智能控制在火電廠自動控制中的運用

吳真

（國電建投內蒙古能源有限公司 內蒙古自治區鄂爾多斯市 017209）

隨著我國社會的不斷進步，工業生產企業規模逐漸增大，對電能的需求量也在持續增長，在此背景的下，我國電力行業取得了良好的發展，大容量機組是火力發電的核心部分，為確保各類生產書得到良好的應用，加強控制力度，需要對自動化水平進行提升，常規模式下的PID控制系統已經無法滿足火力發電企業的發展需求。通常情況下，發電機組有著較大的延遲性、滯后性和非線性，發電過程中會出現各類干擾因素。PID控制系統無法對這些變化的因素進行自動調整，基于以上原因，利用智能控制技術可以優化原來的控制方式，加強控制的全面性、及時性和有效性，在活力發電廠中應用智能化自動控制系統也是未來的發展趨勢。

1 火力發電廠中智能控制方式

結合實際情況來看，模糊控制、遺傳算法控制、專家系統控制與神經網絡控制等智能控制技術是我國火力發電廠目前主要應用的智能控制方式，不同的控制方式所對應的火力發電系統不一樣，有著各自的特征。

1.1 模糊控制系統

目前火力發電廠生產流程變得十分復雜，具有很強的連續性、綜合性和系統性，火力發電生產過程受到很多的非線性、多變量、不確定因素的影響，很難用利用常規的數學工具建立數學模型，對這些復雜的影響因素 進行控制，采用模糊控制技術可以有效解決控制對象的不確定性、干擾性、非線性、時滯性等方面帶來的影響，對不確定性對象有著較好的控制效果嗎，能夠有效解決很多常規自動控制技術難以解決的問題。模糊控制是由控制理論與模糊集合理論相結合衍生出的一種控制技術，模糊控制系統主要以自動控制系統、模糊數學、模糊語言形式和模糊邏輯的規則推理為理論基礎，結合自動化控制技術構成的具有反饋通道閉環控制的數字控制系統，主要由以下五個部分組成：模糊控制器、輸入/輸出接口、控制指令執行機構、被控制對象，如圖1所示。

圖1：模糊控制系統示意圖

模糊控制器是模糊控制系統的核心部件，模糊控制系統與常規計算機數字控制系統的主要區別在于模糊控制系統有模糊控制器，而模糊控制系統控制性能、控制效果的好壞主要取決于模糊控制器的結構、所使用的模糊規則、模糊決策等。

1.2 遺傳算法

遺傳算法的應用領域比較廣泛，在函數組合優化、生產調度優化，自動控制、機器人學習、圖像處理、數據挖掘等各個方面有著廣泛的應用。隨著火電廠生產工藝和流程變得越來越復雜，單一的控制策略已經無法滿足生產的需求，利用遺傳算法可以對各個類型的智能控制系統進行優化，效果明顯，遺傳算法智能控制具有很強的復雜性和綜合性與神經網絡、模糊推理以及混沌理論等智能計算方式相互滲透，相互結合，有著相互促進的作用。遺傳算法最大的優勢在于可以借助遺傳理論的變異、交叉、復制等內容對個體進行精確篩選，保留適應度較高的個體。

1.3 專家系統控制

專家系統控制主要是利用相關的權威知識解決具體領域中的計算機程序系統中的問題，專家系統可以根據用戶所提供的具體數據、信息，利用系統中儲存的對以往的事例判斷和處理的經驗，對當下具體問題進行判斷。火力發電廠生產工藝和生產流程比較復雜，對生產設備的損耗比較大，設備很容易發生各類故障，利用專家系統可以從全方位、多角度，對相關問題和故障展開深入診斷，在較短時間內就可以判斷出故障指致因，為電力生產流程的提供重要保障。結合目前情況來看，專家系統在火電廠水汽循環診斷、火電機組運行、大型的轉動機械故障診斷以及控制中發揮著至關重要的作用。專家控制系統是由專家系統、工程控制論等多項理論和技術相結合，其控制功能的主要是依靠常規的PID控制器、專家經驗實現，對火電廠生產過程中的不確定因素、定性信息進行處理，結合推理力理論對被控制對象進行控制。

