600兆瓦機組鍋爐主汽溫度控制策略的研究

梅林

摘 要：鍋爐主汽溫度判斷鍋爐安全工作的指標之一，所以控制好鍋爐主汽溫度是十分重要的。從溫度變化的原因來探尋溫控的方法，本研究介紹了串級PID控制和模糊神經網絡控制，在兩種控制系統的結合下就更便于控制鍋爐主汽溫度了，同時也是傳統的控制策略和智能控制策略的融合。由于超臨界鍋爐的使用，溫控策略就更需要講究方法和技術，現代社會更趨于智能溫控系統來控制主汽溫度。

關鍵詞：鍋爐；主汽溫度；控制策略

前言

目前，國內外多數火電廠使用傳統的串級PID控制鍋爐主汽溫度，隨著社會的發展，對鍋爐主汽溫度控制的要求也提高。同時超臨界鍋爐的使用也需要更先進的溫控技術，所以有了智能溫控系統。主汽溫度的控制具有非線性和時變性，其大延時和大慣性的特點是其控制的難點。為了保證機組鍋爐的安全經濟運行，主汽溫度必須精確控制，參考經典控制理論，現代控制理論，智能控制理論來總結溫控的策略。本研究主要是關于串級PID控制和模糊神經網絡控制的原理和使用優點。

1 從原因中解剖機組鍋爐主汽溫度控制的難點

1.1 主汽溫度變化的原因

引起鍋爐主汽溫度變化的因素有多種，本研究列出以下四個主要原因：鍋爐負荷，也就是說蒸汽流量的變化影響過熱器和煙氣之間的傳熱條件，進而改變主汽溫度；燃燒工況的增減，即燃燒投入量的變化，影響煙氣溫度及流速，改變主汽溫度；各級過熱器的熱交換特性隨著使用時間的增加，過熱器表面會積灰或者結垢，導致其傳熱特性減弱，主汽溫度從而發生改變；減溫水溫度和壓力的變化也會使主汽溫度變化。

1.2 鍋爐主汽溫度控制的難點

多種因素的影響使得主汽溫度不好控制，這就需要從原因中找出難點，總結出溫控方法。主汽溫控的難點主要表現在以下幾個方面：

多種因素影響主汽溫度變化，存在強耦合現象即多種原因同時導致主汽溫度升高或者降低；主汽溫控具有非線性和時變性，以及大延時和大慣性的特點，溫度隨時間變化，溫控就更難了；過熱器的強度安全系數小，正常運行時的溫度接近鋼材的極限溫度，溫度控制不好會導致過熱器鋼材的疲勞、蠕變，這就要求溫度控制偏差不能超過一定的范圍，給主汽溫度控制增加了更大的難度。因為主汽溫度的難以控制，此時就需要更高效的溫控方法，正確選擇溫控手段是鍋爐使用者必須具備的知識。

2 串級PID溫控系統

2.1 串級PID控制系統的基本結構

一個完整的串級PID系統由主調節器、副調節器、導前對象、滯后對象、反饋變送環節和反饋變送值的偏差運算環節組成，分為主控制回路和副調節回路。副調節器的給定值和反饋值經過比較，偏差值在副調節器里進行PID運算，最后輸出結果，傳輸閥位信號，通過減溫水調節閥控制減溫水流量，從而控制主汽溫度。這是基于典型控制理論的調節溫度的系統。

