張毅

摘 要： 電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)作為提高電廠企業(yè)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，確保設(shè)備安全運(yùn)行，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度和提高作業(yè)條件的重要技術(shù)措施，在電廠運(yùn)行過程中扮演著十分重要的角色。最近幾年，隨著先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)不斷應(yīng)用到電廠企業(yè)中，電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性越來越高，電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行造成不小的影響。為了切實(shí)保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，加強(qiáng)電廠熱工過程控制研究就顯得十分重要了。本文主要結(jié)合實(shí)際情況，就先進(jìn)控制方法在電廠熱工過程控制中的研究和應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望通過本次研究對(duì)更好積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)有一定助益。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)控制方法 電廠過熱過程控制 應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）10-0263-01

電廠機(jī)組熱工自動(dòng)化技術(shù)是保證電力設(shè)備安全運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和減輕勞動(dòng)力強(qiáng)度以及改善生活條件的重要性技術(shù)措施。在電廠機(jī)組運(yùn)行過程中，機(jī)組熱工控制核心問題一方面要求機(jī)組能夠緊跟電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的變化迅速出力。另一方面還要保證系統(tǒng)電力負(fù)荷出現(xiàn)變化之后，保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，特別是要保證電廠機(jī)組主要參數(shù)如主汽壓力，溫度和水位等參數(shù)的波動(dòng)情況不會(huì)超過規(guī)定的范圍之內(nèi)。在電力系統(tǒng)中，動(dòng)力裝置是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變化較大，控制難度大的對(duì)象，在傳統(tǒng)控制過程中主要采用PID控制方式對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是在采用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行控制過程中，當(dāng)對(duì)象參數(shù)存在較大范圍的變化后，這種控制手段的控制效果會(huì)大大降低，因此，為了更好的控制效果，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，積極研究和應(yīng)用先進(jìn)控制方式就成為現(xiàn)階段我們需要重點(diǎn)攻克的難題。

一、電廠熱工過程控制的特點(diǎn)分析

首先，電廠熱工氣溫過程。在電廠發(fā)電過程中，鍋爐的蒸汽溫度控制往往是根據(jù)鍋爐內(nèi)溫水量的多少進(jìn)行相應(yīng)的控制，在進(jìn)行過程控制過程中，其具備了慣性和時(shí)滯的特點(diǎn)，在鍋爐具體運(yùn)行過程中，動(dòng)態(tài)變化會(huì)隨著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行工況的變化而不斷出現(xiàn)變化；其次，單元發(fā)電機(jī)組負(fù)荷過程。這個(gè)過程實(shí)際上是一個(gè)充分非線性，變化頻率快以及存在一定隨機(jī)多變的過程，在控制過程中由于難以建立比較有規(guī)律的和準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，其過程控制難度往往都比較大；再次，鍋爐水位系統(tǒng)。在鍋爐運(yùn)行過程中，鍋爐中的氣泡多少實(shí)際上反映了鍋爐中的蒸汽負(fù)荷和水量之間的關(guān)系。在鍋爐運(yùn)行過程中需要我們對(duì)鍋爐水位進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，而影響鍋爐氣泡給水的因素有很多種，而其中的不少影響因素會(huì)對(duì)鍋爐水位產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，從而會(huì)產(chǎn)生虛假水位的現(xiàn)象，特別是當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，水位經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的時(shí)滯和非最小相位現(xiàn)象的產(chǎn)生，針對(duì)這種現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)的控制手段，其效果并不是那么的理想；第四，鍋爐燃燒系統(tǒng)。鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多變量，耦合十分嚴(yán)重的熱工過程，在運(yùn)行過程中會(huì)受到來自多方面的影響因素的影響，在這個(gè)系統(tǒng)中燃料的燃燒率很難得到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，一般情況在控制過程中都是將其分成三個(gè)相互聯(lián)系的子系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，主要包含了熱負(fù)荷調(diào)節(jié)、爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)和鍋爐燃燒系統(tǒng)中氧氣含量校正等三個(gè)部分，其中這三個(gè)部分主要以熱負(fù)荷控制調(diào)整為主；最后，制粉系統(tǒng)。在電廠發(fā)電系統(tǒng)中，制粉系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)輔助系統(tǒng)，但是這個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行電廠熱工過程控制過程中發(fā)揮著十分重要的作用，是除了燃燒系統(tǒng)外對(duì)熱工過程控制造成影響最大的系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的制粉系統(tǒng)都是采用鋼球磨中儲(chǔ)式制粉形式，這種制粉模式具有顯著的純延遲、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，是一個(gè)非線性時(shí)變量系統(tǒng)。在制粉系統(tǒng)中由于鋼球磨本身就處于一個(gè)十分復(fù)雜工作環(huán)境中，在熱工過程控制過程中，其中任何一個(gè)控制變量發(fā)生變化之后，就會(huì)對(duì)其他變化量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

二、先進(jìn)控制方法在電廠熱工過程控制中的應(yīng)用

1.先進(jìn)控制方法在過熱氣溫中的控制

通常說來，發(fā)電廠鍋爐蒸汽溫度控制以改變或者減少溫水量作為主要控制手段，但是因?yàn)樵诳刂七^程中存在很大的慣性和較長(zhǎng)時(shí)間的延遲以及時(shí)變性等特點(diǎn)，再加上控制過程中，動(dòng)態(tài)性會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)工況的運(yùn)行情況而做出相應(yīng)的改變，因此，在對(duì)過熱氣溫進(jìn)行控制過程中需要我們采用先進(jìn)的措施和手段。例如采用預(yù)測(cè)控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等。最近幾年，我國(guó)國(guó)內(nèi)很多研究學(xué)者就預(yù)測(cè)控制技術(shù)在過熱過程控制中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，并提出了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變的基礎(chǔ)上全新的算法，綜合反應(yīng)到控制和最優(yōu)控制，研究出了全新的，適應(yīng)性更加廣泛的預(yù)測(cè)控制技術(shù)。

