自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用

張振坤 彭國梁 劉潤

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制理論已成為火電廠熱工自動(dòng)化應(yīng)用中的重要內(nèi)容，成為不可缺少的環(huán)節(jié)，越來越多的人們和企業(yè)更加重視其發(fā)展和應(yīng)用。如今現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)正在火電廠熱工自動(dòng)化中得到了實(shí)際廣泛應(yīng)用，更加體現(xiàn)了其重要性。本文重點(diǎn)探討自動(dòng)化控制技術(shù)在熱工自動(dòng)化中發(fā)揮的積極應(yīng)用，從而進(jìn)一步的對(duì)自動(dòng)控制理論在火電廠自動(dòng)化中的控制和作用展開分析和探討。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化理論應(yīng)用；火電廠熱工；自動(dòng)化控制理論

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如今自動(dòng)化控制系統(tǒng)已廣泛流入到我國日前新建的火電廠之中，以前常規(guī)控制的老式火力發(fā)電廠也將進(jìn)行自動(dòng)化改革。目前的研究熱點(diǎn)就是將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用到過程系統(tǒng)中，可以大大的提高火電廠的自動(dòng)化水平，同時(shí)還能夠有效提高火電廠的生產(chǎn)效率。

1 自動(dòng)化控制理論簡(jiǎn)介

控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了過程控制技術(shù)的提高?，F(xiàn)代控制理論正在火電廠熱工過程中得到實(shí)際應(yīng)用[1]。早期控制理論主要的表現(xiàn)形式是以函數(shù)來描述系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系，面對(duì)的主要研究對(duì)象集中為單輸入與輸出系統(tǒng)。主要由優(yōu)化控制、預(yù)測(cè)控制、非線性控制、智能控制、自適應(yīng)控制幾大板塊。保持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行并且隨時(shí)跟蹤電網(wǎng)負(fù)荷變化是火力發(fā)電機(jī)組控制中心問題，特別是保持主要參數(shù)波動(dòng)不超過規(guī)程限值。研發(fā)初期，早期的科技人員大部分都是靠手工計(jì)算以及圖表的形式來設(shè)計(jì)和分析系統(tǒng)?，F(xiàn)如今空間計(jì)算隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，控制系統(tǒng)也由單向的輸入和輸出發(fā)生轉(zhuǎn)變，新出現(xiàn)的狀態(tài)空間法在以前的基礎(chǔ)上，提出了能控性和能觀性的觀念，現(xiàn)代控制理論便由此產(chǎn)生。

2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的作用

自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)如今發(fā)展的十分迅速，主要是以控制器和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)。DCS采用的是分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，并沒有更高的管理信息系統(tǒng)，新型的PLC等其他設(shè)備的控制設(shè)備和傳統(tǒng)的DCS控制器均可采用。DCS的算法模塊相對(duì)PLC是及其便捷的，比如NT6000這樣設(shè)備及計(jì)算模塊的系統(tǒng)，其計(jì)算模塊能夠完成基本的設(shè)備控制和故障報(bào)警的功能，這項(xiàng)技術(shù)使軟件開發(fā)的效率大大提高。而PLC則缺乏這些方面的解決方案。而DCS最初的設(shè)計(jì)就是從系統(tǒng)需要的角度出發(fā)，系統(tǒng)的積累使其有大量的解決方案，在運(yùn)行調(diào)試和遠(yuǎn)程診斷方面也相對(duì)完善。

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，國家對(duì)節(jié)能降耗工作越來越重視，因此火力發(fā)電行業(yè)也要進(jìn)行一定的調(diào)整，在發(fā)展火力發(fā)電行業(yè)時(shí)要加強(qiáng)對(duì)火電電源的建設(shè)，優(yōu)化資源配置，合理布置電力輸送，保證其供電可靠性。在現(xiàn)階段電力發(fā)展過程中，一些智能化、透明化、網(wǎng)絡(luò)化、無線化的新概念不斷提出，逐漸重視對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)和利用，對(duì)數(shù)據(jù)通信、測(cè)量、保護(hù)、控制等內(nèi)容也越來越關(guān)注，為此在自動(dòng)化控制技術(shù)方面加大資金、人員、技術(shù)的投入，在機(jī)組運(yùn)行過程中應(yīng)用新的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行與故障處理的自動(dòng)化控制，促進(jìn)火力發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展[2]。

3 火電廠熱工自動(dòng)化具體現(xiàn)狀

火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)對(duì)火電廠的發(fā)展非常重要。在火電廠熱工自動(dòng)化中主要有DCS和PLC兩種控制系統(tǒng)，兩者的主要區(qū)別就在于經(jīng)濟(jì)差異。早期的DCS系統(tǒng)價(jià)格昂貴，為了節(jié)約成本，僅在需要穩(wěn)定運(yùn)行并長(zhǎng)期可靠要求信號(hào)模擬量達(dá)到相當(dāng)比例控制系統(tǒng)時(shí)，才會(huì)使用DCS系統(tǒng)，而PLC基本都在輔助車間使用，要求相對(duì)較低且價(jià)格便宜；但從系統(tǒng)性能方面來考慮，首選的還是DCS控制系統(tǒng)，主要是能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的可靠運(yùn)行和有較好的模擬控制量。

