第6章火電機(jī)組熱工過程建模與仿真ppt課件.ppt

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1、第6章火電機(jī)組熱工過程建模與仿真6．1火電機(jī)組熱工過程數(shù)學(xué)模型概述現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特征是日益精確化、定量化、數(shù)字化。數(shù)學(xué)模型正是從定量的角度去分析、解決所遇到的實(shí)際問題的一種行之有效的方法，從而越來越多地受到了人們的重視?；痣娬臼怯梢幌盗邢到y(tǒng)復(fù)雜、體積龐大、價(jià)格昂貴的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備構(gòu)成的。對(duì)這些設(shè)備的研究一般都要借助于數(shù)學(xué)模型。根據(jù)研究任務(wù)的不同，有時(shí)需要建立局部模型，有時(shí)則需要建立整體模型兩種模型。數(shù)學(xué)模型是由描述具體過程的一系列數(shù)學(xué)方程(包括代數(shù)方程、微分方程)組成的聯(lián)立方程組。數(shù)學(xué)模型比較抽象，但它可以比較全面地反映一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的性質(zhì)。數(shù)學(xué)模型又可

2、分為靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型兩種模型。靜態(tài)模型用來描述系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)或平衡狀態(tài)下各種輸入變量與輸出變量之間的關(guān)系。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入的物質(zhì)及能量保持不變，機(jī)組各系統(tǒng)的參數(shù)也將保持穩(wěn)定，這些穩(wěn)定工況下各參數(shù)之間的關(guān)系便可用靜態(tài)模型描述。靜態(tài)模型主要用于機(jī)組的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核計(jì)算，一般要求具有較高的精度。動(dòng)態(tài)模型用來描述系統(tǒng)在過渡過程中各種變量隨時(shí)間變化的關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，哪些參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，其變化的速度及歷程如何，這些都屬于動(dòng)態(tài)模型要研究的問題。例如，當(dāng)燃料量變化時(shí)，機(jī)組原來的平衡狀態(tài)就會(huì)受到破壞，電功率等參數(shù)都將發(fā)生變化，經(jīng)過一段

3、時(shí)間運(yùn)行，機(jī)組又將達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這個(gè)動(dòng)態(tài)過程中電功率的變化規(guī)律需要用動(dòng)態(tài)模型描述。動(dòng)態(tài)模型與靜態(tài)模型是相互聯(lián)系的，從理論上講，動(dòng)態(tài)模型實(shí)際上包含了靜態(tài)模型。對(duì)于存在穩(wěn)定狀態(tài)的系統(tǒng)來說，當(dāng)時(shí)間t→∞時(shí)，它必然處于一平衡狀態(tài)，此時(shí)的平衡狀態(tài)仍滿足動(dòng)態(tài)模型方程。也就是說，若假定動(dòng)態(tài)模型中的動(dòng)態(tài)項(xiàng)(對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)項(xiàng))為零，則動(dòng)態(tài)模型也就轉(zhuǎn)化為靜態(tài)模型，可見靜態(tài)模型是動(dòng)態(tài)模型的極限和基礎(chǔ)。為了使動(dòng)態(tài)模型及其計(jì)算不至于過分復(fù)雜，在建模時(shí)往往進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，以滿足模型應(yīng)用的要求。一個(gè)理想的動(dòng)態(tài)模型應(yīng)滿足精確性和實(shí)用性兩方面的要求。精確性指模型應(yīng)能在允許的誤差范圍內(nèi)，反映出系

4、統(tǒng)的全部重要特性，從這個(gè)角度來講，考慮的影響因素越多，模型越好；實(shí)用性指所建立的模型應(yīng)易于數(shù)學(xué)處理，并解決實(shí)際問題，從這方面講，模型越簡(jiǎn)單越好。通常所建立的模型往往是這兩種要求的折中處理。建立火電機(jī)組動(dòng)態(tài)模型的方法主要有兩種：機(jī)理法和測(cè)試法。根據(jù)基本的物理定律從系統(tǒng)內(nèi)部工作過程的機(jī)理出發(fā)，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法稱為機(jī)理法，所得到的模型通常稱為理論解析模型。它具有較嚴(yán)密的理論依據(jù)，在任何狀態(tài)下使用都不會(huì)引起定性的錯(cuò)誤。建模時(shí)，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和類比，再做出一些合理假設(shè)，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)并為建模提供一定的理論依據(jù)，然后再根據(jù)基本的物理定律(如質(zhì)量守衡、能量守衡、動(dòng)量守衡

5、等)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的工作機(jī)理有了清楚全面的認(rèn)識(shí)，而且過程能用成熟的理論進(jìn)行描述時(shí)，便可采用機(jī)理法建模。由于實(shí)際過程的影響因素非常復(fù)雜，難以用精確的模型進(jìn)行描述，因此對(duì)已經(jīng)投運(yùn)的系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，常常采用試驗(yàn)方法建立數(shù)學(xué)模型。在機(jī)組某一穩(wěn)定工況下，根據(jù)試驗(yàn)要求，加入一定形式的擾動(dòng)，再測(cè)量某個(gè)或某些狀態(tài)變量的變化，其變化過程可用一條響應(yīng)曲線表示。利用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得對(duì)象傳遞函數(shù)或其他形式的數(shù)學(xué)描述。這種依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建模的方法通常稱為測(cè)試法，所得到的模型稱為經(jīng)驗(yàn)歸納模型。這種方法不涉及系統(tǒng)內(nèi)部的工作機(jī)理，完全依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間定量關(guān)系，所以需要大量的試驗(yàn)數(shù)

6、據(jù)。所建模型的精度主要取決于原始數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差、廣泛程度和數(shù)據(jù)處理的方法及手段。一般來講，經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)才能得到較為精確的模型。由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需要較多的費(fèi)用和時(shí)間，甚至要冒較大的風(fēng)險(xiǎn)，所以這種方法一般只用于局部對(duì)象的精確建模。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，理論解析模型的精度一般都不夠高，而經(jīng)驗(yàn)歸納模型又只局限于對(duì)象的局部特性。為了提高模型的精度，同時(shí)又使模型具有較大的適用范圍，常采用機(jī)理法和測(cè)試法相結(jié)合的建模方法。這種模型的總體結(jié)構(gòu)仍具有明確的物理意義，習(xí)慣上仍稱為理論解析模型。具體建模時(shí)，首先要考慮的是模型的用途，不同層次的模型有不同的用途，層次的選擇取決于具體的研究目的

7、。在分級(jí)結(jié)構(gòu)中，每一層模型都由層次更低的模型組成，層次的位置越低，對(duì)象的描述就越詳細(xì)。隨著人們對(duì)于復(fù)雜熱力系統(tǒng)及設(shè)備中所發(fā)生的物理、化學(xué)過程的不斷深入了解，模型變得越來越復(fù)雜，這有助于使模型的描述更接近實(shí)際。然而，采用數(shù)學(xué)方程對(duì)過程進(jìn)行描述總是有局限性的，建模時(shí)總要對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行一定的假設(shè)。在某種意義上講，模型的復(fù)雜程度是一個(gè)無底洞，重要的是建立的模型能夠滿足工程實(shí)際的要求。6．2火電機(jī)組熱工過程建模的基本假設(shè)及依據(jù)火電機(jī)組熱工系統(tǒng)復(fù)雜、熱工設(shè)備很多。在建模時(shí)，通常根據(jù)工作原理將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)不同類型的設(shè)備，分別建立各種類型設(shè)備的通用數(shù)學(xué)模型。對(duì)于同一類型

8、的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性研究時(shí)