ALSTOM氣化爐的模糊增益調度預測控制

第28卷第2期動(dòng)力工程Vol. 28 No.22008年4月Journal of Power EngineeringApr. 2008文章編號:1000-6761(2008)02 -0229 09ALSTOM氣化爐的模糊增益調度預測控制吳科，呂劍虹， 向文國(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,南京210096)摘要: ALSTOM氣化爐具有強的非線(xiàn)性及大慣性,常規的控制方法難以滿(mǎn)足全工況運行條件下的各項控制指標.采用模糊推理方法,將氣化爐在多個(gè)工況條件下的局部線(xiàn)性模型綜合成全局模糊模型,并在此基礎上應用預測控制技術(shù),提出了一種新型的基于過(guò)程全局模糊模型的模糊增益調度預測控制方法,并應用于氣化爐多變量非線(xiàn)性?xún)?yōu)化控制.仿真結果表明:即使各個(gè)輸入受到運行條件的嚴格約束,各個(gè)輸出變量仍能較好地維持在A(yíng)LSTOM氣化爐所要求的范圍內,具有較好的控制品質(zhì),為氣化爐的全局優(yōu)化控制提供了一個(gè)較好的方法.關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制技術(shù); ALSTOM氣化爐;模糊模型;預測控制;增益調度;約束;優(yōu)化中圖分類(lèi)號: TP237. 4文獻標識碼: AFuzzy Gain Scheduling Model Predictive Control for an ALSTOM GasifierWU Ke,LUJian-hong，XIANG Wen-guo(School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China)Abstract: Due to its strong non linearity and large inertia characteristics, ALSTOM gasifier is generallydifficult to be controlled with conventional control schemes under all working conditions. Using fuzzyreasoning method, local linear models of gasifier constructed for different operating conditions were firstintegrated into a global fuzzy model, then a new type of fuzzy gain scheduling model predictive controllerbased on process and global fuzzy models was proposed and applied to its nonlinear multivariableoptimization control. Extensive simulations show that all the outputs can be kept within desired operatingboundaries of ALSTOM gasifier while subjecting to corresponding input constraints, demonstrating a goodcontrol performance. The way is thus proved to be a good approach for global optimization control ofALSTOM gasifiers.Key words: automatic control technique; ALSTOM gasifier; fuzzy model; predictive control; gainscheduling; constraint; optimization整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)作為一種高效的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃),在“十一.