2.先進(jìn)控制技術(shù)在單元機(jī)組負(fù)荷控制方面的應(yīng)用

作為參數(shù)慢時(shí)變，非線性和大慣性并存多變量熱工過程系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)組發(fā)電單元中遭受到較大范圍的負(fù)荷改變之后，整個(gè)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)緩慢情況，針對(duì)這種情況在控制過程中就需要采用模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)提高控制的靈敏性和反應(yīng)能力。針對(duì)控制輸入受到的多種約束問題，很多研究方案都在鍋爐發(fā)電單元機(jī)組運(yùn)行控制中加入了多變量約束的MPC計(jì)算方法，為過程控制的實(shí)現(xiàn)提供了可能。在對(duì)中單元機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行控制過程中，上述控制方法操作更加簡(jiǎn)單，整個(gè)控制過程表現(xiàn)的十分優(yōu)異，并且在線計(jì)算量比較小。此外，還有不少研究學(xué)者針對(duì)單元機(jī)組負(fù)荷控制問題提出了模糊性控制技術(shù)和預(yù)測(cè)性控制技術(shù)，將兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行有效的統(tǒng)合，研發(fā)出模糊預(yù)測(cè)控制設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)為降低或者消除非線性以及大時(shí)滯不良影響提供了比較理想的解決對(duì)策。

3.先進(jìn)控制技術(shù)在鍋爐水位控制中的應(yīng)用

一般情況下，鍋爐水位變化系統(tǒng)具有變參數(shù)和純延遲的特點(diǎn)，有時(shí)在一些其他因素影響之下還會(huì)出現(xiàn)虛假水位的現(xiàn)象，針對(duì)這種現(xiàn)象我們可以在鍋爐的氣泡系統(tǒng)中采用階梯式廣義預(yù)測(cè)控制技術(shù)，提高對(duì)鍋爐水位控制的精確性，并且采用這項(xiàng)技術(shù)還可以有效緩解調(diào)節(jié)器輸出過程中存在的波動(dòng)現(xiàn)象。此外，在對(duì)鍋爐水位控制技術(shù)進(jìn)行研究過程中，還有一些研究人員提出了使用了氣泡水位MPC預(yù)測(cè)技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)證明采用該項(xiàng)技術(shù)比使用常規(guī)控制技術(shù)效果更好，控制效果能夠維持很長(zhǎng)時(shí)間。

4.先進(jìn)控制技術(shù)在制粉系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

制粉系統(tǒng)在進(jìn)行自動(dòng)控制過程中往往會(huì)受到時(shí)滯和慣性等強(qiáng)耦合等因素的影響而對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，因此，為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)控制的自動(dòng)化，就需要我們采取措施消除控制過程中存在的各種不當(dāng)因素，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行控制是一項(xiàng)不錯(cuò)的嘗試，將其應(yīng)用到鋼球磨中，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5.先進(jìn)控制技術(shù)在鍋爐燃燒系統(tǒng)中的應(yīng)用

鍋爐燃燒系統(tǒng)在運(yùn)行過程中受到燃煤質(zhì)量，強(qiáng)耦合性，時(shí)滯性和系統(tǒng)燃燒的充分性等因素影響，其控制難度較大，具有較強(qiáng)的不穩(wěn)定性和復(fù)雜性，應(yīng)用常規(guī)的控制系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算。最近幾年，很多研究學(xué)者就鍋爐燃燒系統(tǒng)控制進(jìn)行了深入的研究，但是實(shí)驗(yàn)效果并不理想，更多的是處于理論角度，無法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，在未來仍需我們進(jìn)行深入的研究和分析，解決燃燒系統(tǒng)控制過程中存在的種種缺陷，促進(jìn)保證電廠運(yùn)行安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]侯國(guó)蓮，李泉，張建華. 模糊滑模自適應(yīng)控制及其在電廠熱工過程中的應(yīng)用[J]. 動(dòng)力工程. 2005（01）

[2]竇春霞. 用FCGA優(yōu)化的鍋爐給水自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 熱能動(dòng)力工程. 2003（02）

[3]榮雅君，竇春霞，袁石文. 過熱汽溫模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2003（01）

[4]朱學(xué)莉，齊維貴，李麗艷. 用預(yù)報(bào)誤差校正的鍋爐燃燒系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制研究[J].熱能動(dòng)力工程. 2002（06）

[5]岳恒，周曉杰，王昕，柴天佑，白焰. 鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)智能解耦控制仿真系統(tǒng)[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2002（10）

[6]吳寶光，謝克明. 火電廠鍋爐先進(jìn)控制與優(yōu)化策略研究[J]. 太原理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2004（02）

[7]王慶東，馮增健，孫優(yōu)賢. 鍋爐熱工過程先進(jìn)控制策略研究綜述[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2004（05）

[8]劉志遠(yuǎn)，呂劍虹，陳來九. 智能PID控制器在電廠熱工過程控制中的應(yīng)用前景[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2002（08）