火力發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)的研究

劉影

【摘 要】現(xiàn)有傳統(tǒng)火力發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)的效能以無法滿足整個熱工系統(tǒng)要求，本文研究了傳統(tǒng)系統(tǒng)的組成以及不足，介紹了目前非常有廣泛應(yīng)用前景的數(shù)個新技術(shù)并加以分析，通過采集火力發(fā)電機組及鍋爐現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行篩選和處理，可實現(xiàn)火力發(fā)電機組與鍋爐的最優(yōu)控制。

【關(guān)鍵詞】機組鍋爐；控制系統(tǒng)；傳統(tǒng)模型

引言：計算機革命為人們帶來的便捷不僅僅局限于生活，它為世界科技的進步有著巨大的貢獻。各類操控紛紛引進計算機系統(tǒng)加以控制，這在提高生產(chǎn)效率的同時，也使操作更為復(fù)雜。我們了解，傳統(tǒng)火力系統(tǒng)的操作控制手段較為單一，它的轉(zhuǎn)化能力以無法滿足日益增長的火力需求，而且對系統(tǒng)的掌控力薄弱，時長發(fā)生失控顯現(xiàn)。當(dāng)計算機應(yīng)用在火力發(fā)電領(lǐng)域時，又帶來更多探索與思考?？焖侔l(fā)展勢必會將各類數(shù)學(xué)模型加以完善，應(yīng)用在火力發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)的研究也近臻穩(wěn)定，但一個系統(tǒng)往往還有許多亟待解決的問題。從火力發(fā)電機組操控、研究的角度講，便有控制效果差，不穩(wěn)定性和大慣性等缺點。這些缺點也造成無法發(fā)揮數(shù)學(xué)模型最大功能的局面。

1.傳統(tǒng)火力發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)的不足

從目前電網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，不同時段的電力復(fù)合差值極大，這便需要調(diào)節(jié)量程較廣的機組系統(tǒng)支持，所以關(guān)于電網(wǎng)的用量分配尤為重要。想讓電力負載效能提升就必須精進機機組系統(tǒng)。機組系統(tǒng)能力負載分配調(diào)控力必須加強，才會使整體可控，以應(yīng)對負載的線性變化和隨機變化。調(diào)控點隨需求變化便會影響裝置的運行壽命和使用效率。這樣傳統(tǒng)火力發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)便暴露出來。這種負責(zé)的、隨機的運行系統(tǒng)將會使某一個或某幾個工作點位的銜接出現(xiàn)穩(wěn)定性波動，這些看似簡單的問題實則會影響整個系統(tǒng)的工作效率。國內(nèi)外科研人員正在逐步對發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)進行改造，為得是解決需求體量大、量程范圍廣的設(shè)備能滿足新時代的需求。在改進中，主要目標(biāo)是提升發(fā)電機組鍋爐控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性、提高供能系統(tǒng)的工作效率和調(diào)控再熱溫度等工作能力。

2.鍋爐機組控制系統(tǒng)操作應(yīng)滿足的條件

鍋爐機組控制系統(tǒng)應(yīng)具備能夠穩(wěn)定開車、停車與經(jīng)濟適應(yīng)性的需要，在調(diào)控中完善鍋爐系統(tǒng)連接點的順暢銜接，為了保證供能系統(tǒng)平穩(wěn)高效的應(yīng)對負載變化，確保系統(tǒng)安全推進。以下有幾個條件需要滿足。

2.1下級系統(tǒng)多樣化并設(shè)立有效冗余措施

下級系統(tǒng)在設(shè)計中應(yīng)考慮單獨下級系統(tǒng)的獨立性和整個控制系統(tǒng)的完整性，使連接通暢，每個指令傳達響應(yīng)迅速，無效信息交流應(yīng)盡量避免。與此同時，每個子系統(tǒng)不得長時間滿負載運行，操控必須留出有效剩余空間，還需要考慮臨界點的負面效應(yīng)對整體的影響。

2.2整體響應(yīng)鏈應(yīng)有連鎖緊急停車功能

系統(tǒng)工作中難免遇到錯誤操作，為避免擴大影響，連鎖緊急停車功能應(yīng)作為必要功能設(shè)計在系統(tǒng)中。連鎖緊急停車功能作為最重要的服務(wù)設(shè)備之一是為了確保安全生產(chǎn)目標(biāo)達成。同時還能幫助維護、測試和校準(zhǔn)順利實施。

2.3系統(tǒng)開、停車平穩(wěn)并保證自動切換平順

當(dāng)某一子系統(tǒng)接收或發(fā)出的信號有誤是，緊急停車功能應(yīng)自動發(fā)揮功能，使部分或整體停止工作，直到系統(tǒng)自行校正或人工校正后重新啟動。系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)當(dāng)收到不利信號時，連鎖緊急停車功能的自動切換和人工切換過程都需平順，不應(yīng)只在收到人工指令后運行。當(dāng)系統(tǒng)得到正確信號時，連鎖緊急停車功能需要提示操作人員后才可重新啟動。