五”清潔能源產(chǎn)生方式正日益受到重視,已成為國內外期間完成多個(gè)示范工程. IGCC主要過(guò)程是:在氣化的一個(gè)研究熱點(diǎn).我國已將IGCC技術(shù)的研究列入爐中煤(或其它含碳能源)、來(lái)自空氣分離裝置的氧中國煤化工收稿日期200-07-15基金項目:國家863高技術(shù)基金資助項目(006A05A107),高校博士點(diǎn)基金.MYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:吳科(1981-),男 ,江蘇常熟人,博士研究生,主要從事熱工過(guò)程建模與優(yōu)化控制方面的研究。電話(huà)(Tel ).13814009123E- mail: wu1394@ yahoo. com. cn.●230●動(dòng)力工程第28卷氣、水蒸汽在一-定的溫度和壓力條件下經(jīng)一系列復(煤氣熱值吸入口壓力雜的化學(xué)反應過(guò)程,轉換為中低熱值的煤氣,煤氣凈化后送到下游的燃氣輪機燃燒發(fā)電或作為化工原料合成化學(xué)品或油品,燃氣輪機排出尾氣進(jìn)人余熱鍋煤氣壓力爐產(chǎn)生蒸汽,蒸汽推動(dòng)汽輪機再帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電,從(煤氣溫度)而實(shí)現了高效的整體聯(lián)合循環(huán).在整個(gè)系統中,燃氣煤和石灰石(床料質(zhì)局)輪機及蒸汽動(dòng)力系統都已得到廣泛應用,其控制系水蒸汽統已比較完善.而對于氣化爐系統,由于涉及到許多復雜的化學(xué)反應過(guò)程,其過(guò)程是一個(gè)復雜的大滯后非線(xiàn)性系統,對各種擾動(dòng)都非常敏感,其相關(guān)的控制壓縮空氣理論和應用還不成熟,致使其比投資費用和發(fā)電成本還比較高,可利用率還不甚理想中.圖1 ALST0M 氣化爐的工作流程ALSTOM公司對IGCC進(jìn)行了多年的研究,并Fig.1 Flow chart of AL.STOM gsifer針對1個(gè)小規模IGCC電站建立了整個(gè)IGCC系統的對象模型,所提供的氣化爐模型與現場(chǎng)的實(shí)測數溫度和壓力下進(jìn)行復雜的化學(xué)反應,產(chǎn)生低熱值的據基本一致,具有很高的準確度.由于該模型是1個(gè)煤氣,而煤灰CaS以及未反應的碳作為灰渣排出.多變量、高耦合、強非線(xiàn)性及對外界擾動(dòng)十分敏感的煤氣化過(guò)程是一個(gè)復雜的熱化學(xué)反應,可以分為高系統，研究相關(guān)的控制策略已成為一個(gè)難點(diǎn)為驗證溫熱解過(guò)程.氧化反應、氣化反應和脫硫反應等4個(gè)所設計控制系統的有效性,針對此氣化爐模型，部分. 各種反應程度和速率受到煤種、溫度、壓力以ALSTOM公司提出了基準測試問(wèn)題,列出了一系及物料在爐內停留時(shí)間、傳熱條件和溫度歷程等因列基準測試項目和對應的系統約束條件,認為只有素的影響.顯然,煤氣化被控過(guò)程是-一個(gè)典型的多變滿(mǎn)足各項基準測試要求的控制系統才是有效的.量、大滯后、強非線(xiàn)性及高靈敏的過(guò)程,在系統受到為確保氣化爐在整個(gè)工況內均有較好的控制品擾動(dòng)或者工況變化時(shí)，系統動(dòng)態(tài)特性會(huì )發(fā)生很大的質(zhì),筆者首先通過(guò)模糊推理,建立了ALSTOM氣化變化,使控制系統難于獲得良好的控制品質(zhì).爐在任何工況點(diǎn)上的全局模糊模型,并在此基礎上氣化爐工作過(guò)程有5個(gè)輸入變量(操作變量)，提出了一種具有全工況優(yōu)化功能的模糊增益調度預分別為:排渣量(WCHR).空氣流量(WAIR)、給煤測控制方法.仿真結果表明:在滿(mǎn)足各種約束條件的流量(WCOL)、水蒸汽流量(WSTM)及石灰石流量前提下,其控制性能指標均達到了基準測試所提出(WLS);4個(gè)輸出變量(被控變量)分別為:煤氣焓值的各項要求,從而為氣化爐的全局優(yōu)化控制提供了(CVGAS)、床料質(zhì)量(MASS)、煤氣壓力(PGAS)及一種可以選擇的方法.煤氣溫度(TGAS).