模糊控制在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的運(yùn)用

黃冬梅 廣東紅海灣發(fā)電有限公司

前言

給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為發(fā)電廠鍋爐水量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的重要一部分，用燃料量控制汽溫的延遲時間比用給水流量控制汽溫延遲時間大，因此超臨界機(jī)組通過采用調(diào)節(jié)給水流量來實現(xiàn)燃水比控制的控制方案。為了達(dá)到這一點(diǎn)，目前很多給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中都應(yīng)用到了給水調(diào)節(jié)器。其能夠促進(jìn)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)一步實現(xiàn)自動化，這將促進(jìn)鍋爐的蒸發(fā)量和給水流量被控制在一定范圍之內(nèi)，對于保證發(fā)電廠鍋爐實現(xiàn)安全正常運(yùn)行有著十分重要的意義。

一、模糊控制在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的運(yùn)用要點(diǎn)

發(fā)電廠中，鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制的要求，主要體現(xiàn)在“維持鍋爐的水煤比率”，以及“保持給水流量穩(wěn)定”兩方面。超超臨界機(jī)組，蒸汽與水之間，無明確的分界點(diǎn)。給予模糊控制，是滿足上述要求的關(guān)鍵。

首先，鍋爐給水流量屬于影響鍋爐蒸汽帶水量的主要指標(biāo)。鍋爐運(yùn)行期間，中間點(diǎn)溫度逐漸升高。如給水流量偏小，一旦蒸汽長期作用于汽輪機(jī)葉片，極容易導(dǎo)致葉片結(jié)垢，致使汽輪機(jī)發(fā)生故障[1]?？梢姡瑸樘岣甙l(fā)電廠鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、降低故障率，將模糊控制應(yīng)用到直流爐給水流量控制過程中較為重要。其次，就給水量而言，傳統(tǒng)的鍋爐給水控制方法，穩(wěn)定性較差，給水量的大小變化幅度較大，管道故障率較高。為解決上述問題，建議將模糊控制方法，應(yīng)用到給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的水量調(diào)節(jié)過程中。在提高給水量穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，確保鍋爐能夠穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

二、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊控制設(shè)計思路

（一）模糊化設(shè)計

在對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行模糊控制設(shè)計之前，設(shè)計人員需要開展一系列的計算工作來確定好與設(shè)計相關(guān)的各項數(shù)據(jù)指標(biāo)，主要包括以下幾點(diǎn)：（1）設(shè)計人員需要先確定好給水流量、小機(jī)轉(zhuǎn)速、水煤比，并以此為基礎(chǔ)來計算出水位偏差變化率。之后再利用模糊控制器對計算結(jié)果進(jìn)行輸出，其主要目的是為了對水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閥門開度做出合理控制；（2）同時，設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)依照系統(tǒng)中的給水流量與設(shè)計流量之間的偏差及以此為基礎(chǔ)所計算出的偏差變化率為輸入指標(biāo)，以調(diào)節(jié)器輸出量為輸出指標(biāo)來建立起與模糊化設(shè)計相關(guān)的隸屬度函數(shù)，函數(shù)的域應(yīng)維持在[-10,10]的范圍之內(nèi)；（3）在實際設(shè)計的過程中，設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)從實際的隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則等控制器差數(shù)出發(fā)，使調(diào)控過程設(shè)計進(jìn)一步達(dá)到準(zhǔn)確合理[2]。

（二）模糊推理方式

為了保證給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊控制設(shè)計不出現(xiàn)差錯，設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)利用模糊推理的方式來提高設(shè)計過程中的準(zhǔn)確性，從而促進(jìn)其在投入使用后能夠得到高效運(yùn)轉(zhuǎn)，模糊推理方式包括以下幾個方面：（1）其主要是以設(shè)計知識庫為最初出發(fā)點(diǎn)，采用與函數(shù)有關(guān)的推理機(jī)制來達(dá)到理想的設(shè)計效果。在這一過程結(jié)束后，設(shè)計人員能夠得出準(zhǔn)確的模糊輸出值，為了提高其實用性，在輸入變量、實測水位值與給定水位值之間的偏差、水位偏差變化率和控制器輸出值的計算上其語言值各為7個；（2）同時設(shè)計人員還需要對隸屬度函數(shù)進(jìn)行計算，其最終值通常情況下被4個梯形和3個三角形所表示[3]。

（三）模糊控制規(guī)則

（1）設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)依照歷史控制經(jīng)驗來總結(jié)出各條能夠被用來作為模糊條件的語句并將之進(jìn)行集合。在此過程中，設(shè)計人員還必須要確?？刂破髟谳敵鲂阅苌峡梢耘c其動靜性質(zhì)達(dá)到最佳配合，以此來保證設(shè)計的準(zhǔn)確度；（2）因蒸發(fā)量的增加，系統(tǒng)中給水流量會不斷下降，這時，需要對其閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，依照其誰未來控制其BR閥門的開放度，在其出口流量降低到150噸一小時時，其流量可以被調(diào)節(jié)到450噸/小時，以保證機(jī)組負(fù)荷達(dá)到臨界壓力后能夠轉(zhuǎn)入到超臨界狀態(tài)之中；（3）在實際計算的過程中，若實測給水流量與設(shè)計流量之間的偏差為負(fù)數(shù)時，不管最終的水位偏差變化率如何，為了提升控制量的準(zhǔn)確度，設(shè)計人員應(yīng)使最終的控制量始終保持在正值狀態(tài)。

