自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

劉延文

（煙臺龍源電力技術股份有限公司，山東 煙臺 264006）

自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

劉延文

（煙臺龍源電力技術股份有限公司，山東 煙臺 264006）

隨著我國經濟水平的不斷提高，電力行業得到了飛速提升。火電廠作為電力行業中的重要組成部分，將自動控制理論與火電廠熱工自動化相結合，可以促進火電廠熱工自動化的進一步發展，從而提升發電機組的整體容量，增強供電企業的經濟效益。

自動控制理論；火電廠熱工自動化；應用

火電廠熱工自動化作為自動控制技術中的重要組成部分，其主要包含熱能工程技術、計算機技術、智能儀表儀器等先進技術。火電廠生產運行過程中，通過自動控制技術將其中的各項參數指標實時監控，從而提升企業的生產效率以及經濟利潤，還可以幫助企業節約資源成本。

1 火電廠熱工自動化控制系統發揮的作用與優勢

1.1 對管理信息系統進行拓展

火電廠熱工自動化利用自動控制系統的過程中，主要將計算機原理作為基礎，利用多種服務手段對火電廠熱工自動化中的全部設備實施全程式的監測，也可以將這種方式看作為構建完善的管理信息系統。其中比較成功的架構模式便是DCS，其主要將分布式的控制系統作為主要表現形式。DCS具備極強的控制能力，還結合了PLC控制器，可將管理信息系統有效拓展，并將可用的范圍與形式不斷擴大。

1.2 幫助系統累積高級算法模塊

自動化控制系統對多種高級算法模塊進行了積累。例如在某企業應用的ZT600自動控制系統中，就對其進行了自我障礙保修、預警的設計。這種設計方式表明了計算機技術與信息的互相完美銜接，從而提升火電廠熱工自動化的生產效率、生產質量。一般而言，火電廠中的大部分設備計算模塊都與0．5K梯形圖邏輯總量相同，如果想利用PLC將各項作業流程完成，便需要利用多種類型的模塊，其形式變得更加復雜多樣。而且在PLC系統中還存在一定的問題，主要表現為不能對修改率進行下載，還會在運行調試的過程中發生各種問題。

2 火電廠熱工自動化發展現狀分析

火電企業在日常生產過程中，利用自動化的各種儀器與設備取代傳統的人工操作，利用相應的儀器與設備實施自動化的生產，可超過人工操作的質量與效率。在上世紀前期便已經提出了自動化控制理論，經過了幾十年的發展與探索，在理論中主要包括經典控制理論、現代控制理論與智能控制理論三部分。對于經典控制理論來說，其主要將傳遞函數理論作為基礎，構建完善的系統數學模型，對系統運行過程中的狀態以及規律進行研究，從而實現有效的自動控制。對于現代控制理論來說，是將現行控制與優化估值作為理論的研究基礎，促使火電廠在運行過程中，對生產全過程實施有效的自我控制。而智能控制理論是將前二者互相結合，將數值計算作為主要方式，對復雜的系統實施更加有效的控制。

3 自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用策略

3.1 對熱工儀表非線性特性進行校正

（1）熱工儀表的非線性特性。火電廠的熱工儀表存在著不盡相同的非線性特性，例如在熱電偶溫度儀表中，其熱電勢與溫度之間存在的關系，在節流式流量儀表中，流量與差壓之間存在的關系，在閥位顯示儀表中，閥門的開度與流量之間存在的關系等，這些關系都屬于非線性函數而存在。在儀表中存在這些非線性特性，會對儀表的測量準確度、儀表顯示精確度產生一定的影響。為了減少存在的誤差，需要對儀表中的非線性特性進行減小，可以采用以下幾種方法。第一，縮小儀表測量的范圍。第二，在顯示刻度的過程中，利用非線性函數將其更加客觀的顯示出來。第三，在運行過程中，加入非線性的校正環節。對于前兩種方法來說，并沒有對儀表的輸出信號利用線性化處理方式進行處理，雖然可從一定程度上將測量的誤差減小，但無法充分滿足自動控制裝置需要的信號需求。對于第三種方法來說，其不僅能夠有效提升測量的準確度，還可以將儀表各個測量參數值進行對比，最終利用線性化進行處理，且校正方法也在不斷更新與優化。

對熱工儀表進行非線性特性校正，可以采用模擬線性化以及數字線性化兩種方法。

第一，模擬線性化。將傳統的模擬儀表作為基礎，利用機械元件與模擬電路將儀表的輸出信號線性化處理完成，從而對線性刻度準確模擬，還可以將其看作為自動控制裝置的主要傳輸信號。由此可見，對線性化的模擬主要是依靠硬件與模擬信號的方式對輸出的信號進行線性化的處理，也可以將其看作非線性特性校正的硬辦法。例如可以將開方凸輪作為基礎，對節流式流量儀表中存在的線性關系進行處理。第二，數字線性化。將智能儀表作為基礎，對輸入之后的信號進行轉換，從而得到數字量。在對數字量精確計算之后可使輸出信號線性化，從而將線性化數字更加直觀的顯現出來。相比于模擬線性化校正方法來說，這種校正方式主要依靠數字信號及軟件對輸出的信號進行線性化處理，也可以將這種方法看作為非線性特性校正的軟方法。