由于人爐的石灰石量和煤粉量1ALSTOM氣化爐被控過(guò)程及控制是成比例的(1 : 10), 整個(gè)氣化爐工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)4X4的多變量對象.對于氣化爐系統,主要的要求外界擾動(dòng)來(lái)自于燃氣輪機工況的變化,因此將燃氣煤氣化是IGCC最重要的核心技術(shù)之一,已投輪機的人口壓力(PSINK)作為一個(gè)主要的外界擾入運行的IGCC裝置大多采用了固定床、流化床、水動(dòng)量.煤漿或干煤粉氣流床等先進(jìn)的煤氣化工藝叮。采用ALSTOM公司建立了示范IGCC氣化爐的動(dòng)不同的煤氣化工藝,氣化爐的結構和運行方式等均態(tài)機理模型，由于該模型經(jīng)過(guò)了實(shí)測數據的嚴格校有很大的不同. ALSTOM公司對1 個(gè)87 MW的驗,具有較高的準確度.為便于研究相關(guān)的控制策IGCC示范工廠(chǎng)進(jìn)行了可行性研究,其氣化爐基于略,ALSTOM公司公開(kāi)了所建立的非線(xiàn)性機理模流化床氣化工藝,可以認為是-一個(gè)煤、空氣以及水蒸型,并且提出了各種基準測試、輸人約束及控制目標汽發(fā)生氣化反應的反應器.氣化爐的被控過(guò)程示于等,作為檢驗所設計控制玄編有0性的方法(0.0.表圖1.1為1中國煤化工標，即各輸出變在煤氣化過(guò)程中,經(jīng)過(guò)處理的煤與- -定比例的量應控HCNMHG示在控制過(guò)程中石灰石混合,與空氣和水蒸汽進(jìn)入氣化爐,在一定的對輸入變量在幅值及變化速率方面進(jìn)行約束.第2期吳科,等:ALSTOM 氣化爐的模糊增益調度預測控制●231●表1輸出變量及其限制(1)選取典型工況點(diǎn).典型工況點(diǎn)的個(gè)數應根Tab. 1 Output variables and their constraints據實(shí)際情況選取，如果工況點(diǎn)個(gè)數少,則會(huì )影響由模輸出變量描述允許最大動(dòng)態(tài)偏差糊推理獲得的在其它工況點(diǎn)上的模型精度,一般基CVGAS煤氣熱值士0. 01 MJ/kg準工況點(diǎn)的個(gè)數可選取5~10個(gè).本文選取0%、床料質(zhì)量土500 kg20%、40%.60%.80%和100%的工況點(diǎn)作為基準PGAS煤氣壓力土10 kPa工況點(diǎn);TGAS煤氣溫度士1 K(2)在各個(gè)基準工況點(diǎn)上，利用ALSTOM公司所提供的封裝好的氣化爐模型,分別進(jìn)行輸人變表2輸入變量及其限制量的階躍響應試驗,記錄好各輸出變量的動(dòng)態(tài)響應Tab.2 Input variables and their constraints數據;輸入變量韜值/kg.s5-1最大變化率/kg.s-2(3)利用上面的階躍響應數據,計算氣化爐在WCHR排渣量0~3.士0.2各基準工況點(diǎn)的離散狀態(tài)空間模型:WAIR空氣流量0~2(土1.0x(k+1)= Ai●x(k)+B,●u(k)WCOL煤流量0~ 10y(k) = C●x(k)+D.●u(k)(1)WSTM蒸汽流量0~6 .i= 1,2..*.,6其中各離散模型的采樣時(shí)間均為1 s.基于這62ALSTOM氣化爐全局模糊模型的個(gè)基準模型,通過(guò)模糊推理及變量調度,可獲得在任建立何工況點(diǎn)上的離散狀態(tài)空間模型.由于篇幅有限,本文僅列出50%和100%工況點(diǎn)上的基準模型.2.1建立控制系統全工況設計模型的方法2.3調度變量及其模糊隸屬度函數的選取盡管ALSTOM公司公開(kāi)了示范工程IGCC的調度變量一般選取緩慢變化且可以代表非線(xiàn)性機理動(dòng)態(tài)模型,但整個(gè)氣化爐被控過(guò)程由數百個(gè)非系統工況的1個(gè)或者多個(gè)物理量,選取的調度變量作線(xiàn)性微分方程組成，所提供的機理模型無(wú)法直接用為非線(xiàn)性系統模糊規則模型的前件,在對應的論域上于控制系統的設計,而只能用于檢驗控制系統的品.構造模糊集合,其隸屬度函數為A ; XXU→[0,1].質(zhì).為了獲得在任何工況點(diǎn)上控制系統的設計模型,.