ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ Nhận dạng điểm làm việc tối ưu của lò hơi nhiệt điện từ dữ liệu điều khiển để nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện ĐỖ TÀI KHANG Khang.vn Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Chuyên ngành Tự động hoá nâng cao Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Quang Đăng Chữ ký của GVHD Viện: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa HÀ NỘI, 03/2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn : Đỗ Tài Khang Đề tài luận văn : Nhận dạng điểm làm việc tối ưu của lò hơi nhiệt điện từ dữ liệu điều khiển để nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện Chuyên ngành : Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số HV : 20202257M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28 tháng 04 năm 2023, với các nội dung sau: Chỉnh sửa chú thích: hình 4.7 Bổ sung trích dẫn nguồn gốc một số ảnh tư liệu: hình 2.3 Bổ sung thêm kết luận về chất lượng, hiệu suất đạt được tại chương 4 Sửa lỗi chính tả trong cả luận văn Ngày 16 tháng 05 năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1. Họ và tên giáo viên hướng dẫn chính: TS. Phạm Quang Đăng 2.
Cơ quan: Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3. Nội dung Đề tài chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Tên đề tài: “Nhận dạng điểm làm việc tối ưu của lò hơi nhiệt điện từ dữ liệu điều khiển để nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện” Giáo viên hướng dẫn Ký và ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Quang Đăng, người hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ. Xin cảm ơn TS.
Phạm Thị Lý đã cung cấp bộ dữ liệu về hoạt động của lò hơi nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. Lời cuối cùng, xin cảm ơn toàn thể các thầy cô tham gia giảng dạy khóa cao học 2020B cũng như các cán bộ nghiên cứu tại viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa,trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp tác giả tích lũy được nhiều kiến thức quý báu, phục vụ cho công tác nghiên cứu hiện tại và sau này trong lĩnh vực Điều khiển và Tự động hóa. Xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Đề tài: “Nhận dạng điểm làm việc tối ưu của lò hơi nhiệt điện từ dữ liệu điều khiển để nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện” Nội dung luận văn giải quyết các vấn đề sau: Phân tích vấn đề nâng cao hiệu suất lò hơi nhiệt điện. Giới thiệu bài toán tối ưu hóa thời gian thực, kỹ thuật máy học và tối ưu hóa sử dụng trong luận văn.
Thực hiện mô hình hóa, chạy mô phỏng thuật toán tối thiểu hàm lượng oxy dư của quá trình cháy dựa trên dữ liệu thực từ nhà máy. Đánh giá thiết kế và khả năng ứng dụng vào thực tiễn. Phương pháp nghiên cứu và công cụ sử dụng Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp phương pháp phân tích lý thuyết và mô phỏng dựa trên dữ liệu thực tế. Chương trình mô phỏng được phát triển trên môi trường googlecolab và python3.
Kết quả Luận văn phù hợp với yêu cầu đặt ra, có tính khoa học và ứng dụng thực tiễn đối với tình hình nghiên cứu trong nước. Hướng mở rộng của luận văn là giải quyết hoàn thiện bài toán tối ưu hóa thời gian thực hiệu suất lò hơi nhiệt điện. Sinh viên thực hiện Ký và ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỤC LỤC.xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xiii DANH MỤC HÌNH VẼ.
xv DANH MỤC BẢNG BIỂU .xvii TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI ĐỐT PHUN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN .1 Tổng quan về công nghệ nhiệt điện. 1 Phân loại nhà máy nhiệt điện theo tua bin. 1 Phân loại nhà máy nhiệt điện theo áp suất hơi .2 Công nghệ đốt than của lò hơi nhà máy nhiệt điện. 2 Công nghệ đốt than phun (Pulverized Coal – PC).
2 Công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) .3 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc cơ bản của nhà máy nhiệt điện đốt than phun áp suất cận tới hạn. 4 Cấu tạo cơ bản của nhà máy nhiệt điện đốt than. 4 Nguyên lý hoạt động cơ bản của nhà máy nhiệt điện đốt than.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò hơi đốt phun. 7 Giới thiệu chung.
7 Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động. 7 Quá trình biến đổi năng lượng trong lò hơi đốt than phun.5 Hệ thống điều khiển lò hơi đốt than phun có bao hơi. 9 Lò hơi là một đối tượng điều khiển [2]. 9 Hệ thống điều khiển lò hơi .6 Điều khiển quá trình cháy trong lò hơi nhiệt điện.
16 Các giai đoạn của quá trình cháy. 16 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy. 17 Các mạch vòng điều khiển quá trình cháy trong lò hơi. 18 NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÒ HƠI NHIỆT ĐIỆN .1 Vấn đề nâng cao hiệu suất lò hơi.
23 Các loại tổn thất của lò hơi. 23 Các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lò hơi .2 Điều khiển quá trình nâng cao và tối ưu hoá thời gian thực. 27 Phân cấp chức năng điều khiển quá trình. 27 Điều khiển dự báo (Model Predictive Control - MPC).
29 Tối ưu hóa thời gian thực (Real-time Optimization - RTO). 33 THUẬT TOÁN SUPPORT VECTOR REGRESSION VÀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN .1 Mô hình hóa đối tượng dựa trên dữ liệu .2 Phương pháp Support Vector Regression .3 Giải thuật di truyền. 40 Giới thiệu về giải thuật di truyền. 40 Định nghĩa giải thuật di truyền [4] [5].