三、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊控制方案及控制效果

（一）發(fā)電廠概況

發(fā)電廠位于我國國內(nèi)，現(xiàn)已建成發(fā)電機(jī)組共4臺，發(fā)電量達(dá)2410MW，發(fā)電電壓包括220kV及500kV等多種，屬于我國某市電力資源的重點(diǎn)來源。近些年來，為響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，該發(fā)電廠對火力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了革新。本電廠所用鍋爐，為605MW超臨界機(jī)組直流爐。該機(jī)組工質(zhì)及熱量損失更小、沖洗速度更快，且熱應(yīng)力低。截至到2017年，發(fā)電廠的電力資源消耗量，較往年均值相比，已下降了1.5個百分點(diǎn)。水資源及石油資源消耗量，分別下降了6.1及27.7個百分點(diǎn)。該電廠的水力資源使用量控制模式，以給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊控制模式為主。為使模糊控制模式的應(yīng)用范圍得以拓展，對其應(yīng)用方案進(jìn)行分析較為必要。

（二）模糊控制方案

1.模糊控制參數(shù)計算

除應(yīng)用隸屬度函數(shù)，以及偏差計算等方法計算模糊控制指標(biāo)外，發(fā)電廠同樣需視模糊控制目標(biāo)，對其控制參數(shù)進(jìn)行計算。鑒于鍋爐的給水流量、水煤比，是決定鍋爐運(yùn)行安全性的主要因素。因此，模糊控制過程中，應(yīng)重點(diǎn)對兩者進(jìn)行計算。以直流爐的給水流量為例，該參數(shù)的模糊控制參數(shù)計算公式如下：

上述公式中，D代表給水量、P代表電壓、T代表水溫、K代表流量系數(shù)。利用上述公式，既可計算出水位的模糊控制指標(biāo)。

2.模糊控制信號測量

給水流量、水煤比、小機(jī)轉(zhuǎn)速，為模糊控制信號測量的三大要點(diǎn)。與給水流量為例，當(dāng)通過給水旁路調(diào)節(jié)閥，對給水流量進(jìn)行控制時，BR閥可實現(xiàn)對儲水箱水位的控制。此時，受多種擾動的影響，給水流量常會發(fā)生一定的變化。對此，可將模糊控制技術(shù)，應(yīng)用到給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。在此基礎(chǔ)上，安裝偏差報警組件。通過對BR閥開度的控制，避免儲水箱水位超過閥門。從而避免鍋爐于啟動時發(fā)生震蕩，提高給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.模糊控制配置方式

為提高給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)模糊控制的可靠性，對其配置情況進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)冗余配置是關(guān)鍵。本電廠的模糊控制配置方式如下：1）如兩套模糊控制裝置，均能夠正常運(yùn)行。取兩者所反饋的信號的平均值，作為最終測量指標(biāo)即可。2）如兩套模糊控制裝置中，一部裝置存在故障。則可利用偏差以及模糊控制規(guī)則，將其信號切斷，并實現(xiàn)預(yù)警。3）如實際情況需要，有關(guān)人員可在兩套模糊控制裝置中，選出一套作為主控制裝置，對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中給水流量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。

4.模糊控制實現(xiàn)過程

模糊控制的過程，應(yīng)視給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的負(fù)荷而確定。當(dāng)由一臺給水泵給水時，如給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的負(fù)荷，處于0至25%MCR范圍內(nèi)，則可采用單沖量給予控制。當(dāng)負(fù)荷為25%MCR、25%--30%時，控制方法相同。以單沖量控制為例：當(dāng)調(diào)節(jié)器LD-1L-PID運(yùn)行時，其輸入水位的測量值LD，以及給定值SET的偏差，均屬于決定模糊控制效果的主要指標(biāo)。如發(fā)現(xiàn)兩者出現(xiàn)異常，有關(guān)人員需立即根據(jù)模糊控制規(guī)則，采用軟操作器，對電動泵以及給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)指令進(jìn)行修改。通過調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速的方式，提高模糊控制水平。

（三）模糊控制效果

為判斷模糊控制在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，本課題采用仿真實驗，通過對衰減率以及穩(wěn)態(tài)偏差的計算，對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡時間進(jìn)行了觀察。發(fā)現(xiàn)：1）在未應(yīng)用模糊控制的情況下，系統(tǒng)衰減率φ=0.2、穩(wěn)態(tài)偏差=31、過渡時間T=300s。2）應(yīng)用模糊控制后，系統(tǒng)衰減率φ=1、穩(wěn)態(tài)偏差=28、過渡時間T=150s。兩者對比發(fā)現(xiàn)，模糊控制的應(yīng)用，能夠有效提高鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)的性能得以增強(qiáng)。

四、結(jié)論

綜上所述，本文集中研究了模糊控制在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的運(yùn)用要點(diǎn)和實際控制效果。得出結(jié)論，將模糊控制應(yīng)用在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中可以取得使水調(diào)節(jié)系統(tǒng)更科學(xué)的運(yùn)行、使發(fā)電廠鍋爐變得更加安全從而促進(jìn)發(fā)電廠鍋爐得到更高效應(yīng)用的良好結(jié)果，希望本文的研究可以幫助更多的行業(yè)內(nèi)人士更好地開展發(fā)電廠鍋爐水量控制工作，以此來促進(jìn)發(fā)電廠產(chǎn)值實現(xiàn)不斷突破和提升。