對于A(yíng)LSOTM氣化爐模型,可以選取氣化爐出口煤筆者采用如下方法:①在多個(gè)典型工況點(diǎn)上,獲取氣熱值與煤氣質(zhì)量流量的乘積,即能量流量(E)經(jīng)過(guò)氣化爐被控過(guò)程的局部動(dòng)態(tài)線(xiàn)性模型,并將這些局折算后的負荷(L)作為調度變量,因為其變化范圍為部模型作為模糊推理的基準模型;②選擇影響氣化[L 50-50,Lso +50],可以定義模糊變量8L=L-爐特性變化的變量作為調度變量;③以典型工況點(diǎn)Ls0 ,將論域[- 50,50]模糊劃分得到1組語(yǔ)言值.隸屬上的基準模型為基礎,采用模糊推理技術(shù)及變量增度函數的選取,只要滿(mǎn)足模糊集合的基本性質(zhì)即可，益調度方法,計算任何工況點(diǎn)上的局部動(dòng)態(tài)模型,作通?？梢赃x取三角形或者高斯分布函數,本文選取最為控制系統的設計模型.由于在任何工況點(diǎn)上,可重新計算控制系統的簡(jiǎn)單直觀(guān)的三角形分布函數(圖2).參數,從而確保了控制系統在整個(gè)工況范圍內的全;NNPSPA局優(yōu)化功能.0.82.2建立氣化爐典型工況點(diǎn)上的局部基準模型i 0.6-0.4FALSTOM公司以Simulink CMEX SF unction0.2的模塊形式提供了封裝好的氣化爐非線(xiàn)性模型.該全局非線(xiàn)性模型非常復雜,且ALSTOM也未給出-50-40-30-20-10010203040508相應的非線(xiàn)性微分方程組,因此很難直接利用該模型來(lái)設計全局非線(xiàn)性控制器.事實(shí)上,ALSTOM公圈2模糊變量隸屬 度函數分布司也希望控制系統的設計者僅將該模型作為一個(gè)實(shí)中國煤化工’vrioble際的工業(yè)過(guò)程來(lái)看待,而不是看作控制系統的設計2.4MHCN M H G的模糊推理模型模型.為獲取控制系統的設計模型,首先應獲取典型綜合以，上分析,將同鄙工優(yōu)點(diǎn)上的基準模型和工況點(diǎn)上的局部基準模型,具體方法如下:相應的模糊調度變量結合可以產(chǎn)生以下的模糊規則●232●動(dòng)力工程第28卷模型:u(k)+D. u(k+1) +CG●(k) +ξ(k +1)Rulei; IF 8L is MTHEN(x(k+1)= A.. x(k)+ B,●u(k)y(k+j)=CA'●x(k)+ 2CA-B●u(k+i-ly(k) = C. x(k)+D,●u(k)i= 1,2..*,6(2)1)+ D.u(k+j) +CA-G. (k) +式中,M= {8L,pm(8L) ; 8L∈U},8L是模糊調2CA-G.E(k+i-1)+(k+i)度變量.規則的結論部分為氣化爐在典型工況點(diǎn)上的基準模型.通過(guò)模糊推理及變量調度,可獲得氣化爐在任何工況上的狀態(tài)空間模型:y(k+N)=CA~●x(k)+ 2CA~'B●u(k+i-x(k+1) = A. x(k)+B. u(k)1)+D. u(k+N) + CAN-IG. (k)+y(k) = C. x(t)+D. u(k)(3)ZCA~G.E(k+i-1)+<(k+N) (5)式中,各系數矩陣是由模糊推理獲得,分別為:上式中,E(k十j)由下式給出:A= Zw;(z).A, B= Zw,(z). B，E[E(k+j)]=0,j = 1,2...c= Zw(z).C. D= Ew(z).D. ; E[(>]= E() = p(k)-C.x(k)-D.u(k)(6)z= [≈1,7.,z6]將式(6)代人式(5)后，步輸出預測值可以寫(xiě)成:w,↑XXU→[0,1]是權重系數，w;(z)j(l+j)= E[y(r +j)]=CA'●E[x(k)]+=μ(x)/24(z),p(z)是模糊調度變量的隸屬ZcA-B.u(k+i-l)+D.u(k+j)+度函數.很明顯,任可工況點(diǎn)上的矩陣A,B,C,D均CA-G. [y(k)-C.x(k)- D. u(k)]=可通過(guò).上面的推理過(guò)程獲得,如通過(guò)推理可獲得在CA-(A-GC)●i(x) + CA-(B-GD)●70%工況點(diǎn)上的氣化爐模型(略).u(k)+ 2CA-'B●u(k+i-1)+經(jīng)過(guò)比較該模型與ALSOTM非線(xiàn)性機理模型D. u(k +j) +CA-G. y(k)在70%工況點(diǎn)上的階躍響應,其階躍響應曲線(xiàn)吻合j= 1,2...,N(7)得很好,從而驗證了模糊推理模型的有效性.