40 Các phương thức tiến hoá của giải thuật di truyền. 41 Giải thuật di truyền và bài toán tối ưu. 42 TỐI ƯU HOÁ THỜI GIAN THỰC HIỆU SUẤT LÒ HƠI.1 Điều khiển tối ưu hóa hiệu suất lò hơi .2 Triển khai RTO trên bộ dữ liệu thực. 47 Mô hình hàm lượng Oxy dư và công suất phát.
47 Hàm mục tiêu và giải thuật tối ưu hóa. 51 Mô phỏng và đánh giá kết quả. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 59 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.
65 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Dịch nghĩa PCS Process Control System Hệ thống điều khiển quá trình APC Advanced Process Control Điều khiển quá trình nâng cao MPC Model predictive Control Điều khiển dự báo mô hình RTO Real-time Optimization Tối ưu hóa thời gian thực SVM Support Vector Machine Máy véc-tơ hỗ trợ SVR Support Vector Regression Hồi quy véc-tơ hỗ trợ GAs Genetic Algorithms Giải thuật di truyền DCS Distributed Control System Hệ thống điều khiển phân tán PC Pulverized Coal Công nghệ đốt than phun CFB Circulating Fluidized Bed Công nghệ lò sôi tuần hoàn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý lò hơi đốt than phun .2 Sơ đồ nguyên lý lò hơi tầng sôi tuần hoàn .3 Cấu hình cơ bản của tổ máy nhiệt điện đốt than .4 Giản đồ công nghệ (Process Diagram) của một tổ máy nhà máy nhiệt điện .1 Lò hơi trong nhà máy nhiệt điện .2 Các đầu vào ra của lò hơi .3 Cân bằng giữa lượng nước cấp và hơi nước cộng với lượng nước đi xuống .4 Cân bằng giữa khối lượng nhiên liệu cộng gió và khối lượng tro xỉ cộng khói .5 Cân bằng khối lượng các thành phần hóa học.6 Cân bằng các thành phần hóa học .7 Cân bằng năng lượng giữa đầu vào và đầu ra của lò hơi .8 Quá trình cháy trong buồng lửa lò hơi .9 Các quá trình trong lò hơi nhiệt điện .10 Lưu đồ P&ID của hệ thống điều khiển khói gió .11 Đặc tính lượng đặt nồng độ oxy dư .12 Mạch vòng điều khiển O2 dư .13 Phân bố áp suất của lò .14 Sơ đồ cấu trúc điều khiển khói gió .1 Cân bằng năng lượng vào ra của lò hơi .2 Phân cấp hệ thống tự động hóa công nghiệp.3 Sách lược điều khiển dự báo .4 Cấu trúc chung của MPC .5 Quỹ đạo đặt và quỹ đạo tham chiếu.6 Xác định phiếm hàm mục tiêu .7 Cấu trúc chung của RTO .1 Thuật toán SVM .2 Mô tả thuật toán SVR .3 Hàm xấp xỉ với số bậc khác nhau .4 Hiệu chỉnh thuật toán SVR với tham số .5 Dữ liệu được biến đổi về dạng tuyến tính .1 Lưu đồ giải thuật cơ bản .1 Quá trình cháy trong lò hơi .2 Tối ưu hóa thời gian thực hiệu suất lò hơi .3 Sự phụ thuộc của công suất phát theo một số tham số.4 Mô hình hóa công suất phát .5 Công suất phát thực và công suất phát dự báo.6 Sự phụ thuộc của hàm lượng Oxy dư theo các tham số .7 Mô hình hàm lượng Oxy dư .8 Nồng độ Oxy thực và nồng độ Oxy dự báo .9 Hàm lượng Oxy dư sau khi tối ưu hóa. 53 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Tham số hoạt động lò hơi. 47 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI ĐỐT PHUN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN 1.1 Tổng quan về công nghệ nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện là một dây chuyền công nghệ biến đổi nhiệt năng khi đốt các nhiên liệu hữu cơ (than, dầu, khí…) thành điện năng. Hiện trên thế giới nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm khoảng 40%, nhà máy nhiệt điện khí khoảng 20% tổng sản lượng.
Tại Việt nam, riêng nhà máy nhiệt điện đốt than là khoảng 30%, đến 2030 sẽ là trên 50% tổng sản lượng điện. Nguyên lý làm việc cơ bản của nhà máy nhiệt điện như sau: Năng lượng được tàng trữ dưới dạng liên kết hóa học của nhiên liệu hóa thạch được đưa vào lò hơi để biến thành cơ năng của hơi, năng lượng hơi được sinh công quay tuabin. Rotor máy phát được nối trục với tuabin, stator được cấp kích từ và máy phát sẽ phát ra năng lượng điện Phân loại nhà máy nhiệt điện theo tua bin Tua bin ngưng hơi: Phụ tải nhiệt chỉ dùng để phát điện. Đối với tuabin loại này, 100% lưu lượng hơi vào tua bin để sinh công, sau khi ra khỏi tua bin áp suất hơi thấp (gần áp suất khí quyển) được ngưng thành nước quay trở lại lò hơi.
Loại tua bin này dùng cho nhà máy phát điện công suất lớn.