反饋線性化方法在鍋爐—汽輪機系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

摘 要：火力是一種清潔能源，在電能產(chǎn)生方面發(fā)揮著重要作用。在現(xiàn)代火力發(fā)電廠生產(chǎn)中最常使用的一種機器設(shè)備是鍋爐-汽輪機，它是一種火力發(fā)電的裝備，在以火力為能源的基礎(chǔ)上，它能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)換為電能，是衡量電力企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)水平的重要標(biāo)志。

關(guān)鍵詞：反饋線性化方法；鍋爐-汽輪機；系統(tǒng)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.002

0 引言

電能是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物，經(jīng)過了一個多世紀的發(fā)展，電能在如今各行各業(yè)發(fā)揮著重要作用，為工業(yè)生產(chǎn)提供了源源不斷的動力支持，或者是滿足視覺上的光照需求，或者是豐富人們的娛樂生活需要。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力越來越發(fā)揮重要作用，對電力需求也越來越廣泛，對新型能源的應(yīng)用也處于迫在眉睫的發(fā)展形勢?；鹆Πl(fā)電是一種清潔環(huán)保的發(fā)電方式，鍋爐-汽輪機是其一個重要組成部分，在利用鍋爐-汽輪機進行發(fā)電時，系統(tǒng)信號、抗干擾能力往往受到影響，因此應(yīng)用反饋線性化方法實現(xiàn)系統(tǒng)控制顯得尤為重要。

1 反饋線性化方法概述

鍋爐-汽輪機是一種非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)具有多輸入輸出的特點，還有耦合的特點。其控制器的傳統(tǒng)設(shè)計方法采用單輸入單輸出與局部線性化的方法，用局部線性設(shè)計方法設(shè)計出來的控制器工作范圍狹窄，還會產(chǎn)生很大的干擾，在強烈的干擾下不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

線性關(guān)系是其協(xié)調(diào)系統(tǒng)運行當(dāng)中最主要的特征，不具有較強的穩(wěn)定性，當(dāng)在大范圍內(nèi)改變工作狀態(tài)的情況下，動、靜特征有很大的變化，這種線性方法根據(jù)線性化機爐能夠協(xié)調(diào)非線性模型，或者利用線性分析設(shè)計控制器。在鍋爐-汽輪機運行過程中，通常采用反饋線性化方法進行系統(tǒng)穩(wěn)定性的跟蹤，使協(xié)調(diào)系統(tǒng)保證具有優(yōu)越的解耦效果，快速的響應(yīng)能力，根據(jù)線性化程度，判斷采取哪種線性控制策略。

2 反饋線性化方法在鍋爐-汽輪機系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

（1）協(xié)調(diào)系統(tǒng)模型。1）直流爐模型。直流爐的模型是三輸入、三輸出的形式，在模型特征方面體現(xiàn)出熱能產(chǎn)生的蒸汽與水分分界不明顯，壓力變化不敏感，抗大氣壓力能力強，適用于高壓與超高壓的機組使用。運用直流爐建立模型，其系統(tǒng)分為減溫水與受熱部分、汽輪機部分，并能夠?qū)崿F(xiàn)一次性循環(huán)。任何包括直流爐在內(nèi)的系統(tǒng)模型都要具有高精度，具有通用性和可靠性?；谌壿斎肱c輸出的形式，簡化了線性模型，在對建模的測試當(dāng)中負荷范圍保證在50%以上，還應(yīng)保證模型與實際機組開環(huán)特性在仿真驗證方面具有一致性。該模型具有很強的通用性，能夠保證高精度，使變量個數(shù)變少，很適用科學(xué)高效的控制器設(shè)計；2）汽包爐模型。汽包爐與直流爐相比，存在明顯的差異。模型建構(gòu)形式比直流爐模型少一級，即兩輸入兩輸出，壓力變化對于系統(tǒng)的協(xié)調(diào)很敏感，不適應(yīng)高壓與超高壓機組的運行，蒸汽與水分界限明顯。通常在進行汽包爐建模時，應(yīng)用160MW燃油爐機組，在能量轉(zhuǎn)換中不會導(dǎo)致拖延時間，鍋爐與汽輪機這兩個裝置在快慢差異的動態(tài)特性上沒有明顯的差異。