（2）應用前景分析。目前我國300MW及以上的火電發電機組均配備了DCS系統，主要是作為熱工參數計算檢測系統進行使用。對于沒有配備DCS的機組來說，主要采用了單獨的DAS系統，從而提升自動化監測的水平。因此，在火電廠熱工自動化的發展進程中，DAS系統是必不可少的重要部分。DAS系統中主要包含計算機、網絡通訊、大屏幕顯示等技術，可以對熱工參數網絡化、自動化、數字化測量與顯示充分實現，也為熱工儀表的非線性特性校正奠定硬件基礎。可見，在火電廠日后的發展過程中，自動化控制系統占據了主導地位，還實現了熱工儀表智能化、數字化的發展目標。相信在日后的生產過程中，可以對就地儀表進行集控式的自動化檢測，使數字線性化處理效果大幅提升。

3.2 主蒸汽壓力的特性及常見調節策略

火電廠發電機組的運行方式、燃料使用種類等方面都存在較大差異，可以將火電廠機組分為各種類型。目前在我國普遍采用的火電機組為：以燃煤為基礎，帶有汽包，并與中間儲倉式制粉系統共同構成的單元機組。其主要是將鍋爐、汽輪機、發電機全部對應，以縱向連接的方式構成一系列的生產系統整體，在不同的單元機組之間不存在橫向的聯系。工作流程如下：第一，煤粉經過加熱之后，通過燃燒器，在鍋爐內以混合的方式進行燃燒，其中的水分會從汽包向下流，其中會經過下降管，在這個過程中，其中的部分水分會形成蒸汽，部分水會形成最終的汽水混合物。第二，在汽水混合物形成之后便會流回至汽包中，再經過汽水互相分離，生成大量的蒸汽，最終進入到主蒸汽管道之中，內部會進行熱交換。再由減溫水將蒸汽的溫度進行嚴格控制之后，隨之進入到汽輪機的高低壓缸中進行沖轉做功，將熱能轉換為最終的機械能，帶動發電機進行電力生產，成為電能之后會隨之并入電網中。

對主蒸汽壓力進行調節時，主要可采用兩種方法：第一，將主蒸汽壓力作為基礎，將偏差作為主要的調節措施，將其中的煤量合理調節，主要優點為參數數據量小且可以方便、及時的整定。但其還具備相應速度較慢等方面的缺點。第二，將主蒸汽壓力作為基礎，以給定值作為調節措施，以雙回路的形式對主蒸汽壓力進行調節。在這種調節方法中，控制信號包含偏差等，具備反應速度快、抗干擾能力強等優點。而缺點是不能對內外回路進行方便的參數整定等。

3.3 主蒸汽溫度的特性及常見控制措施

主蒸汽溫度與主蒸汽壓力一樣，是火電廠在實際生產運營過程中的重要監測對象，無論主蒸汽溫度過高還是過低，都會對發電機組的安全性以及經濟性產生不良影響。如果主蒸汽的溫度過高，會使過熱器等設備由于高溫而出現變形，最終被損壞。如果主蒸汽的溫度過低，會降低火電廠的熱效率，還會對汽輪機的葉片產生腐蝕。

主蒸汽溫度具備的主要特性為延遲、慣性較大等，其并不能進行較大范圍的波動，因此利用傳統單回路的PID控制系統，無法獲得較為滿意的控制效果。而目前大部分火電廠所采用的主蒸汽控制措施為將導前氣溫θt的微分作為補充信號采用的雙沖量控制系統，將導前氣溫的θt作為中間被調量的串級控制系統。但這種控制辦法具備較強的局限性，還會包括超調量大等缺點。

因此根據主蒸汽溫度的動態特性進行分析，可以利用以下兩種控制措施。第一，將噴水減溫器進行合理設置。第二，在煙道中安裝相應的煙氣擋板。

對于第一種控制措施來說，其主要是將蒸汽的流量進行改變，從而對主蒸汽的溫度進行嚴格控制。對于第二種控制措施來說，其主要是將煙道中的煙氣熱量進行改變，從而提升火電廠的生產效率。

4 結語

自動控制理論可提升火電熱工自動化的水平以及生產效率，在應用自動控制理論過程中，可對主蒸汽壓力、溫度等方面實施有效的控制與調節，從根本上提升火電廠熱工自動化的水平與生產質量，促進企業生產能力進一步的提升。

[1]李陽春．自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用[D]．浙江大學,2001．

[2]孫振洋．控制理論在火電廠熱工自動化中的應用[J]．科技創業家,2013,23:50．

[3]魯登峰,黃蓉． 自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用[J]．廣東科技,2013,20:118-119．

[4]李生錄．自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用[J]．中外企業家,2013,28:235．

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