式中,N是輸出時(shí)域,將上式寫(xiě)成矩陣形式,可以得3氣化爐的模糊增益調度預測控制到:Y=φ.U+P.●i(k) +o,. y(k) (8)根據任何工況點(diǎn)上氣化爐的動(dòng)態(tài)模型(式(3)),其中:并且考慮到被控過(guò)程通常還包括隨機擾動(dòng)等因素，「j(k + 1)7u(k)本文采用式(4)模型來(lái)設計預測控制器:y(k +2)u(k+1)x(k+1) = A. x(k)+B. u(k) +G.∈(k)Y=|,U=y(k)=C. x(k)+D●u(k) +(k) (7)Ly(k + N)」Lu(k + N)」這里的u∈R" ,x∈R° ,y∈° ,(k)是零均值的高-C斯白噪聲信號,E[(k+j)]=0,j=1,2,,G是相應的濾波矩陣,而A.B、C、D與式(3)中一致.本文中.=.CA(A-GC),提出擴展狀態(tài)空間預測控制算法,它可以方便地處LCAM-I」理如控制作用的幅值約束和變化率約束等約束優(yōu)化C(B- GD)L問(wèn)題.中=CA(B-GD)GB3.1基本控制器設計:針對模型式(4)式,可以對系統的未來(lái)輸出進(jìn)行多步預測:中國煤化工”CBDJy(k+1)=C. x(k+1)+D.u(k+1)+ E(k+YaCNMHG1) =C.[A●x(k) + B●u(k) +G. E(k)]+ .*y一D.u(k+1)+(k+1)=CA●x(k)+ CB.LCAM~1G]第2期吳科,等:ALSTOM氣化爐的模糊增益調度預測控制在式(8)中,多步模型預測要求知道當前狀態(tài)的J。= U.H.U+UT●f(11)估計值i(k),本文采用文獻[11]所提出- -種狀態(tài)估當控制作用U不受限時(shí),可以由下式求得最優(yōu)控制計方法來(lái)計算,經(jīng)計算發(fā)現:這種狀態(tài)估計算法是非常有效的.作用:采用常規的二次型函數作為控制系統性能指0=0= H.U+f=0標:J = (Y- W)TQ(Y- W)+ SUTRAU (9)由于H是正定矩陣,故有:U=-H-1●f(12)這里的Q和R是權重矩陣,一般取為對角陣;這里所求得的多步控制作用的第-步被采用作W和QU參考軌跡矩陣和控制增量矩陣,分別定義為當前時(shí)刻的最優(yōu)控制作用加到閉環(huán)系統進(jìn)行控如下:制「w(k+1)]3.2受限預測控制器的設計w(k + 2)W=對于A(yíng)LSTOM的氣化爐控制,其輸入變量的幅度和變化率均受到表2的限制,考慮了輸入約束Lw(k + N)」后的控制系統性能指標可以用下式來(lái)表示:Ou(k) 1「I0“01J = (Y- W)TQ(Y- W) + sUTR oU0U=Qu(k+ 1)|s.t.Uin≤u≤Umux(13)LOu(k+ N)」l0 ... -I IOuaim≤a≤Oumx「u(k)式中,uE∈R" ,應用式(11),受限預測控制器設計就.u(k + 1)●u(k-1)成為標準的如下二次規劃問(wèn)題:Lu(k + N)」U°= min,(2U°.H.U+UT.f)式中,I是mXm單位矩陣;O是mXm零矩陣,上U≤Umx述等式可以寫(xiě)成:-U≤→Umin(14)0U=r.U-[u"(k-1) 0 ... 0]T (10)IU≤T.OUmx + Eu(k- 1)式中:-IU≤- T.QUmx- Eu(k-1) .O式中,u(k-1)是前-時(shí)刻的控制作用,H、f.U、r的定義和上文一致,其它變量定義如下:r=Um= [ux ... ux]TU= [uBm .. uni]T將式(8)和式(10)代人式(9),可以得到: .SUu.. = [Oumx .. Oux]TJ =Jo+[φ,●i(k) +φ,. y(k)-W]●SUmin = [OuminQ[D,●王(k) +更,. y(k)- w] +E=[I 0... 0]T[u"(k-1) 0.. 0]●所求解出的1組控制作用的第一組作為當前最.R[uT(k-1) 0... 0]佳控制作用.因上式最后2項為常數,所以有min(J) = min(Jo).4控制結果其中:J。= UT(@QD. +r"Rr)U+2UT●●將以上的受限預測控制方法應用于A(yíng)LSTOMQ[φ.