自動控制理論在火電廠熱工自動化中的有效運用分析

遲 鵬，吳潤菲，李思博，蒙 磊

（廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東江門 529200）

現階段，國內大部分火電廠中，均引進了自動化控制技術。自動控制借助自動控制設施、自動化儀器等設備，促進工業生產效率提升、優化運行過程，減少人工勞動量，提升相關產業的經濟效益，創造可觀的勞動生產總值。

1 火電廠熱工自動化的應用現狀

火電廠主廠房所應用的控制系統，如圖1所示，具有熱工自動化性能，系統中重點采取的是DCS技術理念，PLC作為一般性控制技術，應用于具有輔助性的車間系統中。此技術分配現象的關鍵因素在于：火電廠建設初期，DCS系統具有較高的成本價。火電廠相關管理人員，以經濟適用性為建設初衷，優化生產成本結構。為此，采取的折中措施為：鍋爐、發電機等具有持續性生產效能的設備，應為其配置信號模擬量，并保持比例科學性，以此開展DCS應用。其中DCS指分布式控制系統，或稱之為自動化控制系統。基于DCS的應用與成本均具有較高要求，在輔助性運行區域，引進的控制系統為PLC，以此減少成本支出。

在對比差異性運行周期內，鍋爐產生壓力變化差值。采取的對比方式為AP論域。首先應對燃燒時長采取優化調整措施，即發生負荷數值的大幅度變化問題，繼而提升燃燒速度。然而，煤質和爐況在選擇時，如若規格、容量、質量等方面存在差異，燃燒的效果具有一定程度的影響。在運行火電廠熱工自動化系統期間，隸屬度函數曲線發生了多樣化現象。曲線變化，造成模糊控制分析計算時，基于數據變化對曲線產生的適應性，引起計算數據發生魯棒性事件，造成模糊控制有失穩定性。

圖1 自動化系統構成圖

在開展鍋爐汽包液位測量計算工作期間，基于汽包液位所在控制系統，尚未開展有效的自動化控制措施，使鍋爐不具有自主平衡能力。在鍋爐出口位置，突發性發生蒸汽量提升，或者供水量發生緊缺。發生此類不穩定的鍋爐事件，究其原因在于：鍋爐尚不具有良好的反應能力，造成汽包熱量聚積問題，引起鍋爐內液體難以產生汽化，繼而在測量汽包液位時，發生數值偏差問題，結果相比常規數值較大。然而，如若開展反向操作，引起測量汽包液位所得數值偏小，造成汽包虛假液位的不良事件，不利于鍋爐開展生產活動。

現階段，國內火電廠具有的熱工自動化技術，具體表現為：自動化控制系統、自動化故障檢測、自動化防護技術、自動化報警系統四類。其中自動檢測模塊，實現了對火電廠環境中氣壓、溫度指數等數據的檢測，保障火電廠處于安全的運行環境，如若發生環境數據的突發性變形，便于相關工作人員采取有效措施，減少火電廠損失。故障自動化診斷與檢測系統中，針對火電廠內全范圍的運行設備、應用系統等采取有效檢測與診斷，如若發現故障問題，立即采取搶修、維護等措施，以此減少火電廠的經濟損失，保障火電廠處于安全的運行狀態。如圖1所示。

2 調節主蒸汽壓力

2.1 串級調節

串級調節系統，將爐膛輻射信號認定為鍋爐內中間被調量，換言之，在鍋爐燃料旁側位置，增設一個階躍擾動設施，借助Matlab軟件開展仿真分析。相比單回路PID調節方式，以熱量信號為基礎開展的串級調節技術，有效改善了調節性能。因此，采取的串接調節措施為單回路PID調節，優化系統性能，因其具有抵抗燃料側的干擾特性，因此，具有良好的調節效果。與此同時，基于中間被調量的組成方式為：分量（隨機）、主分量。由此發現：隨機分量方式，極易造成串級調節的不穩定性。如若采取將中間被調量融合于串級調節的應用模塊中，即會減少調節期間發生動態問題，引起調節器產生較多誤操作，增加調節系統所具有的動態偏差效果。為此，在開展仿真試驗期間，應回避將中間被調量直接融合于串級調節程序中，以此保障串級調節的穩定性。如圖2所示。

