自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

趙佳昕（大慶油田電力集團油田熱電廠熱工分廠，黑龍江 大慶 163000）

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自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

趙佳昕
（大慶油田電力集團油田熱電廠熱工分廠，黑龍江 大慶 163000）

摘 要：隨著科學技術的進步，自動控制理論越來越成熟。但是，該理論在火電廠熱工自動化的運用上并沒有發揮其獨特的優勢。因此，本文將針對自動控制理論在火電廠熱工自動化的實際操作進行分析和探討。這將為我國的工業化發展開辟新的路徑，有利于達到工業生產或設備運行過程性能指標的最佳預期狀態，即實現企業生產效益和經濟效益的顯著性提高。

關鍵詞：自動控制理論；熱工自動化；主蒸汽壓力；LQ次優調節策略；智能儀器

在當代社會，自動化控制系統被運用在多個行業之中，并取得了一定的成果。火電廠熱工自動化作為一項新興技術將結合熱力學原理，使用智能儀器對火電廠的相關參數進行有效的監控和測量。這一行為將有利于企業的高效運作，減少不必要的能源消耗，同時能夠節約人力、物力成本，保證機組的穩定運行，推動火電廠的可持續發展。

一、火電廠熱工自動化的組成及現狀

圖1 火電廠自動化系統的組成

火電廠熱工自動化是指企業在生產過程中使用自動化儀器來代替一部分的人工操作，加強對火電廠運作的智能化管理和控制，對提高生產效率，強化預警機制有著重要的現實意義。一般情況下，我們將自動控制理論劃分成經典控制理論、現代控制理論和智能控制理論。經典控制理論主要是通過狀態空間法建立更為系統的數學模型，在此基礎上對系統運行的狀態進行規律性探究，在逐步優化產品性能的過程中實現最優目標。而現代控制理論主要通過線性控制理論和最優估計的方式，對動態系統進行自我辨識和控制，進一步實現自動化。而智能控制理論則是結合了前兩者的優勢，交叉發展，能夠綜合火電廠的問題，實現機組負荷調節與控制，有利于減少機前的操作壓力，進一步形成火電廠的自動化系統，具體組成部分如圖1所示。

現階段，我國的火電廠主要涉及四個方面的內容，包括自動檢測、自動控制、自動保護和自動報警。自動檢測主要是指該項作業是由自動化儀器自行完成對火電廠氣壓、溫度、流量等參數的實時測量，能夠保證機組的正常運轉，具有至關重要的作用。而自動控制貫穿于整個生產環節中，當設備不再滿足運行條件時，自動保護功能將直接對機組進行初步地診斷和調試，面對重大數據問題將直接終止工程。而自動報警將會提示工作人員盡快修改參數，減少由于機組故障帶來的損失。

六七十年代，計算機事業在我國蓬勃發展，自動化技術在我國取得了突破性發展，自動控制系統不再是傳統的輸入和輸出。因此，如何將信息技術與火電廠進行智能化的結合，仍是一個緊迫的問題。近幾年，我國首臺60萬超臨界機組實現了初步運行，這也是我國火電廠在生產設備上的一次重大突破。此外，SIS的開發和投放使用能夠解決一些實際問題，但是想要達到更高的水平，與國際接軌還有一段很長的路要走。

二、火電廠熱工自動化控制系統的作用

1 擴展管理信息系統

自動化控制系統主要是指在結合計算機原理的基礎上，通過輔助手段對多種設備進行全程的監控，即建立更加完善的管理信息系統。DCS是一種較為成功的架構模式，其主要使用了分布式控制系統。換句話說，DCS有著更強的控制能力。具體來說，除了自身的DCS控制器外，還可以加入PCL控制器，這就實現了系統的自我擴展，增加了可利用的范圍和形式。

2 有利于積累高級算法模塊

在我國自動化技術發展的歷程中，系統自行累計了很多高級算法模塊。例如，ZT600系統中，包含的設計模塊能夠有效的實現障礙的自我報警和保修。這就證明了現代計算機傳遞技術能夠快速的實現信息上的對接，提高生產的質量和效率。一般情況下，大多數設備的計算模塊相當于0.5K梯形圖的邏輯總量，因此，想要通過PCL來完成各項作業時，需要經過多種模塊，其形式也就復雜的多。當然，PCL自身也存在一些問題，包括下載修改率、運行調試過程中出現的不正常情況等。