●主(k) +φ,.y(k)-W]-2Ur.r.氣化爐控制.針對氣化爐在各個(gè)工況點(diǎn)上的動(dòng)態(tài)模R[u"(k-1) 0... 0]T型(式(3)),采用本文的受限預測控制方法,通過(guò)在定義H,f為:H= 2(IQ$. + rRr)線(xiàn)滾動(dòng)中國煤化工上華控制.經(jīng)過(guò)在線(xiàn)調整，樣時(shí)間取為1 s,f= 2o:●Q[φ,●主(k) +φ,●y(k)- w]-N= 2CNMHG=diag(O,...2rT●R[uT(k-1) 0... 0]TRo),Q。= diag(10, 150, 28,10*),R。= diag(10* ,則有:10* ,10* ,10),G=10●[1,I,I，I,[1,0,0,●234●動(dòng)力工程第28卷0]"]T.表33種不同工況下,吸入口壓力 擾動(dòng)按照ALSTOM公司基準測要求,對所設計的試驗結果統計表控制系統需進(jìn)行基準測試,進(jìn)行的基準試驗有以下Tab.3 Disturbance test results of PSINK under 33種:①在穩定工況下,進(jìn)行燃機吸入口壓力階躍different working conditions變化的擾動(dòng)試驗(規定變化幅度20 kPa;②穩定工階躍擾動(dòng)試驗正弦波擾動(dòng)試驗況下,進(jìn)行幅值為20 kPa、頻率為0.04 Hz的吸人輸出最大絕對誤差I(lǐng)AE最大絕對誤差I(lǐng)AE口壓力正弦波擾動(dòng)試驗;③以不超過(guò)5%/min變化率為從50%工況升至100%工況的變負荷試驗.其100%負荷.CVGAS4. 99100. 568.12860. 56中,吸人口的壓力階躍擾動(dòng)和正弦波擾動(dòng)試驗以在MASS7.02100%工況下試驗結果為例,其它工況下的試驗結果PGAS0.080. 2510.0536.23 .示于表3.TGAS0.42-0.564.1在100%工況下吸入口壓力的階躍擾動(dòng)試驗根據基準測試要求,保持系統在100%工況點(diǎn)50%:負荷5.25110. 358.54878. 23穩定運行30 s,然后開(kāi)始做吸人口壓力為20 kPa的12. 566. 23階躍擾動(dòng)試驗,試驗持續時(shí)間為300 s.系統響應和控制作用的變化示于圖3.0.0830. 2960.0425. 83從圖3可看出,在100%工況下進(jìn)行的吸人口0. 5230. 62壓力階躍擾動(dòng)試驗中,煤氣熱值最大動(dòng)態(tài)偏差為0%負荷4. 99 kJ/kg,質(zhì)量最大動(dòng)態(tài)偏差為8. 12 kg,壓力最7.56122. 359. 23898. 35大動(dòng)態(tài)偏差為8 kPa,溫度最大動(dòng)態(tài)偏差為0. 4228. 9646.52C,系統各輸出變量的變化均未超過(guò)表1中所列的0.090. 3150.08210. 68限制條件(在圖中以2條虛線(xiàn)表示允許的動(dòng)態(tài)偏差0.650.652范圍,下同);而控制作用的變化速率和幅值在控制注:表中“一”表示無(wú)需計算過(guò)程中能自動(dòng)滿(mǎn)足表2的要求(圖3(b)坐標上、下4.2100%工況點(diǎn)上吸入口壓力正弦波的擾動(dòng)試驗限即為表2中控制作用幅值上、下限,下同). .該試驗嚴格按照ALSTOM基準測試要求,首15164.2星-01030000200宣-0.-10中國煤化工」時(shí)間/sTYHCNMHG.(a)氣化爐各輸出變量響應第2期吳科,等:ALSTOM氣化爐的模糊增益調度預測控制●235●203-r 2-g101002003001030200000時(shí)間/s(b)氣化爐各控制作用的變化圖3在100%工況下.吸人口壓力作-20kPa階躍擾動(dòng)時(shí)的系統響應曲線(xiàn)Fig.3 Step response curve of PSINK (- 20 kPa) at 100% load先將系統保持在100%工況點(diǎn)穩定運行30 s,然后.根據基準測試的要求,需要在0%. 50%和.