不同的煤質(zhì)或爐況會(huì)產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)效果，所以使用AP論域?qū)蓚€(gè)運(yùn)行周期鍋爐壓力變化差的論域進(jìn)行描述，自動(dòng)調(diào)整燃燒周期會(huì)使得負(fù)荷大幅變化從而加快控制燃燒的響應(yīng)速度。在運(yùn)行過程中時(shí)常會(huì)因?yàn)橄嗷ソ诲e(cuò)而產(chǎn)生隸屬度函數(shù)的曲線[3]，在使用模糊算法時(shí)由于參數(shù)變化會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的魯棒性。關(guān)于“氣泡虛假液位”，氣泡液位系統(tǒng)只是一個(gè)被控對(duì)象，并沒有自然平衡能力。鍋爐的反應(yīng)系統(tǒng)有一定延遲，當(dāng)供水流量突然降低或者出口蒸汽流量突然增大時(shí)，鍋爐傳遞給氣泡的熱量并不會(huì)發(fā)生改變，鍋爐內(nèi)液體大量氣化，并使得氣泡液位測(cè)量結(jié)果偏大，反之則相反。通常在設(shè)計(jì)鍋爐汽包液位檢測(cè)回路時(shí)經(jīng)常忽略該問題，導(dǎo)致鍋爐的正常運(yùn)行。

4 自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化的應(yīng)用

目前我國熱工自動(dòng)化在火電廠的應(yīng)用主要包括4方面：自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)報(bào)警，其中自動(dòng)檢測(cè)是由自動(dòng)化儀表獨(dú)立完成的，包括對(duì)火電廠濕度、壓力及流量、成分等參數(shù)的測(cè)量，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火電廠運(yùn)行過程的問題，并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性；自動(dòng)控制對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行控制，貫穿與整個(gè)火電廠運(yùn)行過程中，保證火電廠機(jī)組運(yùn)行的安全性。隨著國家經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，熱工自動(dòng)化系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展，火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)越來越成熟，熱工自動(dòng)化控制在火電廠有很大的作用，能夠完全利用信息解決故障，能夠通過對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提高。以技術(shù)為基礎(chǔ)的檢測(cè)工具控制著與其緊密聯(lián)系的熱動(dòng)力參數(shù)。保證產(chǎn)品生產(chǎn)過程的安全，提高火電廠的產(chǎn)量，減小損失消耗并提高發(fā)電水平，從而減少操作員工增加企業(yè)效益綜合性高科技新技術(shù)。

在熱工自動(dòng)化發(fā)展的同時(shí)，新的工作原理以及新的工程材料也接踵而來。各種新型工藝開發(fā)制造新型傳感器、變速器等，控制系統(tǒng)和裝置也在不斷更替[4]，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了極大的應(yīng)用。未來的熱工自動(dòng)化技術(shù)將繼續(xù)走“節(jié)能增效，可持續(xù)發(fā)展”的道路，將自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)一步智能，堅(jiān)持探索新的測(cè)量控制原理和方法，將運(yùn)行操作系統(tǒng)更簡(jiǎn)化，更便捷的完成應(yīng)用操作及故障操作的處理。

在火電廠運(yùn)行的過程中，為了更好的提升電廠運(yùn)行的安全性和可靠性基本使用相對(duì)較為先進(jìn)的熱工自動(dòng)化產(chǎn)品，有效地控制住非計(jì)劃停爐或者是停機(jī)等問題，將自動(dòng)控制理論應(yīng)用于火電廠中，極大地提高了火電廠自動(dòng)化水平使得電廠的經(jīng)濟(jì)效益水平直線上升，同時(shí)還能夠有效提升生產(chǎn)效率。合理的應(yīng)用自動(dòng)控制理論不僅能擴(kuò)大發(fā)電機(jī)組的容量，還能有效地提高火電廠熱工自動(dòng)化的效率。

數(shù)據(jù)庫的展現(xiàn)已經(jīng)在實(shí)踐中發(fā)揮了必不可少的作用，從技術(shù)層面看，雖然初級(jí)應(yīng)用功能的建立階段已經(jīng)成為歷史，但在一些SIS高層監(jiān)控管理生產(chǎn)過程也是必不可少的工具。重點(diǎn)在于SIS的優(yōu)化和完善才能真正體現(xiàn)出其強(qiáng)大的生命力，這是一個(gè)長(zhǎng)期的艱巨任務(wù)，意味著SIS成功從試點(diǎn)、推廣界面進(jìn)入了成熟和完善的階段。為了更好地完成安裝服務(wù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，需要不定期的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和檢查，管理部門需要跟蹤每個(gè)項(xiàng)目的安裝、調(diào)試和服務(wù)工作。

5 結(jié)語

目前我國的電廠熱工過程自動(dòng)控制水平還處于發(fā)展階段，有很多還未在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。將優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制和智能控制應(yīng)用完全會(huì)使電廠自動(dòng)控制達(dá)到一個(gè)新的水準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用使得現(xiàn)代控制理論用于熱工過程變的易于實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)發(fā)展前景巨大的平臺(tái)下，更加需要熱控人員的不懈努力研發(fā)，進(jìn)一步提高控制理論系統(tǒng)提升我國的電力自動(dòng)化發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

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[3]李子連，王漢生.火電廠熱工自動(dòng)化的發(fā)展、現(xiàn)狀及前景[J].中國電力，2014，（12）：23-32.

[4]李陽春.自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2013.

（作者單位：華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司）