（2）線性控制方法。1）反步法。反步法系統(tǒng)控制把控制器設(shè)計的性能指標(biāo)與約束條件納入設(shè)計思路當(dāng)中，此外還包括系統(tǒng)內(nèi)不確定性的內(nèi)部參數(shù)，它的設(shè)計思路是由前往后的遞推方式。在系統(tǒng)控制上，對于在線控制發(fā)揮了重要作用，能夠?qū)Σ淮_定性的結(jié)構(gòu)進行反饋，保證了高效的控制器效率。經(jīng)過預(yù)處理的模型，被分為兩個子系統(tǒng)，并進行協(xié)調(diào)控制，與單輸入單輸出的反饋結(jié)構(gòu)相比，反步法能夠與自適應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，使其具備輸出跟蹤性能；2）逆系統(tǒng)法。逆系統(tǒng)和數(shù)學(xué)當(dāng)中的逆映射內(nèi)容具有相似的特征，在設(shè)計控制器之初，要針對原來系統(tǒng)，進行是否具有可逆性特點的證明，確認系統(tǒng)具有可逆性后，這時逆系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻凭€性關(guān)系的系統(tǒng)，在其之后按照線性系統(tǒng)理論知識，開展控制器的設(shè)計。在逆系統(tǒng)實施過程中應(yīng)該與魯棒控制相結(jié)合，當(dāng)模型出現(xiàn)失配的情況下，要解決魯棒性問題。在逆系統(tǒng)引入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的同時，需要求得穩(wěn)定逆的解，配合反饋控制器，既保證了魯棒控制的強健性，也實現(xiàn)了高度的解耦控制；3）多模型法。此方法是建立多個模型，使線性與非線性模型存在相似之處，各自模型都有各自線性控制器的設(shè)置，模型與線性控制器相對應(yīng)，在工況改變下實現(xiàn)各種功能的轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵一點是保證系統(tǒng)能夠得到全局控制。建立模型時保證模型的數(shù)量要適當(dāng)，如果模型的數(shù)量過多，將會使在眾多模型當(dāng)中的轉(zhuǎn)換更具復(fù)雜性。所以選擇可以進行線性化的工作區(qū)域是該方法在運用中不容忽視的關(guān)鍵問題，為此必須保證設(shè)計要合理，要對每個工況點進行耐心細致的分析，經(jīng)過一番分析之后進行建立與每個工況點與之相適應(yīng)的線性模型，以保證系統(tǒng)全局的穩(wěn)定性。

（3）應(yīng)用反饋線性化方法解決系統(tǒng)控制的關(guān)鍵問題。系統(tǒng)的動態(tài)性、穩(wěn)定性是控制器在設(shè)計中各項性能夠保持安全可靠特征的重要保證。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，提高其動態(tài)性，這樣才能協(xié)調(diào)好各系統(tǒng)相互協(xié)作，達到機組持續(xù)運行的目的。正確處理好動態(tài)性與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，需要從多個角度綜合考慮，充分分析魯棒性，保持強健性，使其能夠順應(yīng)控制系統(tǒng)的各種變化。

3 結(jié)論

綜上所述，反饋線性化分析是檢驗控制器設(shè)計理想效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以對比的方法實現(xiàn)不盡相同的控制計算，以模擬化的方式得出運行參數(shù)，從而分析出結(jié)果，考慮到控制與解決各種工況的變化，在協(xié)調(diào)系統(tǒng)要加強豐富相關(guān)的理論知識，不斷加強技能實踐能力。

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作者簡介：郭悅（1986-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，助理工程師，研究方向：鍋爐脫硫。