhiệt điện tại Trung tâm thí nghiệm Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp
Thái nguyên.
- Đề xuất thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
3. Nội dung của luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Giới thiệu về điều khiển mức trong lò hơi nhà máy nhiệt điện
Chương 2: Mô tả toán học cho đối tượng mức trong lò hơi nhà máy nhiệt điện
Chương 3: Thiết kế điều khiển mức cho lò hơi nhà máy nhiệt điện
Chương 4: Nâng cao chất lượng điều khiển mức nước cấp bình lò hơi
nhà máy nhiệt điện đốt than bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID.
Kết luận và kiến nghị











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng biểu vii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị viii
MỞ ĐẦU 1
Tính cấp thiết của đề tài 1
Mục tiêu nghiên cứu 1
Nội dung của luận văn 2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC TRONG LÒ
HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
3
1.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện 3
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện 3
1.1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện 4
1. 2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện 5
1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi 5
1.2.2. Các loại lò hơi chính 5
1.2.3. Các hệ thống điều chỉnh trong lò hơi nhà máy nhiệt điện 8
1.3. Nghiên cứu về hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi trong nhà
máy nhiệt điện
13
1.3.1. Đặt vấn đề 13 iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1.3.2. Mục tiêu của nghiên cứu 14
1.3.3. Dự kiến các kết quả đạt được 14
1.4. Kết luận chương 1 14
Chương 2. MÔ TẢ TOÁN HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG MỨC
TRONG LÒ HƠI NHÀ MÁY NHỆT ĐIỆN
15
2.1. Khái quát trung 15
2.2. Mô tả toán học cho các thành phần trong hệ thống điều khiển mức
nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện
17
2.2.1. Cấu trúc mô hình nhà máy nhiệt điện 17
2.2.2. Thiết bị đo 18
2.2.3. Thiết bị chấp hành 21
2.2.4. Hàm truyền của mô hình 26
2.3. Hàm truyền của hệ thống 32
2.4. Kết luận: 33
Chương 3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MỨC CHO LÒ HƠI NHÀ
MÁY NHIỆT ĐIỆN
34
3.1. Đặt vấn đề 34
3.1.1. Bộ điều khiển PID 34
3.1.2. Chọn luật điều khiển PID: 37
3.2. Phương pháp tối ưu đối xứng 38
3.3. Thiết kế điều khiển mức cho lò hơi 40
3.4. Đánh giá chất lượng hệ thống bằng mô phỏng trên Matlab –
Simulink
42
3.4.1. Cấu trúc mô phỏng: 42
3.4.2. Các kết quả mô phỏng 42
3.5. Đánh giá chất lượng hệ thống bằng thực nghiệm 43
3.5.1. Cấu hình thực nghiệm về điều khiển mức tại trung tâm thí 43 v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nghiệm:
3.5.2. Giới thiệu về mô hình thực nghiệm: 45
3.5.3. Các kết quả thực nghiệm: 48
3.5.4. So sánh với kết quả mô phỏng: 48
3.6. Kết luận chương 3 48
Chương 4. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC
CẤP BÌNH LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN BẰNG
BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID
49
4.1. Cấu trúc một bộ điều khiển mờ 49
4.1.1. Mờ hóa 49
4.1.2. Giải Mờ 50
4.1.3. Khối luật mờ và khối hợp thành 52
4.2. Các bộ điều khiển mờ 54
4.2.1. Bộ điều khiển mờ tĩnh 54
4.2.2. Bộ điều khiển mờ động 54
4.3. Bộ điều khiển mờ để chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 56
4.3.1. Sơ đồ mô phỏng 56
4.3.2. Các biến vào ra 58
4.3.3.Kết quả mô phỏng 58
4.4. Kết luận chương 4 59
Kết luận và kiến nghị 60
Tài liệu tham khảo 61