開(kāi)始做吸入口壓力幅值為20 kPa、頻率為0.04 Hz100%工況下重復上述擾動(dòng)試驗,限于篇幅,本文未的正弦波擾動(dòng)試驗,試驗持續時(shí)間為300s,系統響給出系統響應曲線(xiàn),3種不同工況下的試驗數據示.應和控制作用變化示于圖4.于表3.從表中不難看出:3種工況點(diǎn)上，當吸人口壓從圖4可看出,在100%工況下進(jìn)行的壓力正力的波動(dòng)時(shí),控制系統均能滿(mǎn)足表1和表2的要求.弦波擾動(dòng)試驗中,煤氣熱值最大動(dòng)態(tài)偏差為8. 124.350%工況至100%工況變負荷試驗kJ/kg,質(zhì)量最大動(dòng)態(tài)偏差為7.02 kg,壓力最大動(dòng).在本試驗中,根據基準測試要求,首先保持系統態(tài)偏差為5.3 kPa,溫度最大動(dòng)態(tài)偏差為0. 56C,系在50%工況點(diǎn)穩定運行100 s,然后開(kāi)始進(jìn)行從.統各輸出變量的變化均未超過(guò)表1中所列的限制條.50%工況至100%工況的變負荷試驗,負荷設定值.件.變化率取為5%/ min,試驗持續時(shí)間為5400 s.系統0.40.2AAA0.2--10-0.4--1510.53wwwwwWWWW中國煤化工0TYHCNMHGo時(shí)間/e(a)氣化爐各輸出變量響應●236●動(dòng)力工程第28卷2015002003000100.WWWWWWW10時(shí)間/s(b)氣化爐各控制作用的變化圖4在100%工況下壓力正弦波擾動(dòng)試驗響應曲線(xiàn)Fig. 4 Sinusoidal response curve of PSINK at 100% load響應和控制作用變化示于圖5.的熱值、煤氣壓力及煤氣溫度均能很好地跟蹤希望.從圖5可看出,當負荷從50%升至100%(變化值的變化,床料質(zhì)量的變化經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后回復到.率為5%/min)時(shí),控制系統使氣化爐的負荷、煤氣原來(lái)值,最大動(dòng)態(tài)偏差在可接受的范圍內.?s4 S0010203040506070809024400己430010.5廠(chǎng)-10.020 3005060708090Is七'10 20 304050 60 70 80 90區12501020304050器I20010 203040506070 80 90時(shí)間/min(a)氣化爐各輸出變量響應圖5氣化爐在50%~100%工況的變負荷試驗響應曲線(xiàn)Fig.5 Response curve of loading point from 50% to 100%為檢驗控制系統的有效性,筆者嚴格按照5結論ALSTOM公司提出的各項基準測試要求對控制系.筆者針對ALSTOM氣化爐模型，首先通過(guò)線(xiàn)統進(jìn)行了測試,結果表明:所提出的氣化爐控制系統性化得到各典型工況下的基準模型,然后應用模糊.在中國煤化工下,輸出變量的變推理,建立了系統在任何工況下的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)模型.在化均CNMH(測試要求,而且整此基礎.上,提出了一種新的模糊增益調度預測控制個(gè)控,從而為氣化爐的策略,并將其應用于對氣化爐的自動(dòng)控制中.控制提供了一種可以選擇的方法.第2期吳科,等:ALSTOM氣化爐的模糊增益調度預測控制●237.[6] SeyabPK AI, Cao Y, Yang s H. Predictive control參考文獻:for the ALSTOM gasifier problem[J]. IEE Proc[1] Zhengmao Ye, Mohamadian H P，Yongmao Ye.Control Theory Appl. May, 2006， 153 (3): 293 -Integration of IGCC plants and reachable multi-objective thermo economic optimization [C]//In:,[7 ] Taylor C J, Shaban F M. Multivariable proportional-IEEE International Conference on Computationalintegral- plus (PIP) control of the ALSTOM gasifierCybernetis. Tllin. Estonia, August, 2006:1-3.simulation[J]. IEE Proc Control Theory Appl. May,[2] 焦樹(shù)建. IGCC的某些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與展望[J].