反饋線性化方法在鍋爐—汽輪機系統控制中的應用

摘 要：火力是一種清潔能源，在電能產生方面發揮著重要作用。在現代火力發電廠生產中最常使用的一種機器設備是鍋爐-汽輪機，它是一種火力發電的裝備，在以火力為能源的基礎上，它能夠將熱能轉換為電能，是衡量電力企業現代化生產水平的重要標志。

關鍵詞：反饋線性化方法；鍋爐-汽輪機；系統控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.002

0 引言

電能是第二次工業革命的產物，經過了一個多世紀的發展，電能在如今各行各業發揮著重要作用，為工業生產提供了源源不斷的動力支持，或者是滿足視覺上的光照需求，或者是豐富人們的娛樂生活需要。隨著經濟的發展，電力越來越發揮重要作用，對電力需求也越來越廣泛，對新型能源的應用也處于迫在眉睫的發展形勢。火力發電是一種清潔環保的發電方式，鍋爐-汽輪機是其一個重要組成部分，在利用鍋爐-汽輪機進行發電時，系統信號、抗干擾能力往往受到影響，因此應用反饋線性化方法實現系統控制顯得尤為重要。

1 反饋線性化方法概述

鍋爐-汽輪機是一種非線性系統，系統具有多輸入輸出的特點，還有耦合的特點。其控制器的傳統設計方法采用單輸入單輸出與局部線性化的方法，用局部線性設計方法設計出來的控制器工作范圍狹窄，還會產生很大的干擾，在強烈的干擾下不能保證系統的穩定性。

線性關系是其協調系統運行當中最主要的特征，不具有較強的穩定性，當在大范圍內改變工作狀態的情況下，動、靜特征有很大的變化，這種線性方法根據線性化機爐能夠協調非線性模型，或者利用線性分析設計控制器。在鍋爐-汽輪機運行過程中，通常采用反饋線性化方法進行系統穩定性的跟蹤，使協調系統保證具有優越的解耦效果，快速的響應能力，根據線性化程度，判斷采取哪種線性控制策略。

2 反饋線性化方法在鍋爐-汽輪機系統控制中的應用

（1）協調系統模型。1）直流爐模型。直流爐的模型是三輸入、三輸出的形式，在模型特征方面體現出熱能產生的蒸汽與水分分界不明顯，壓力變化不敏感，抗大氣壓力能力強，適用于高壓與超高壓的機組使用。運用直流爐建立模型，其系統分為減溫水與受熱部分、汽輪機部分，并能夠實現一次性循環。任何包括直流爐在內的系統模型都要具有高精度，具有通用性和可靠性。基于三級輸入與輸出的形式，簡化了線性模型，在對建模的測試當中負荷范圍保證在50%以上，還應保證模型與實際機組開環特性在仿真驗證方面具有一致性。該模型具有很強的通用性，能夠保證高精度，使變量個數變少，很適用科學高效的控制器設計；2）汽包爐模型。汽包爐與直流爐相比，存在明顯的差異。模型建構形式比直流爐模型少一級，即兩輸入兩輸出，壓力變化對于系統的協調很敏感，不適應高壓與超高壓機組的運行，蒸汽與水分界限明顯。通常在進行汽包爐建模時，應用160MW燃油爐機組，在能量轉換中不會導致拖延時間，鍋爐與汽輪機這兩個裝置在快慢差異的動態特性上沒有明顯的差異。

（2）線性控制方法。1）反步法。反步法系統控制把控制器設計的性能指標與約束條件納入設計思路當中，此外還包括系統內不確定性的內部參數，它的設計思路是由前往后的遞推方式。在系統控制上，對于在線控制發揮了重要作用，能夠對不確定性的結構進行反饋，保證了高效的控制器效率。經過預處理的模型，被分為兩個子系統，并進行協調控制，與單輸入單輸出的反饋結構相比，反步法能夠與自適應技術相結合，使其具備輸出跟蹤性能；2）逆系統法。逆系統和數學當中的逆映射內容具有相似的特征，在設計控制器之初，要針對原來系統，進行是否具有可逆性特點的證明，確認系統具有可逆性后，這時逆系統轉變為近似線性關系的系統，在其之后按照線性系統理論知識，開展控制器的設計。在逆系統實施過程中應該與魯棒控制相結合，當模型出現失配的情況下，要解決魯棒性問題。在逆系統引入協調系統設計中的同時，需要求得穩定逆的解，配合反饋控制器，既保證了魯棒控制的強健性，也實現了高度的解耦控制；3）多模型法。此方法是建立多個模型，使線性與非線性模型存在相似之處，各自模型都有各自線性控制器的設置，模型與線性控制器相對應，在工況改變下實現各種功能的轉化，關鍵一點是保證系統能夠得到全局控制。建立模型時保證模型的數量要適當，如果模型的數量過多，將會使在眾多模型當中的轉換更具復雜性。所以選擇可以進行線性化的工作區域是該方法在運用中不容忽視的關鍵問題，為此必須保證設計要合理，要對每個工況點進行耐心細致的分析，經過一番分析之后進行建立與每個工況點與之相適應的線性模型，以保證系統全局的穩定性。

（3）應用反饋線性化方法解決系統控制的關鍵問題。系統的動態性、穩定性是控制器在設計中各項性能夠保持安全可靠特征的重要保證。在保證系統穩定性的基礎上，提高其動態性，這樣才能協調好各系統相互協作，達到機組持續運行的目的。正確處理好動態性與穩定性之間的關系，需要從多個角度綜合考慮，充分分析魯棒性，保持強健性，使其能夠順應控制系統的各種變化。

3 結論

綜上所述，反饋線性化分析是檢驗控制器設計理想效果的關鍵環節，以對比的方法實現不盡相同的控制計算，以模擬化的方式得出運行參數，從而分析出結果，考慮到控制與解決各種工況的變化，在協調系統要加強豐富相關的理論知識，不斷加強技能實踐能力。

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作者簡介：郭悅（1986-），男，內蒙古赤峰人，本科，助理工程師，研究方向：鍋爐脫硫。