2.2 利用串級PID系統控制溫度的具體過程

串級PID系統主要是利用PID算法來實現溫度參數的確定，進而調節主汽溫度。PID算法根據比例、積分、微分系數在計算機作用下得出合適的輸出控制參數，利用修改控制變量誤差的方法實現環路控制，使主、副兩個控制回路的控制過程連續。串級PID控制系統中，主、副控制器串聯工作，以主控制器為主導，保證變量穩定為目的，兩個控制器協調一致，互相配合。一般情況下在PID串級控制系統中有兩級減溫器，一級減溫器位于分隔高溫過熱器熱器和后屏過熱器之間，二級減溫器位于后屏過熱器和高溫過熱器之間。二級減溫器系統作為副調節回路的控制對象，減溫器出口的蒸汽溫度作為副調節回路的控制變量，高溫過熱器為主調節器的控制對象，高溫過熱器出口蒸汽溫度作為主控制回路的控制變量。PID串級控制既有優點也有缺點，優點是控制過程連續，在完整的閉環路控制中，主、副控制器串聯成一個整體，體現了過程完整性；其中存在的不足就是主汽溫控具有時變性，易受外界干擾，導致控制對象的模型參數難以確定，PID運算不穩定，影響主汽溫度參數的動、靜態品質，從而增加了溫控時間。為了更高效地控制主汽溫度，人們做了更多的有益嘗試。

3 關于模糊神經網絡系統和超臨界鍋爐的介紹

3.1 模糊神經網絡系統的基本組成

模糊神經網絡系統是模糊控制系統與神經網絡系統的結合，兩者的結合具有重要意義和工程價值。神經網絡系統在處理和解決問題時，不需要對象的精確數學模型，利用數值化的和非數學模型的函數估計器和動力學系統，以一種不精確的方式處理不精確的信息。模糊控制系統是依據一些由人們總結出來的描述各種因素之間相互關系的模糊性語言經驗規則和有邏輯的數學分析、數值運算、多次的觀察來總結出溫控方法。神經網絡系統是通過其結構的可變性，逐步適應外部環境的各種因素的作用，不斷地挖掘出研究對象之間內在的因果聯系，表現為一種不很精確的輸入輸出值描述，最終解決問題。模糊神經網絡系統繼承了兩者的優點，這就能更高效地控制主汽溫度了。模糊控制系統和神經網絡系統的結合形態有多種，主要有以下四種形式：松散結合形式；并聯結合形式；串聯結合形式；網絡學習型結合形式。各種結合形式都有各自的好處：對于兩個獨立的鍋爐，要想它們不干擾雙方的溫控，可以采取松散結合形式；當有共同的輸入時，可以選擇同等型或者補償型的并聯結合形式；一方的輸出為另一方的輸入時，在系統中可按串聯結合方式；系統由模糊系統表示，過程需要神經網絡系統來產生和調整時，可用網絡學習型結合形式。鍋爐使用者可根據自己的需要選擇合適的結合形式來控制主汽溫度。

3.2 模糊神經網絡系統的溫控策略和超臨界鍋爐

模糊神經網絡控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理、自學習功能為基礎的計算機智能控制。輸入確定因子后依次經過模糊化、模糊推理、逆模糊化、調整量化比例因子，最終控制被控對象即主汽溫度。在控制過程中模糊控制器起著舉足輕重的作用，模糊控制器可調參數，改變參數可使控制器適用于不同系統的性能要求。模糊控制規律應遵循：過熱汽溫上升速度快，汽溫偏高，則汽溫的控制量應向下浮動；反之則向下浮動。模糊神經網絡系統基于現代控制理論和智能控制理論，滿足了當代社會的需求，特別是對超臨界鍋爐主汽溫度的控制。超臨界鍋爐相比于其他鍋爐具有較高的發電效率，而且超臨界機組具有良好的負荷調節特性，在較低負荷下依舊能保持較高的效率，基建投資、發電成本也較低，是未來電力工業的主力機組。超臨界鍋爐趨于用智能溫控，在一定程度上帶動了模糊神經網絡系統的應用。

4 結束語

機組鍋爐在當代社會應用廣泛，控制機組鍋爐主汽溫度是安全使用鍋爐的關鍵。鍋爐使用者可以根據機組鍋爐的情況來選擇合適的溫控方法，基于經典理論的串級PID系統，還有基于現代理論和智能理論的模糊神經網絡系統都可以用來控制鍋爐主汽溫度。各有各自的優點，此時，鍋爐使用者就得學會有選擇、有技巧地選擇自己需要的溫控系統。相比較，基于現代理論和智能理論的溫控方法更能高效地控制鍋爐主汽溫度。

參考文獻

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