圖2 新型串級調節系統

2.2 模糊調節

在串級調節系統中，將中間被調量認定為爐膛輻射信號，并且添加模糊濾波器設備，以此獲取串級模糊調節的新方案。其中鍋爐組成包括：關鍵性調節設施，以PD作為調節設備；副級調節設施為DZ（S），借助P完成調節措施；爐膛輻射信號中，選出的隨機分量，即為中間被調量，由E-（S）表示；由主蒸汽壓力測定的固有值，以P（S）表示；模糊濾波器，由F表示，針對中間被調量發生的動態變化，相應產生變化；調節器中，D：（S）用于表示在隨機變量發生動態變化時，應給予的能量補償。

2.3 PID調節器、Smith預估器的調節措施

火電廠鍋爐的特征為熱慣性數值大以及鍋爐容量大，為此，調節對象應具有退延性和主蒸汽壓力等特征。通常情況下，退延性為引起調節系統變化的關鍵性因素，比如調節時間增加、超調量數值提升等均影響設備的穩定與安全，甚至對機組發電所具有一定程度的干擾。PID調節器與Smith估器，兩者系統作為現代化工業生產模式中，用以改善退延性的一般性措施，并具有良好的應用效果。此種調解措施，基于對PID調節器、Smith預估器兩者系統運行不良的充分考量，并為其開展最優控制思想，以二次型問題為基礎，開展優化配置，保障最優的調解措施施。PID調節器、Smith預估器兩者調解措施，在運行期間，具有相對發展成熟的理論、閉環調解簡易化、動態化調解能力等優勢。

3 熱工自動調節

3.1 理論

在國內自動化技術日益進步的背景下，火電廠熱工自動化技術在此期間，獲得相適應的發展活力。現階段，國內火電廠中，控制設備應用占比較大的為PID調節器。在信息技術獲取高速發生的同時，DCS系統應運而生，兼具現代化控制理念、智能化控制技術雙重優勢，并借助其優勢，發展成頗具穩定性與安全性的控制系統。例如，在探索Smith預估控制的具體措施期間，實現了對過熱氣溫的良好控制；有學者在Smith預估控制研究中，總結出PID控制與數據采集兩者相結合的理論，以此獲取全新的控制系統，提升了鍋爐溫度控制的精準度；更有學者則借助廣義思想中的預測控制（GPC）理論，實現了對鍋爐氣壓的有效測量與控制，彰顯出熱工自動化的應用價值；有學者提出借助模糊神經網絡算法，針對汽輪機故障開展診斷與控制，具有良好的實踐效果。

在自動控制熱工自動化技術的發展進程中，眾多企業參與更為先進控制應用的研發活動中。例如：德國西門子公司，將模糊控制與DCS雙項技術實現了結合，將熱工自動化良好形成應用模塊，便于用戶個性化設定與添加，為熱工自動化發展提供了全新的平臺。在熱工自動化技術日益發展進程中，社會組織對此項科研開展持續性深入探索，以此嘗試獲取更為先進的控制措施，逐漸從理論層次發展至實踐活動中，為自動控制理念的多元化發展提供契機。

3.2 信息系統延展性

自動化控制系統的運行，依賴于信息技術。信息技術作為自動化控制系統的運行基礎，使其成為具有綜合功能的信息管控應用型系統。DCS系統規模在熱工自動控制中逐漸發展成熟，其架構模式成功獲取了相關市場的廣泛認可與應用。此外，DCS系統，應結合PLC控制系統實現信息系統的延展，升級更為高級的應用系統，提升DCS系統應用的適用性。

3.3 高級算法

在自動化技術發展進程中，自動控制系統中的高級算法獲取了廣度發展，功能性日漸豐富、應用領域呈現廣泛性。例如，ZT600系統，此系統中借助自動控制理念，具備故障檢測、報警、維修三項自動化控制功能，為其系統運行提供了多元化功能，促進此系統的應用企業獲得良好控制效果，提升生產效率。在自控理念下，逐漸衍生出算法控制，此類控制具有較高的精準度，應成為自控理念未來發展趨勢。

4 結束語

綜上所述，自控理念融合于火電廠期間，促進火電廠企業獲得較高的生產能力，并對生產流程有效開展了智能化檢測與系統控制，促進火電廠優化人資結構，減少生產成本，推動火電廠企業具有現代化運行能力。