三、自動控制理論在火電廠熱工自動化中的運用

1 自動控制理論在火電廠設備上的使用

火電廠熱工自動化的興起是一個必然的趨勢。作為一門新的技術，以自動控制理論為載體，融入網絡信息技術、熱能工程技術，配合儀器儀表的使用，能夠對火電廠運作的相關系數進行排查和控制，實現對火電廠的智能化、科學化管理。該項舉措能夠在節約成本的同時，減少事故發生的頻率，有利于火電廠安全、穩定的運行。而自動化控制技術經常被用于火電廠汽機和鍋爐，針對突發情況進行及時的報警和反饋。

2 自動控制理論在新產品上的應用

隨著科學技術的更新，變送器、傳感器等多項設備的性能也得到了提高。除此之外，創新材料和創新工藝也是火電廠發展的一項重要工作。因此，自動化控制理論也要結合新的實際狀況進行革新，這不僅僅是一次理論上的進步，更要為生產服務，努力實現火電廠熱工的全自動化。

四、實例分析——主蒸汽壓力在火電廠熱工自動化過程中的實際運用

1 主蒸汽壓力及其調節策略

主蒸汽壓力是對火電機組安全性檢測的重要參數之一，能夠調節機組的負荷，是鍋爐汽機能力平衡的重要指標。鍋爐燃燒調節系統由三大模塊組成，分別是：燃料調節、引風調節和送風調節。這三個子系統將直接影響著主蒸汽壓力。因此，主蒸汽壓力的調節手段主要是以能量平衡為出發點，在此基礎上通過定制偏差進行合理的調試。

主蒸汽壓力的調節主要有兩個方面。第一是串級調節策略，另一是串級模糊調節策略。具體來講，串級調節策略是在利用自動控制理論的基礎上，通過Matlab進行模擬實驗，并與單一回路的PID進行比較，針對系統的特性進行調整，有利于克服燃料側內帶來的困擾。其特征主要表現為，由于存在一定程度的隨機分量，必然會增加系統調節器的誤差，造成調節量上的失準，進一步引起調節系統的多項問題。

2 主蒸汽壓力LQ次優調節策略

熱慣性強、容量大，這些都是火電廠鍋爐的本質特點。因此，在調節的過程中不可避免地會出現延遲的情況。而延遲會直接導致調節系統的不穩定性，對火電廠鍋爐的運作造成了一定的安全隱患。PID調節器和Smith預估器能夠根據這一具體問題進行功能上的改善。通過自動控制理論，主蒸汽壓力LQ在優化系統的過程中會持續降低延遲的維度，實現調控過程的最優。因此，研究人員還建立了e的近似模型，通過數學函數的表達式，將有限的維度狀態進行展現。與此同時，PID調節器和Smith預估器也存在著自身的問題，例如，調節精度低和魯棒性較弱等，因此，想要實現最優的控制方案需要進行線性二次型問題的探討，從而優化系統的動態行為。換個角度來說，工程師想要解決PID調節器觀測精度低的問題，必須對二階慣性環節進行分析，將延遲環節中e的維度系數降為1，建造主蒸汽壓力的近似模型，將有限維狀態的空間性觀測能力與系統的能控性進行結合。除此之外，火電廠的熱工儀表也有一定的缺陷，集中表現為存在非線性特征。因此，我們必須提高儀器儀表的準確度，這就需要結合智能控制理論，通過仿真實驗來解決具體問題。常規的解決方法有：CMAC神經網絡校正測溫傳感器非線性特性法、遺傳算法辯識節流式流量儀表非線性特性法等。

綜上所述，我們認為主蒸汽壓力是現階段火電廠面對的重要課題，需要我們結合自動控制理論，克服燃煤量內外擾動等問題。而LQ次優調節策略能夠針對該問題進行嚴格的把控，值得火電企業借鑒和推廣。

結語

通過上述分析，我們得知合理的運用自動控制理論，能夠為火電廠熱工自動化的發展提供新的契機。有利于火電企業提高自身的工作效率，減少對能源的消耗，節約生產成本，保障生產安全。自動控制理論作為火電廠發展的一個重要節點，受到了更多企業的關注。提高發電機組的工作容量，優化系統參數，將自動控制理論有效的與實際生產相結合，這對企業的發展有重要的推進作用。

參考文獻

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