MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn luận án Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) đốt than luôn đóng vai trò quan trọng trong hệ thống nguồn điện quốc gia, dự kiến trong tương lai tiếp tục là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho nhiệm vụ phát triển kinh tế và nhu cầu sinh hoạt [1. Tính đến hết năm 2020, tổng công suất đặt của các NMNĐ đốt than là 20.867 MW, chiếm khoảng 30% toàn hệ thống, sản lượng điện năng đạt năm 2020 đạt 123.117 GWh chiếm tỷ lệ 50% cơ cấu điện toàn hệ thống [5]. Vì vậy, vận hành ôn định các nhà máy nhiệt điện đốt than ảnh hưởng tới an ninh năng lượng của nhà nước.
Hệ thống điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than là một trong hệ điều khiển phức tạp nhất của hệ điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ [2,6]. Hệ điều khiển nhà máy có nhiệm vụ trước tiên là đảm bảo vận hành ồn định, ít sự cố để đảm bảo sản lượng điện là lớn nhất, tiếp đến yếu tố chỉ phí vận hành nhà máy là thấp nhất. Chính vì vậy, hệ điều khiển nhà máy đóng vai trò quan trọng khi nhà máy vận hành. Tuy nhiên, động lực học các quá trình của nhà máy là phi tuyến, đa thông số, luôn có sự tác động của các nhiễu quá trình do thông số đầu vào thay đổi, cũng như thiết bị cơ nhiệt, thiết bị chấp hành bị suy thoái sau thời gian vận hành.
Do đó, sau một thời gian vận hành, các mạch vòng điều khiển không hoạt động tự động được mà phần lớn phải chuyên sang chế độ bằng tay, điều này dẫn đến nguy cơ mất én định, sự cố và chỉ phí vận hành tăng cao. Trên quan điểm điều khiến, hiệu quả quá trình vận hành lò hơi nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào hai nhóm yếu tố có thé phân như sau: Yếu tó bắt định và yếu to gay ton that nhién liéu [6-10]. Các yếu tố bất định bao gồm: sự suy giảm độ chính xác của các thiết bị đo lường, sự thay đổi khả năng đáp ứng của các cơ cau chap hanh va hiéu qua trao đổi nhiệt của thiết bị [29]. Để hạn chế các yếu tố này, chủ đầu tư cần tiễn hành kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ theo quy định, nhằm nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
Các yếu tố gây tôn thất nhiên liệu gồm có: sự thay đổi liên tục về phâm chất của nhiên liệu tạo ra nhiễu quá trình, sự không ôn định của các hệ thống điều khiển chính và chất lượng điều khiển mỗi mạch chưa tốt. Để khắc phục những nguyên nhân do hệ thống điều khién, cần thiết tiến hành công tác chỉnh định hệ thống điều khiển. Tổng công ty Phát điện 1, một trong những đơn vị tham gia Thị trường Bán buôn điện cạnh tranh Việt Nam, sở hữu công suất đặt 7. Trong đó có Trung tâm điện lực Duyên Hải là một trong hai trung tâm nhiệt điện lớn nhất tại Việt Nam, là nguồn cung cấp điện chủ yếu cho các tỉnh miền Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ.