2 火電廠自動控制中運用智能控制的策略

2.1 再熱汽溫自動控制

火電廠再熱汽溫控制系統具有時滯性、時變性、不確定性和非線性，屬于火電廠控制難度較大的控制系統，電力生產過程中需要將氣溫控制在允許的范圍內，才能確保機組的正常穩定運行。而結合實際情況來看，火電廠生產過程中，設備運行狀態會受到各類變化因素的影響，汽溫控制系統在各類干擾因素的影響下其參數會發生動態變化，導致工況發生變化，常規PID控制系統在此情況下無法充分發揮其良好的控制作用，PID控制系統對變化參數無法進行自動調整，滿足不了火電廠對再熱汽溫的控制需求。基于以上原因，針對火電廠再熱汽溫控制系統的時滯性、時變性、不確定性和非線性等特點，采用模糊控制系統可以實現自動調節控制，模糊控制理論最大的特點在于對控制目標沒有較強的依賴性，而模糊決策具有非線性的特點，對變化比較多、控制內容比較復雜的控制目標有著顯著的控制效果。在一定的負荷下，模模糊控制系統能夠在較短時間內消除各類干擾因素的影響，當電力生產系統的各類參數發生變化或者出現負荷干擾時，能夠表現出較好的魯棒性。結合實際情況來看，模糊控制系統需要與常規的PIF控制系統實現有效結合，進行優勢互補，模糊控制系統對PID控制器的各類參數能夠進行自動調整，自動適應。相比之下，模糊PID控制器能夠對火力發電再熱汽溫系統等復雜對象實施有效的控制，充分發揮其抗干擾作用，確保控制系統的穩定運行，保證火力發電廠的生產效率和生產設備穩定工作。

2.2 主蒸汽溫度自動控制

在火電廠生產過程中，鍋爐主蒸汽溫度在變負荷或者閥門流量特性不佳的情況下，控制難度較大，隨著燃燒工況發生的變化，會出現鍋爐換熱器積灰、閥門內漏等情況，導致主蒸汽溫度調節不理想。在常規PID控制的基礎上對鍋爐主蒸汽自動控制過程中出現的具體問題進行控制方案的調整，引進大數據自動學習和快速反饋，可以有效實現鍋爐主蒸汽的全自動控制，確保鍋爐生產過程中各項數據的穩定，加強對設備工作狀態的控制和監管力度，有效降低操作員的工作強度和工作量，提高工作效率和工作質量。鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案總體框架如圖2所示。

圖2：鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案總體框架

鍋爐主蒸汽溫度是一個重要的控制監測參數，溫度的高低都會對設備的經濟性與安全性產生一定的影響，想要確保各個環節生產工作的穩定持續進行，首先要讓主蒸汽的溫度保持在合理范圍內。結合實際情況來看，主蒸汽溫度控制是火電廠自動控制工作中的重點與難點內容，常見的主蒸汽溫度問題主要體現在以下幾個方面。

（1）被控制的主蒸汽溫度存在時變性非線性延遲性。隨著機組容量增加，這些問題會變得更加嚴重，導致反饋控制系統對相應的問題無法進行及時有效的調節。

（2）被控制的主蒸汽溫度，其動態特性會隨著各類影響因素的變化發生變化，當工況出現變化時，對數學模型會產生重大的影響。

（3）被控制目標的非線性和動態性會加大自動控制的難度。為了有效解決火電廠主蒸汽溫度自動控制中的時變性、非線性、延遲性等各類問題，要對被控制目標的動態特性進行深入分析，以現場的實際情況為參考依據，根據各類問題的特征，采用相應的智能控制方式。可以利用狀態觀測技術，設計監測精確度較高的狀態觀測器，提升主蒸汽在前饋控制中的準確性，以模糊控制技術和遺傳算法為基礎，結合自動控制器的具體特征，優化動態算法，解決遺傳算法不能滿足實時性的問題。此外，還要將控制系統作為基礎，將各類控制系統相結合，提高主蒸汽溫度控制者方案的全面性、穩定性和有效性。結合實際應用情況來看，以模糊技術、遺傳算法為基礎的PID控制系統有著較高的自適應水平，與傳統的PID控制系統相比，其魯棒性較好，控制品質較高。能夠有效解決各類干擾因素和被控目標的參數變化等問題。

2.3 鍋爐燃燒自動控制

在火電廠生產過程中，鍋爐燃燒會受到多種因素的影響，其中負荷變化、耦合、煤質與媒種的變化產生的影響最為常見，鍋爐燃燒是一個復雜的、動態變化、產生持續波動的過程，對燃燒過程很難進行精準測量。為加強煤炭燃燒的控制力度，提高燃燒率，加大生產力度，需要結合鍋爐燃燒的特征，引進智能化控制的技術。結合實際情況來看，利用專家系統可以是實現各項數據的正向推理，對知識庫內的各類規則進行判斷。在鍋爐燃燒中，主要的判斷內容有送風調節系統你、媒厚調節系統、工況判斷以及生產故障診斷等方面

3 結語

綜上所述，在火電廠自動控制中應用智能控制技術。有著重要的現實意義，相關人員應該結合火力發電廠生產過程中的具體特點和出現的各類問題，對各項智能技術進行充分了解，加強對智能控制技術的應用，提高火力發電廠的生產效率，保證火電廠的穩定運行，從而推動我國電力企業的健康產業持續發展。