3.火力發(fā)電機組鍋爐輔助管控系統(tǒng)的組成與進展

火力發(fā)電機組鍋爐輔助管控系統(tǒng)主要有三部分構(gòu)成：負載調(diào)控系統(tǒng)、下級控制系統(tǒng)和負載調(diào)整單元[2]。負載調(diào)控系統(tǒng)又分為負載調(diào)整核心和機組鍋爐的核心控制體系。負載調(diào)整核心根據(jù)上級系統(tǒng)指令和原料進爐控制的操作，設(shè)定結(jié)果負載指令，通過提升、降低負載運行速度等流程，可以接收現(xiàn)場負載要求指示，確保機組鍋爐輔助管控系統(tǒng)推進。要求汽輪機和機組鍋爐的控制手段愈加平順，通過負載調(diào)控系統(tǒng)調(diào)控現(xiàn)場負載要求指示，將信號傳遞至汽輪機和機組鍋爐調(diào)控反應(yīng)器。汽輪機和機組鍋爐調(diào)控反應(yīng)器識別上一程序信號，同時分析當(dāng)前狀況，計算出最優(yōu)負載調(diào)控方式，并對能決定系統(tǒng)運行的關(guān)鍵參數(shù)進行實施監(jiān)控和搭配調(diào)整，參數(shù)包括實時傳輸運載信號、傳遞負載信號、熱能關(guān)鍵參數(shù)和設(shè)置值等。調(diào)節(jié)機組鍋爐傳輸信號與下級系統(tǒng)傳輸指令的銜接，達到上級系統(tǒng)與下級系統(tǒng)上傳下行的目的，下級系統(tǒng)及時反饋，上級系統(tǒng)及時調(diào)整。

3.1自動響應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)

自動響應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)的意義在于根據(jù)實際信號，監(jiān)視各個子部門運行狀態(tài)并動態(tài)調(diào)整參數(shù)。當(dāng)用電高峰與用電低谷差別顯著時，自動響應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)會自行調(diào)整多個輸入點并多項接收反饋。如此進行的非線性調(diào)整這樣能夠為發(fā)電機組提供高效的控制策略。通過自動響應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)控制原料質(zhì)量、系統(tǒng)設(shè)備老化、對鍋爐蒸汽溫度動態(tài)特性的影響問題，運行結(jié)果表明自適應(yīng)性控制比傳統(tǒng)的單輸入、單輸出控制要有明顯的高效性。在英國普林斯頓大學(xué)的科研人員創(chuàng)新了自動響應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，既能協(xié)調(diào)后端機組鍋爐，又能能夠調(diào)整主蒸汽位，從研究結(jié)果中我們非常清晰的看出，它的整體性能要比傳統(tǒng)單因素調(diào)節(jié)效率高數(shù)倍[3]。機組在運行過程中的動態(tài)信息可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自主性的學(xué)習(xí)功能進行捕獲，動態(tài)信息將對運行參數(shù)的非線性進行補償，避免不確定因素的干擾，最終達到系統(tǒng)線性耦合的目的。通過這些研究實例也可以得出自適應(yīng)性控制能夠較好的解決非線性問題，效果比傳統(tǒng)的控制技術(shù)優(yōu)越。

3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

依靠神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)控制已經(jīng)入住機組鍋爐控制系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)通過非線性映射能力和函數(shù)逼近能力。在這種非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制可以達到較好的控制效果。在歐洲某研究機構(gòu)的科研人員提出汽輪機與主蒸汽機協(xié)同作用的反向模型，建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控核心，通過對汽輪機與主蒸汽機的程序算法模擬并逆向運行，探索出響應(yīng)時間更短的控制時間，這應(yīng)用在鍋爐系統(tǒng)中將提高效能數(shù)倍。后來又有科研人員將復(fù)雜的控制系統(tǒng)分解為數(shù)個小節(jié)，應(yīng)用人工智能系統(tǒng)控制整個機組體系，實驗表明，通過人工智能系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與重組，機組的各項參數(shù)可以達到較為匹配的程度，能夠解決部分系統(tǒng)并重新運行，這對響應(yīng)原件的補償和解決隨機性有很大作用。

3.3預(yù)計算技術(shù)

慣性大，非線性程度過高等是熱能研究中的常見問題，由于這些因素致使無法形成成熟的算法，這也導(dǎo)致了傳統(tǒng)機組鍋爐系統(tǒng)無法建立完備的數(shù)學(xué)模型，輸入值與執(zhí)行值得差別在所難免。為了解決精度、魯邦特性等問題應(yīng)用在自動化中的預(yù)算技術(shù)在熱能領(lǐng)域開始應(yīng)用。預(yù)測控制技術(shù)在量程廣的機組鍋爐控制系統(tǒng)中能夠自行調(diào)控汽輪機與主蒸汽機的配合。有研究表明預(yù)計算程序能夠明顯提高整體效率，此類控制器的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)單輸入和單輸出控制器性能。

4結(jié)語

火力發(fā)電機組鍋爐的發(fā)展研究表明，機組組成，程序架構(gòu)以及各項新技術(shù)的附加調(diào)整共同決定了控制系統(tǒng)的良好平穩(wěn)運行，并保證高效性能。因此，對傳統(tǒng)火力發(fā)電機組鍋爐的改進和完善才是保證性能的基礎(chǔ)，在完善效能的基礎(chǔ)上再對能耗等輔助數(shù)據(jù)進一步發(fā)展。本文介紹了一些新的控制技術(shù)：自動響應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、預(yù)計算技術(shù)、虛擬控制系統(tǒng)，目的是為能夠為火力發(fā)電機組鍋爐控制技術(shù)的發(fā)展提供一種新的研究思路。

參考文獻：

[1]施燕美.基于自抗擾技術(shù)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2007.

[2]陳霄峰，陳國清，趙飛.基于循環(huán)流化床鍋爐特性的115MW發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制策略[J].自動化信息，2009（6）：56-57.

[3]李冉.超臨界機組協(xié)調(diào)控制策略的優(yōu)化研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2009.

（作者單位：華能海南發(fā)電股份有限公司東方電廠）