Sau một thời gian vận hành, mặc dù đang ở giai đoạn đầu của vòng đời dự án, trung tâm vẫn gặp phải một số vấn đề, điển hình trong năm 2018 như [1 1]: - Các tổ máy vận hành với độ tin cậy chưa cao như thiết kế, vẫn xay ra su cỗ liên quan tới các thiết bị quan trọng như: lò hơi, máy nghiền, quạt khói, bơm cấp, máy phát, van bypass.; - Suất tiêu hao nhiên liệu/suất hao nhiệt cao hơn thiết kế, đao động công suất phát điện và lưu lượng nhiên liệu vào lò hơi còn lớn; - Xảy ra hiện tượng đóng xỉ, với 2 lần đóng xỉ bịt kín phễu thuyền xỉ, phải dừng dài ngày để khắc phục; - Hệ thống điều khiên DCS hoạt động với nhiều khiếm khuyết, các bộ tham số PID chưa được chỉnh định hợp lý, dẫn tới chưa thực hiện được một số chức năng tự động điều chỉnh. Bên cạnh các nguyên nhân do phâm chất nhiên liệu không đạt được như tiêu chuẩn thiết kế, việc chưa hiệu chỉnh phù hợp các hệ thống điều khiển phù hợp theo đặc tính nhiên liệu than và sự thay đổi đặc tính truyền nhiệt theo thời gian là nguyên nhân chủ yếu. Ngoài ra, các hàm quy đôi mối quan hệ giữa các đại lượng điều khiển phản ánh chưa chính xác mỗi tương quan sự thay đổi theo thời gian, dẫn tới bộ tham số điều khiên PID của mỗi hệ thống hoạt động chưa thật sự đạt hiệu quả. Vấn đề đảm bảo nguồn cung nhiên liệu than ôn định và chất lượng luôn được các chủ đầu tư đặc biệt quan tâm.
Hiện tại và trong tương lai, việc phải sử dụng nguồn nhiên liệu than từ nhập khẩu là điều tất yếu đối với các nhà máy điện. Do vậy, việc tổ chức nghiên cứu những tác động khi sử dụng đốt trộn nhiều loại than tới hiệu quả vận hành của các hệ thống điều khiên nhà máy là rất cần thiết. Trong đó, các hệ thông điều khiển cấp phụ tải nhiệt có vai trò quan trọng. Một trong những giải pháp được xem xét là ứng dụng, lắp đặt thêm hệ trí tuệ nhân tạo, giao tiếp với hệ thống điều khiển DCS, giúp nhận | dang va toi uu hoa qua trình cấp nhiên liệu vào buồng lửa.
Do vậy, đặt ra yêu cầu cần có nghiên cứu về các mô hình điều khiển, cũng như phương pháp luận ứng dụng giải pháp chỉnh định có kết hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo. Trong những bối cảnh nêu trên, cần thiết triển khai đề tài nghiên cứu để củng cố phương án nhận dạng, hiệu chỉnh giúp duy trì sự ôn định của chất lượng điều khiển trong nhà máy nhiệt điện. Do vậy, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “Phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun”. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu của luận án Nghiên cứu phương pháp nhận dạng và chỉnh định hệ điều khiên nhà máy nhiệt điện đốt than phun phục vụ vận hành ôn định và hiệu quả.
Đối tượng nghiên cứu Hệ điều khiển NMNĐ sử dụng công nghệ đốt than phun áp suất cận tới hạn. Phạm vì nghiên cứu Nghiên cứu phân tích, nhận dạng va chỉnh định các mạch vòng điều khiển chính của nhà máy nhiệt điện. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu hệ điều khiển của NMNĐ Duyên Hải 1, kết hợp nghiên cứu lý thuyết (hệ điều khiển và mạng nơron) với số liệu thí nghiệm và vận hành của nhà máy để phân tích, nhận dạng, đánh giá chỉnh định các mạch vòng điều khiển. Nghiên cứu phương pháp luận triên khai nhận dạng và chỉnh định trong thực tế dé chuẩn bị các công cụ và phương pháp luận cần thiết.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến các mạch vòng điều khiển chính trong NMND đốt than phun phục vụ định hướng cho nhận dạng và chỉnh định hệ thống điều khiển trong nhà máy điện. Đề xuất phương pháp nghiên cứu ứng dụng mạng noron dé nhan dang, chỉnh định hệ điều khiển nhà máy. Phương pháp này tạo ra khả năng ứng dụng vào nhà máy nhiệt điện để nâng cao độ ôn định và hiệu quả vận hành. Nghiên cứu sử dụng phần tử dự báo kết hợp với bộ điều khiển hiện có trong NMND đốt than phun.