動(dòng)2006，153<3); 277-285. .力工程, 2006, 26(2);153- 165.[8] 史本天,郭新生,劉英萍,等. ICCC發(fā)電系統中煤氣[3] Dixon R. Alstom benchmark challenge i; Control of化工藝的選擇[J].燃氣輪機技術(shù), 2006, 19(1):21a nonlinear gasifer model[EO/OL]. Available from:-25.< http://www. iee. org/OnComms/PN/controlauto/[9] Dixon R. Advanced gasifier control[J]. IEE Comput.Specification. v2. pdf> ,2002.Control Eng, 1999,10(3); 93- 96.[4] DixonR， Pike A W. 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PracticeControl Enginering, 2000, 214(1); 441-452.2001(9) :819- 828.● 征文通知●中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì )鍋爐專(zhuān)委會(huì )2008年度學(xué)術(shù)研討會(huì )征文中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì )鍋爐專(zhuān)委會(huì )與無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司聯(lián)合舉辦2008年度鍋爐技術(shù)研討會(huì ),擬于2008年10月在無(wú)錫與鍋爐行業(yè)總工程師工作研討會(huì )一起召開(kāi)。為促進(jìn)大容量高參數電站鍋爐科研、設計、制造、運行技術(shù)的協(xié)調發(fā)展和適應國內外電力市場(chǎng)的新需求,為促進(jìn)信息共享,加強溝通,特向鍋爐行業(yè)人士廣泛征集論文,具體要求如下:1 征稿內容(1)超臨界、超超臨界壓力鍋爐技術(shù);(2)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù);(3)清潔燃燒技術(shù)、環(huán)境保護技術(shù)及設備;(4)燃氣輪機電站余熱鍋爐技術(shù);以上內容包括:科研、設計、制造、調試、運行、材料等各方面。2征稿要求投寄論文必須是原創(chuàng )論文,已在公開(kāi)刊物上發(fā)表的不屬征稿對象。論文必須困文清楚,格式應按照正規出版要求,稿件1式2份,信封上請注明“鍋爐專(zhuān)委會(huì )征稿”字樣,同時(shí)請將論文電子稿發(fā)送至下述E-mail地址。3論文處理程序(1)經(jīng)審稿后論文分為:大會(huì )宣讀論文、專(zhuān)題會(huì )宣讀論文、會(huì )議交流論文;(2)論文評審后，經(jīng)選擇將分別發(fā)表在《動(dòng)力工程》或《發(fā)電設備》期刊上。4論文截稿日期:2008年9月中旬5寄稿地址:上海市閔行區劍川路115號;郵編:200240中國煤化工中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì )鍋爐專(zhuān)業(yè)委員會(huì )蔡世林 、陳端雨收YHCNMHG電話(huà):021-64358710 X 625;13801623468021-64358710X 628; 13601688616E mail : speribrd@ public6. sta. net. cn