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試析火電廠鍋爐主汽溫度控制策略-電力論文發(fā)表

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試析火電廠鍋爐主汽溫度控制策略
李波
摘要:
火電廠鍋爐主汽溫控制的大延時和大慣性特性使其一直以來都成為火電廠自動控制的難點。本文綜述了引起鍋爐主汽溫度變化的因素、控制的必要性、并且總結了國內(nèi)主汽溫度控制的幾種方法及其優(yōu)點。
關鍵詞:火電廠鍋爐;主汽溫度;控制


一、火電廠鍋爐主汽溫度控制的必要性及影響因素
火電廠鍋爐是火電廠非常重要的設備,其中主蒸汽溫度是其最主要的輸出變量之一。主汽溫度自動調(diào)節(jié)的主要任務是保證過熱器出口的汽溫在允許范圍內(nèi),以確保機組運行的安全性和經(jīng)濟性。
如果該溫度過高,會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快,降低使用壽命。若長期超溫,則會導致過熱器爆管,在汽機側還會導致汽輪機的汽缸、汽閥、前幾級噴嘴和葉片、高壓缸前軸承等部件的壽命縮短,甚至損壞;假如該汽溫過低,會降低機組的循環(huán)熱效率,同時會使通過汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加,引起葉片磨損;當汽溫變化過大時,將導致鍋爐和汽輪機金屬管材及部件的疲勞,還將引起汽輪機汽缸和轉子的脹差變化,甚至產(chǎn)生劇烈振動,危及機組的安全,所以有效精準的控制策略是十分必要的。
運行中引起汽溫變化的主要因素是主蒸汽流量、煙氣量和減溫水流量。影響因素眾多,加上汽溫控制的質(zhì)量要求卻非常嚴格,一般要求主汽溫度穩(wěn)定在±5℃的范圍內(nèi),加上汽溫對象的復雜性,致使主汽溫的控制相對比較困難。
針對火電廠鍋爐這個復雜的控制對象,人們不斷地探索更為有效和精確的控制手段:經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論以及智能控制方法。下面對相關控制方法的控制思想、控制方法作簡要的介紹。

二、火電廠鍋爐主汽溫度控制的幾種方法
(一)基于經(jīng)典控制理論的主汽溫度控制方法
PID控制器結構簡單,能滿足大量工業(yè)過程的要求,特別是PID控制的強魯棒性使之能較好地適應過程工況的較大范圍變動。所以,PID控制至今仍然是應用最廣泛的控制規(guī)律。但是對于一些復雜過程,尤其是大時滯和大慣性系統(tǒng),常規(guī)的PID參數(shù)不能實現(xiàn)實時在線調(diào)整,且難以取得更好的控制效果。所以,采用常規(guī)PID控制方法很難獲得令人滿意的控制性能;谝陨铣R(guī)PID控制的缺點,出現(xiàn)了一系列的改進方法。近年來,將智能控制算法應用于各種復雜過程控制中引起了人們的廣泛關注。模糊自整定PID參數(shù)控制系統(tǒng)能在控制過程中對不確定的條件、參數(shù)、延遲和干擾等因素進行檢測分析,采用模糊推理的方法實現(xiàn)PID參數(shù)的在線自調(diào)整,不僅保持了PID控制系統(tǒng)原理簡單、使用方便、魯棒性較強等優(yōu)點,而且具有更大的靈活性、適用性、控制精度更好,是目前較為先進的一種控制系統(tǒng)!
(二)基于現(xiàn)代控制理論的主汽溫度控制方法
現(xiàn)代控制理論從理論上解決了系統(tǒng)的可控性、可觀測性、穩(wěn)定性及許多復雜系統(tǒng)的控制問題,它們在控制品質(zhì)上可以達到較為理想的效果,但是在工程實現(xiàn)方面卻面臨著一些難以解決的問題,因此目前工程應用仍然不是很多。到目前為止,存在以下幾種基于現(xiàn)代控制理論的主汽溫度控制方法:
1.自適應控制
無模型自適應控制(MFAC)有良好的參數(shù)適應性,它對非線性、大遲滯對象有很好的控制,因此主回路采用MFAC控制器,以克服對象的大遲延、大慣性和模型的不確定性。
2.預測控制
基于動態(tài)矩陣控制(DMC)預測的對模型無先驗知識的要求的特點,能實現(xiàn)對系統(tǒng)的優(yōu)化控制,能直接處理帶有純滯后的對象,對大慣性有較強的適應能力,從而有良好的跟蹤性能和較強的魯棒性。
3.狀態(tài)變量控制
狀態(tài)變量控制采用的是狀態(tài)空間法來分析系統(tǒng),這是一種有效的動態(tài)特性補償技術。在保持控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下,該方法可以加快噴水調(diào)節(jié)閥的動作速度,有效減少汽溫的最大動態(tài)偏差,對過熱汽溫這類有較大容積延遲的控制對象特別適用。
(三)智能控制
智能控制是是傳統(tǒng)控制發(fā)展形成的控制方式,主要用來處理傳統(tǒng)方法無法解決的控制對象參數(shù)在大范圍變化的問題?煞譃橐韵聨追N方式:
1.模糊控制
混合型模糊PID系統(tǒng)將串級控制與模糊控制的優(yōu)點有機地組合起來,綜合了串級控制調(diào)節(jié)精度高、模糊控制響應速度快、抗干擾性強、魯棒性好的特點,在蒸汽溫度系統(tǒng)中能解決系統(tǒng)小的超調(diào)量與系統(tǒng)快速性間的矛盾。
2.專家控制
專家系統(tǒng)應用人工智能技術,根據(jù)知識和經(jīng)驗進行推理和判斷。主汽溫度控制中種將專家控制和PID控制相結合,利用專家系統(tǒng)設計PID參數(shù)。這種改進的控制方法的性能優(yōu)于常規(guī)的PID控制方法,能適應對象參數(shù)的變化并表現(xiàn)出良好的控制品質(zhì),具有較強的魯棒性和自適應能力。
3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡
為提高PID控制器的自適應性,將人工神經(jīng)網(wǎng)絡與PID相結合,形成了具有自適應能力的單神經(jīng)元PID控制器。這種控制器用于超臨界機組過熱汽溫的控制,既保持了常規(guī)串級PID控制的優(yōu)點,又有自學習智能特性,具有良好的控制品質(zhì)和較強的自適應能力。

三、結論
本文總結了火電廠鍋爐主汽溫度控制的必要性、影響因素以及一些控制方。就目前的發(fā)展情況來看,常規(guī)的PID控制的控制方法雖然有一些缺點,控制質(zhì)量不高,但是它仍是主汽溫度控制的主要方法,近些年發(fā)展起來的多種方法都是基于傳統(tǒng)的PID控制方法改進而來的。通過現(xiàn)代化控制方法與傳統(tǒng)控制方法的結合,達到了取長補短的效果。但是這些控制方法理論上效果好,不過由于工程實際操作的原因,并沒有得到廣泛的應用。所以,未來將這些研究成果推廣到實際應用階段是我們的努力方向。

參考文獻
[1]吳寶光,謝克明.火電廠鍋爐先進控制與優(yōu)化策略研究[J].太原理工大學學報.2004(3).
[2]黃宇,王東風,韓璞.模糊自整定PID控制及其在過熱汽溫系統(tǒng)中的應用[J].電力科學與工程.2004(3).
[3]王耀南.智能控制系統(tǒng)[J].湖南大學出版社.1996.
[4]舒迪前.預測控制系統(tǒng)及其應用[M].機械工業(yè)出版社.1996.
 


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