直流鍋爐—汽輪機協(xié)調系統(tǒng)自適應控制算法研究

王霆毅

【摘 要】協(xié)調好鍋爐與汽輪機之間的能量供求關系在具體的火力發(fā)電機組運行的時候有著至關重要的作用，不僅是保證機組高效運行的關鍵環(huán)節(jié)，同時也是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎條件。本文主要論述了直流鍋爐——汽輪機協(xié)調控制系統(tǒng)中主要存在的問題，提出了系統(tǒng)自適應控制算法的研究方案，以期能夠為相關的研究提供些許理論基礎。

【關鍵詞】鍋爐；汽輪機；協(xié)調系統(tǒng)；自適應控制；算法研究

保證直流鍋爐與汽輪機的高效運行是大型的火力發(fā)電機組控制系統(tǒng)主要承擔的任務之一，只有在具體的運行過程中能夠保證鍋爐和汽輪機輸入與輸出的能量達到一個平衡的狀態(tài)，才可以充分保證機組運行的安全性。

1.直流鍋爐—汽輪機協(xié)調系統(tǒng)的特點

鍋爐—汽輪機機組是火力發(fā)電廠的機組的重要組成部分，通常情況下，火力發(fā)電廠的生產(chǎn)運作過程相當于在各種機組設備中進行的一個能量轉化的過程，在這一過程中，忽略能量損耗的部分，總體的能量是處于平衡的狀態(tài)的。每一單元機組主要包括發(fā)電機、汽輪機、鍋爐設備，三者共同作用才能更好地滿足機組的穩(wěn)定性，同時才可以為火力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性奠定良好的基礎。

在日常的運行中，鍋爐—汽輪機的協(xié)調系統(tǒng)的控制效果也會受到種種因素的影響，就會對整個機組的運行質量帶來消極的作用。這些因素主要包括運行的過程中出現(xiàn)滑壓的現(xiàn)象，鍋爐在運行響應的過程中出現(xiàn)延緩的現(xiàn)象，鍋爐本身的蓄熱能力對控制效果的影響，整個機組系統(tǒng)的結構復雜程度也會對運行的效果帶來一定的影響。這些影響因素會導致在為控制對象建立數(shù)學模型的時候出現(xiàn)差異性，所以就會導致系統(tǒng)控制的結果不盡人意。現(xiàn)階段，火力發(fā)電廠的機組運行時候運用的方法主要是把鍋爐作為系統(tǒng)跟隨的基礎，運用負荷指令信號來平衡系統(tǒng)之間的關系，通過對負荷指令經(jīng)幅值的恰當控制，汽輪機的主控部分和鍋爐的主控部分和相應的壓力定值之間成為一定的回路，當協(xié)調系統(tǒng)的負荷產(chǎn)生一定的變化時，汽輪機和鍋爐的協(xié)調運行產(chǎn)生的壓力定值就會給回路之中添加一些微分環(huán)節(jié)和多級慣性的環(huán)節(jié)，這樣鍋爐的慣性時間也就是總體熱量產(chǎn)生的時間和蓄熱所需要的時間。在鍋爐—汽輪機的協(xié)調系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方案已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)的運行要求，因此要對其控制算法進行相應的改革與創(chuàng)新，使用比較先進的控制理論，來彌補傳統(tǒng)算法的不足之處，從而有效地增強鍋爐—汽輪機的整體性能。

2.直流鍋爐—汽輪機協(xié)調系統(tǒng)自適應控制算法

直流鍋爐—汽輪機的協(xié)調系統(tǒng)中，經(jīng)常使用的是PID控制器，對于汽輪機的主控器經(jīng)常采用的是PI 控制器。通常在對直流鍋爐—汽輪機的控制過程中，需要對其目標值進行相應的控制，以便達到理想的控制目的，不僅要對升降的負荷值進行控制，同時也要對其在動態(tài)變化過程中的穩(wěn)定時定值控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化選擇，還要不斷排除一些干擾因素，常規(guī)的PID控制器在實際的應用中有很多亟待解決的問題，這些局限性也在一定程度上影響了系統(tǒng)功能的拓展，包括對參數(shù)的確定、充分滿足參數(shù)的抗干擾性能等。隨著科學技術的進步，協(xié)調控制系統(tǒng)也逐漸更新了控制算法，采用的是二自由度的PID控制算法，基本的原理就是在原先的控制算法的基礎上增加了一個和系統(tǒng)共同運作的補償環(huán)節(jié)，同時還要補充擴展一些對系統(tǒng)起到一定調整作用的系數(shù)，這樣就使得控制器的參數(shù)可以依據(jù)外擾抑制特征以及目標值的跟蹤特點來確定，提高了參數(shù)確定的準確性與科學性。

通常情況下，PID控制器的參數(shù)在進行整合確定的時候，要依據(jù)兩個原則，一是依據(jù)干擾抑制的最適宜取值來確定，二是依據(jù)最佳的跟蹤值來確定。在二自由度系數(shù)中還引入了與之相關的二自由化系數(shù)a、b、c，因而在實際的控制中還要滿足干擾抑制的控制值和設計跟蹤值相適應的要求。在此過程中，為了進一步增強結果運行的可靠性，可以在對參數(shù)控制的時候，按照有關的步驟進行，第一點是要先使用比較常規(guī)的方式，對相關的參數(shù)進行調整，盡量避免一切干擾因素對其產(chǎn)生的影響，然后使得目標值達到相應的效果。在對控制器的參數(shù)進行相應的優(yōu)化的時候，可以使用遺傳算法，會取得較為良好的控制效果。建立遺傳算法模型可以有效彌補復雜對象難以建立模型的缺陷，同時這種算法還具有非常大的優(yōu)越性，可以有效解決類似的復雜問題，可以在確定的范圍內對數(shù)量非常龐大的數(shù)據(jù)做出科學的求解過程，具有非常大的搜索空間，滿足了協(xié)調系統(tǒng)的控制功能。采用遺傳算法可以有效解決控制量的變化問題，對鍋爐—汽輪機系統(tǒng)的運作起到很好的輔助作用，同時可以提高系統(tǒng)機組的運行能力，增強火力發(fā)電廠的運行的安全性與穩(wěn)定性，為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎。

3.結束語

綜上所述，和傳統(tǒng)的協(xié)調系統(tǒng)控制算法相比，對直流鍋爐—汽輪機的協(xié)調控制系統(tǒng)進行算法的優(yōu)化不僅可以提高PID控制器參數(shù)選擇的準確性，同時可以提高系統(tǒng)的運行效率，可見遺傳算法的方式值得推廣，并可以將其應用領域不斷擴大，尤其是對結構復雜的對象進行建模時候，采用這種方式可以取得良好的效果。

【參考文獻】

[1]常磊.超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)和汽輪機旁路系統(tǒng)的研究[J].電站系統(tǒng)工程，2005，（1）.

[2]何振東.哈鍋1000MW超臨界直流鍋爐啟動系統(tǒng)設計介紹[J].經(jīng)濟技術協(xié)作信息，2004，（24）.

[3]蘇彤彤.來自運行一線的聲音——汽輪機在電廠應用中存在的問題及改進意見[J].電力設備，2004，（12）.

[4]多保林.配備直流鍋爐的火電機組啟動、旁路系統(tǒng)及其運行特性[J].廣東電力，2003，（6）.