火電廠鍋爐主汽溫智能PID控制研究

廖麗霞

摘要：通過對火電廠的工藝分析和日常生產(chǎn)活動分析，本文明確了各種影響蒸汽溫度的變化因素，并具體的對常規(guī)鍋爐的主汽溫控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析，具體的論述分析了模糊系統(tǒng)的控制對策。

關(guān)鍵詞：火電廠;鍋爐;主汽溫;PID

1.智能PID控制器概述

在控制領(lǐng)域，現(xiàn)有三個主要的發(fā)展分支，分別為模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法。這三個分支各有各的優(yōu)勢也同樣存在各自的局限性，因此為了實現(xiàn)對這三項分支控制領(lǐng)域的發(fā)展，特別是為了應(yīng)對控制器內(nèi)在的局限性，當(dāng)下的智能控制領(lǐng)域越來越傾向于對各領(lǐng)域的互相融合。這三項領(lǐng)域的互相融合必然會促進(jìn)智能PID控制的發(fā)展進(jìn)步，實現(xiàn)該系統(tǒng)的愈加完善，促使其優(yōu)越性的進(jìn)一步發(fā)揮。

2.常規(guī)鍋爐主汽溫控制系統(tǒng)

2.1蒸汽溫度對象的模型建立和動態(tài)特性分析

鍋爐的運(yùn)行，常常伴隨著惡劣的工作環(huán)境，特別是高壓、高溫的環(huán)境會時刻對設(shè)備產(chǎn)生極大的影響，最嚴(yán)重的情況下，甚至?xí)?dǎo)致電廠的運(yùn)行工作受到影響，而對電廠安全運(yùn)行產(chǎn)生主要影響的是鍋爐過熱器設(shè)備。該設(shè)備主要是由對流熱器、輻射過熱器、減溫器等構(gòu)成，這些設(shè)備分別起到不同的作用。而過熱器出口的蒸汽溫度之所以會有不同的溫度表現(xiàn)，主要是因為燃燒工況、給水溫度、蒸汽流量等不同因素都會對其產(chǎn)生影響。

2.2煙氣量擾動下過熱汽溫動態(tài)特性

由于高壓鍋爐的過熱器管道比中壓鍋爐長，結(jié)構(gòu)也比中壓鍋爐復(fù)雜。而過熱器是一個單相換熱器，理論上對單向換熱器的研究是以傳熱為基礎(chǔ)的，熱交換過程的基本方程式有兩種：一是熱平衡方程式，二是傳熱速率方程式，它們是描述換熱器靜態(tài)特性的基本方程式，也是推導(dǎo)動態(tài)方程的基本依據(jù)，為了討論問題方便，對過熱器做某些簡化，過熱氣溫隨著煙氣熱量Q變化的響應(yīng)。

高壓鍋爐具備較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，特別是過熱器管道的復(fù)雜度更高。而作為單相換熱器的過熱器，其本身的熱交換是通過熱傳遞進(jìn)行的，其具體的表達(dá)方程式，有熱平衡和熱速率兩種，這兩種都可以表達(dá)相應(yīng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，但需要一定的簡化。

2.3對汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計原則

（1）影響汽溫變化的因素很多（如煙氣、負(fù)荷等），選擇改變煙氣量或煙氣溫度（如改變噴燃器角度）作為汽溫調(diào)節(jié)手段時過熱汽溫的動態(tài)特性較好，但實現(xiàn)起來較麻煩，并造成與燃燒控制系統(tǒng)的相互干擾。

（2）盡量采用快速測量元件，選擇正確的安裝位置，以減小控制通道的滯后和慣性。由于控制通道的滯后與慣性，不能及時的反映溫度的突然變化，因此也就不能及時發(fā)出控制信號，造成控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差和控制質(zhì)量不好。

（3）對于現(xiàn)代大型鍋爐，由于過熱器管道加長，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，其滯后和慣性大大增加，這時汽溫控制應(yīng)采用分段控制系統(tǒng)。

