先進控制方法在電廠熱工過程控制中的研究與應(yīng)用

張毅

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

關(guān)鍵詞：先進控制方法 電廠過熱過程控制 應(yīng)用研究

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0263-01

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

一、電廠熱工過程控制的特點分析

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)溫水量的多少進行相應(yīng)的控制，在進行過程控制過程中，其具備了慣性和時滯的特點，在鍋爐具體運行過程中，動態(tài)變化會隨著整個系統(tǒng)運行工況的變化而不斷出現(xiàn)變化；其次，單元發(fā)電機組負荷過程。這個過程實際上是一個充分非線性，變化頻率快以及存在一定隨機多變的過程，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)。在鍋爐運行過程中，鍋爐中的氣泡多少實際上反映了鍋爐中的蒸汽負荷和水量之間的關(guān)系。在鍋爐運行過程中需要我們對鍋爐水位進行實時動態(tài)監(jiān)測，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對鍋爐水位產(chǎn)生深遠影響，從而會產(chǎn)生虛假水位的現(xiàn)象，特別是當系統(tǒng)處于低負荷運行狀態(tài)下，水位經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的時滯和非最小相位現(xiàn)象的產(chǎn)生，針對這種現(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)是一個多變量，耦合十分嚴重的熱工過程，在運行過程中會受到來自多方面的影響因素的影響，在這個系統(tǒng)中燃料的燃燒率很難得到準確預(yù)測，一般情況在控制過程中都是將其分成三個相互聯(lián)系的子系統(tǒng)進行控制和調(diào)節(jié)，主要包含了熱負荷調(diào)節(jié)、爐膛負壓調(diào)節(jié)和鍋爐燃燒系統(tǒng)中氧氣含量校正等三個部分，其中這三個部分主要以熱負荷控制調(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)實際上是一個輔助系統(tǒng)，但是這個系統(tǒng)在進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式制粉形式，這種制粉模式具有顯著的純延遲、強耦合、非線性的特點，是一個非線性時變量系統(tǒng)。在制粉系統(tǒng)中由于鋼球磨本身就處于一個十分復(fù)雜工作環(huán)境中，在熱工過程控制過程中，其中任何一個控制變量發(fā)生變化之后，就會對其他變化量產(chǎn)生深遠影響。

二、先進控制方法在電廠熱工過程控制中的應(yīng)用

1.先進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，但是因為在控制過程中存在很大的慣性和較長時間的延遲以及時變性等特點，再加上控制過程中，動態(tài)性會因為系統(tǒng)工況的運行情況而做出相應(yīng)的改變，因此，在對過熱氣溫進行控制過程中需要我們采用先進的措施和手段。例如采用預(yù)測控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等。最近幾年，我國國內(nèi)很多研究學(xué)者就預(yù)測控制技術(shù)在過熱過程控制中的應(yīng)用進行深入研究，并提出了對結(jié)構(gòu)進行改變的基礎(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)測控制技術(shù)。

2.先進控制技術(shù)在單元機組負荷控制方面的應(yīng)用

作為參數(shù)慢時變，非線性和大慣性并存多變量熱工過程系統(tǒng)，當機組發(fā)電單元中遭受到較大范圍的負荷改變之后，整個協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運行就會出現(xiàn)緩慢情況，針對這種情況在控制過程中就需要采用模型預(yù)測控制技術(shù)提高控制的靈敏性和反應(yīng)能力。針對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)電單元機組運行控制中加入了多變量約束的MPC計算方法，為過程控制的實現(xiàn)提供了可能。在對中單元機組負荷進行控制過程中，上述控制方法操作更加簡單，整個控制過程表現(xiàn)的十分優(yōu)異，并且在線計算量比較小。此外，還有不少研究學(xué)者針對單元機組負荷控制問題提出了模糊性控制技術(shù)和預(yù)測性控制技術(shù)，將兩項技術(shù)進行有效的統(tǒng)合，研發(fā)出模糊預(yù)測控制設(shè)備，這項技術(shù)為降低或者消除非線性以及大時滯不良影響提供了比較理想的解決對策。

3.先進控制技術(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，有時在一些其他因素影響之下還會出現(xiàn)虛假水位的現(xiàn)象，針對這種現(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)測控制技術(shù)，提高對鍋爐水位控制的精確性，并且采用這項技術(shù)還可以有效緩解調(diào)節(jié)器輸出過程中存在的波動現(xiàn)象。此外，在對鍋爐水位控制技術(shù)進行研究過程中，還有一些研究人員提出了使用了氣泡水位MPC預(yù)測技術(shù)，通過實驗證明采用該項技術(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時間。

4.先進控制技術(shù)在制粉系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

制粉系統(tǒng)在進行自動控制過程中往往會受到時滯和慣性等強耦合等因素的影響而對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行產(chǎn)生深遠影響，因此，為了實現(xiàn)該系統(tǒng)控制的自動化，就需要我們采取措施消除控制過程中存在的各種不當因素，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對制粉系統(tǒng)進行控制是一項不錯的嘗試，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)運行的穩(wěn)定性。

5.先進控制技術(shù)在鍋爐燃燒系統(tǒng)中的應(yīng)用

鍋爐燃燒系統(tǒng)在運行過程中受到燃煤質(zhì)量，強耦合性，時滯性和系統(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)很難實現(xiàn)精確計算。最近幾年，很多研究學(xué)者就鍋爐燃燒系統(tǒng)控制進行了深入的研究，但是實驗效果并不理想，更多的是處于理論角度，無法在實際生產(chǎn)中應(yīng)用，在未來仍需我們進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，促進保證電廠運行安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟。

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