Xây dựng thành công công cụ phục vụ chỉnh định tham số bộ điều khiển trong nhà máy nhiệt điện. Nghiên cứu góp phần giúp nâng cao hiệu quả vận hành các NMNĐ, giúp đảm bảo nguồn điện phục vụ phát triển đất nước và an sinh xã hội. Những điểm đóng góp mới của luận án - Phân tích đặc điểm công nghệ, cấu trúc điều khiển, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc, trình tự thực hiện chỉnh định các mạch vòng điều khiển cơ bản trong NMNĐ đốt than phun công nghệ cận tới hạn, phục vụ định hướng cho nhận dạng và chỉnh định hệ thống điều khiển trong NMNĐ. - Sử dụng hiệu quả phần tử dự báo kết hợp bộ điều khiển để chỉnh định các mạch vòng điều khiển trong NMNĐ, đề xuất thời gian dự báo xác định không vượt qua 0,461 lan thoi gian trễ van tải của đối tượng.
Đề xuất bộ tham số điều khiển mới cho mạch vòng điều khiển vòng điều khiển gió chính và cấp nhiên liệu tại NMNĐ Duyên Hải I. - Ứng dụng thành công mạng noron trong nhận dạng hệ điều khiển nhà máy cụ thể. Mạng nơron được kiểm chứng chức năng nhận dạng đặc tính vận hành của nhà máy, đánh giá các cấu trúc điều khiển và hiệu chỉnh quá trình cấp nhiên liệu tại NMNĐ Duyên Hải 1. Cấu trúc luận án Luận án được trình bày trong 4 chương: Chương l trình bày tổng quan về NMNĐ đốt than phun, nguyên nhân dẫn tới sự cần thiết phải nghiên cứu hiệu chỉnh trong NMNĐ, khái quát các công trình nghiên cứu, từ đó định hướng nghiên cứu cho luận án.
Chương 2 phân tích yếu tố ảnh hưởng tới các mạch vòng điều khiển trong NMNĐ đốt than phun, ứng dụng mô hình điều khiến phục vụ nghiên cứu các chế độ vận hành và đánh giá đáp ứng của hệ thống trong điều kiện vận hành thực tế. Chương 3 trình bày kết quả phát triển phương pháp phần tử dự báo trong bộ điều khiển để chỉnh định các mạch vòng điều khiển. Trình bày phần mềm phục vụ chỉnh định tham số bộ điều khiển trong NMNĐ. Chương 4 trình bày phương pháp ứng dụng mạng noron để nhận dạng hệ điều khiến nhà máy từ số liệu vận hành.
KHAI QUAT CHUNG VE NHAN DANG VA CHINH DINH CAC BO DIEU KHIEN TRONG NHA MAY NHIET DIEN Chương một của luận án trình bày các nội dung sau: - Sự cần thiết nghiên cứu các hệ thống điều khiển trong nhà máy nhiệt điện nói chung và điển hình tại NMNĐ Duyên Hải 1; - Khái quát chung về phương pháp nhận dạng và chỉnh định các mạch vòng điều khiên trong công nghiệp; - Tổng kết các công trình nghiên cứu về nhận dạng và chỉnh định các mạch vòng điều khiển trong công nghiệp; - Định hướng nghiên cứu. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DOT THAN PHUN [1] [2][3][8] [9] [21] [22] [30] Nhà máy nhiệt điện đốt than phun là một tổ hợp dây chuyền công nghệ giúp biến đổi nhiên liệu than thành điện năng thông qua quá trình đốt cháy. Tổ hợp nhà máy gồm các phần chính: khối lò hơi giúp đốt cháy nhiên liệu sản xuất hơi nước; gian tuabin và máy phát có nhiệm vụ chuyên năng lượng hơi sang cơ năng quay tuabin từ đó thành điện năng; khối hệ thống phụ trợ như hệ thống cung cấp nhiên liệu, nước tuần hoàn, hệ thống khí nén điều khiển, khối xử lý nước khử khoáng.