根據(jù)各種鍋爐的構(gòu)造、靜態(tài)特性和動態(tài)特性的區(qū)別，可以設(shè)計不同的汽溫自動控制系統(tǒng)，以滿足鍋爐汽溫控制的需要。雖然從調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性來看，用改變煙氣傳熱量調(diào)節(jié)汽溫是一種較好的調(diào)節(jié)方案，但在高溫時，其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的具體實現(xiàn)存在困難。故目前大型機(jī)組過熱汽溫調(diào)節(jié)多采用噴水減溫器方案，而再熱汽溫調(diào)節(jié)多采用改變煙氣傳熱量方案。

3.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鍋爐主汽溫控制系統(tǒng)

3.1模糊控制理論發(fā)展

美國著名學(xué)者扎德提出了模糊集合和模糊控制的概念，這兩項概念的提出，促使了當(dāng)下對思維判斷的發(fā)展，以及對數(shù)字模型的應(yīng)用，特別是在計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的當(dāng)下，該項技術(shù)的應(yīng)用更是實現(xiàn)了對各類實際問題的解決，包括對模糊控制器理論的發(fā)展提供了較好的理論和實踐基礎(chǔ)。而隨著近些年來的技術(shù)發(fā)展，自動控制領(lǐng)域中，被控制的對象一再向著更復(fù)雜的方向發(fā)展，不但其本身的設(shè)備構(gòu)造和設(shè)備應(yīng)用都出現(xiàn)了較高的不確定性，更是在參數(shù)不確定性、多種輸入量、多種輸出量等方面都存在較強(qiáng)的復(fù)雜性和不同性。模糊控制的發(fā)展使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，其發(fā)展方向是大規(guī)模非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，而從當(dāng)下的系統(tǒng)發(fā)展也可以看出，模糊控制的進(jìn)行，具備更高的控制性和操作性，并且在自動性能等方面都存在較強(qiáng)的優(yōu)越性，總的來說是存在較高的發(fā)展地位和發(fā)展價值的，也因此對于當(dāng)下的現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)揮了越來越重要的價值地位。

3.2模糊控制器

計算機(jī)數(shù)字控制的進(jìn)行，本身涉及模糊控制這一特定的形式，這一形式本身類似于一種數(shù)字化的控制系統(tǒng)。

模糊控制器的主要構(gòu)成結(jié)構(gòu)包括很多部分，像是輸入量模糊化結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫等都是基礎(chǔ)的組成部分，這些組成部分共同構(gòu)成了這一模糊控制系統(tǒng)。而在這一系統(tǒng)中，模糊控制器的功能實現(xiàn)，主要是有二維模糊控制的結(jié)構(gòu)形式快速實現(xiàn)來實現(xiàn)的。而在這一系統(tǒng)中，模糊控制器的輸入變量為E、CE，也就是誤差和誤差變化率，而包括PD和PI控制器的功能也都是模糊控制器所具備的，其具體的步驟如下，首先，將被控制的系統(tǒng)誤差和誤差變化率，進(jìn)行精確值得統(tǒng)計，在統(tǒng)計結(jié)束后將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模糊值。其次，模糊推理決策的完成，需要按照人工控制的原則及其策略進(jìn)行，并且也需要注意對言控制規(guī)則完成的推理決策進(jìn)行落實，做出控制力的輸出。最后，模糊判決的進(jìn)行，主要是通過對模糊控制推理決策得到的模糊控制的分析完成，再將所輸出的模糊量轉(zhuǎn)化為精確化。

4 結(jié)語

綜上所述，鍋爐出口過熱蒸汽溫度，也就是主汽溫是火力發(fā)電廠熱工控制過程中，被控制的主要參數(shù)之一，也是整個工作過程中的最高溫度。而本文則在研究的過程中，以動態(tài)特性、模糊性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能決策為出發(fā)點，進(jìn)行了相關(guān)的研究分析，論述了具體的PID控制，并提出了相應(yīng)的帶指導(dǎo)信號控制的主汽溫調(diào)節(jié)器設(shè)計方法。

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