Разработка и исследование комбинированной системы управления давлением пара общей паровой магистрали ТЭЦ

Обсуждается решение задачи разработки системы регулирования давления пара в общей паровой магистрали ТЭЦ с автоматическим подбором параметров регулятора с использованием генетического алгоритма.

Описан один из возможных вариантов регулирования производительности котла, заключающийся в обеспечении взаимосвязанной работы пяти ключевых элементов: главного регулятора — системы управления верхнего уровня; регулятора тепловой нагрузки, регуляторов загрузки мельниц, регуляторов первичного воздуха и аэросмеси — подчиненных контуров управления. Главный регулятор функционирует в условиях существенной неопределенности и оказывает влияние на работоспособность всего технологического комплекса по выработке тепла и электроэнергии.

Математическая модель рассматриваемого в работе технического объекта управления получена методом пассивного эксперимента на основании обработки годового объема данных по работе котла БКЗ(Е)-420-140 Благовещенской ТЭЦ. Исследования показали, что объект управления может быть представлен в виде динамической системы с постоянным запаздыванием, изменяющимися (переключающимися) параметрами и структурой в различных режимах функционирования, с относительной степенью передаточной функции, большей или равной единице. Для работы с данным многорежимным объектом разработана система управления, содержащая два эквивалентных фильтр-корректора — задающий и выходной; неявную эталонную модель; синтезированный (на этапе структурного синтеза) на основе критерия гиперустойчивости В. М. Попова комбинированный (адаптивно-робастный) алгоритм управления.

На заключительном этапе исследования — имитационном моделировании — проведено сравнение работы двух алгоритмов управления — разработанного адаптивно-робастного и классического пропорционально-интегрального. Для обеспечения качественной работы была выполнена процедура автоматического поиска параметров для регуляторов обеих систем управления на основе генетического алгоритма (параметрический синтез) и оценка качества их работы с помощью интегральной квадратичной ошибки.

Полученные в статье результаты могут быть использованы для обеспечения эффективной работы крупных теплоэнергетических систем, тепловых, электрических и атомных станций.

1. Мазурова О. В., Гальперова В. И., Локтионов В. И. Перспективная оценка спроса на электроэнергию в РФ и регионах с учетом углубленной электрификации // Экономика региона. 2022. Т. 18, № 2. C. 528—541.

2. Graham E., Fulghum N., Altieri K. Global Electricity Review 2025 // Ember. 2025. URL: https://ember-energy.org/app/uploads/2025/04/Report-Global-Electricity-Review-2025.pdf

3. Веселов Ф. В., Ерохина И. В., Макарова А. С., Соляник А. И., Урванцева Л. В. Энергоэкономическая оценка стратегий повышения энергетической эффективности теплоэнергетики России // Теплоэнергетика. 2021. № 12. С. 20—32.

4. Тумановский А. Г. Перспективы развития угольных ТЭС России // Теплоэнергетика. 2017. № 6. С. 3—13.

5. Еремин Е. Л., Теличенко Д. А. Автоматизированная система регулирования расхода топлива на ТЭЦ // Информатика и системы управления. 2011. Т. 28, № 2. С. 157—168.

6. Gilman G. F. Boiler control systems // G. F. (Jerry) Gilman. US.: ISA — The Instrumentation, Systems, and Automation Society. 2010. 198 p.

7. Теличенко Д. А., Никольский Д. И. Математические модели для одного класса сложных инерционных объектов с изменяющейся динамикой и запаздыванием // Электронное научное издание "Ученые заметки ТОГУ". 2016. Т. 7, № 3. С.142—151.

8. Eremin E. L., Nikiforova L. A., Telichenko D. A., Shelenok E. A. Аdaptive control system for structurally undefined thermal power plant on set of functioning states // Cybernetics and Physics. 2022. Vol. 11, N. 2. P. 67—73.

9. Daafouz J. Stability analysis and control synthesis for switched systems: a switched Lyapunov function approach // IEEE Trans. on Autom. Control. 2002. Vol. 47, N. 11. P. 1883—1887.

10. Zhai G., Xu X. A unified approach to analysis of switched linear descriptor systems under arbitrary switching // Int. J. of Appl. Mathematics Computer and Science. 2010. Vol. 20, N. 2. P. 249—259.

11. Цыкунов А. М. Робастное управление линейными объектами с переключениями // Проблемы управления. 2017. № 4. С. 2—7.

12. Еремин Е. Л. Метод большого коэффициента усиления в задаче самоорганизации систем управления структурно неопределенными линейными объектами с переключениями. II // Информатика и системы управления. 2022. № 2 (72). С. 60—73.

13. Shelenok E. A., Zhigalova S. A. Combined Control System for a Multi-Mode Plants With Delays in State and Neutral Type // 2025 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Sochi. Russian Federation. 2025. P. 454—459. DOI: 10.1109/ICIEAM65163.2025.11028523.

14. Еремин Е. Л. L-диссипативность гиперустойчивой системы управления при структурных возмущениях. III // Информатика и системы управления. 2007. Т. 14, № 2. C. 153—165.

15. Краснова С. А. Каскадный синтез наблюдателя состояния для нелинейных систем при наличии внешних возмущений // Автоматика и телемеханика. 2003. № 1. С. 31—54.

16. Захарова Е. М., Минашина И. К. Обзор методов многомерной оптимизации // Информационные процессы. 2014. Т. 14, № 3. С. 256—274.

17. Holland J. H. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence. The MIT Press, Cambridge, 1992.

18. Harik G. R., Lobo F. G., Goldberg D. E. The Compact Genetic Algorithm // IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 1999. Vol. 3, N. 4. Р. 287—297.

19. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И. Д. Рудинского. М.: Горячая линия — Телеком, 2006.

20. Шеленок Е. А. Периодические системы нелинейного управления в условиях неопределенности: дис. ... д-ра техн. наук. Хабаровск, ТОГУ, 2022.

21. Плетнев Г. П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 352 с.

22. Еремин Е. Л, Теличенко Д. А., Семичевская Н. П., Чепак Л. В., Шеленок Е. А. Управление техническими системами в условиях неопределенности. Благовещенск, Амурский государственный университет, 2014. 211 с.

23. Никифорова Л. В. Система управления структурно и параметрически неопределенным неаффинным объектом с запаздываниями нейтрального типа и по управлению // Информатика и системы управления. 2021. Т. 70, № 4. С. 110—121.

24. Попов В. М. Гиперустойчивость автоматических систем. М.: Наука, 1970.

25. Khalil H. K. Nonlinear Systems. New Jersey: Prentice Hall, 2002.