600兆瓦機(jī)組鍋爐主汽溫度控制策略的研究

梅林

摘 要：鍋爐主汽溫度判斷鍋爐安全工作的指標(biāo)之一，所以控制好鍋爐主汽溫度是十分重要的。從溫度變化的原因來(lái)探尋溫控的方法，本研究介紹了串級(jí)PID控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，在兩種控制系統(tǒng)的結(jié)合下就更便于控制鍋爐主汽溫度了，同時(shí)也是傳統(tǒng)的控制策略和智能控制策略的融合。由于超臨界鍋爐的使用，溫控策略就更需要講究方法和技術(shù)，現(xiàn)代社會(huì)更趨于智能溫控系統(tǒng)來(lái)控制主汽溫度。

關(guān)鍵詞：鍋爐；主汽溫度；控制策略

前言

目前，國(guó)內(nèi)外多數(shù)火電廠使用傳統(tǒng)的串級(jí)PID控制鍋爐主汽溫度，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)鍋爐主汽溫度控制的要求也提高。同時(shí)超臨界鍋爐的使用也需要更先進(jìn)的溫控技術(shù)，所以有了智能溫控系統(tǒng)。主汽溫度的控制具有非線(xiàn)性和時(shí)變性，其大延時(shí)和大慣性的特點(diǎn)是其控制的難點(diǎn)。為了保證機(jī)組鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，主汽溫度必須精確控制，參考經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論，智能控制理論來(lái)總結(jié)溫控的策略。本研究主要是關(guān)于串級(jí)PID控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的原理和使用優(yōu)點(diǎn)。

1 從原因中解剖機(jī)組鍋爐主汽溫度控制的難點(diǎn)

1.1 主汽溫度變化的原因

引起鍋爐主汽溫度變化的因素有多種，本研究列出以下四個(gè)主要原因：鍋爐負(fù)荷，也就是說(shuō)蒸汽流量的變化影響過(guò)熱器和煙氣之間的傳熱條件，進(jìn)而改變主汽溫度；燃燒工況的增減，即燃燒投入量的變化，影響煙氣溫度及流速，改變主汽溫度；各級(jí)過(guò)熱器的熱交換特性隨著使用時(shí)間的增加，過(guò)熱器表面會(huì)積灰或者結(jié)垢，導(dǎo)致其傳熱特性減弱，主汽溫度從而發(fā)生改變；減溫水溫度和壓力的變化也會(huì)使主汽溫度變化。

1.2 鍋爐主汽溫度控制的難點(diǎn)

多種因素的影響使得主汽溫度不好控制，這就需要從原因中找出難點(diǎn)，總結(jié)出溫控方法。主汽溫控的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

多種因素影響主汽溫度變化，存在強(qiáng)耦合現(xiàn)象即多種原因同時(shí)導(dǎo)致主汽溫度升高或者降低；主汽溫控具有非線(xiàn)性和時(shí)變性，以及大延時(shí)和大慣性的特點(diǎn)，溫度隨時(shí)間變化，溫控就更難了；過(guò)熱器的強(qiáng)度安全系數(shù)小，正常運(yùn)行時(shí)的溫度接近鋼材的極限溫度，溫度控制不好會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱器鋼材的疲勞、蠕變，這就要求溫度控制偏差不能超過(guò)一定的范圍，給主汽溫度控制增加了更大的難度。因?yàn)橹髌麥囟鹊碾y以控制，此時(shí)就需要更高效的溫控方法，正確選擇溫控手段是鍋爐使用者必須具備的知識(shí)。

2 串級(jí)PID溫控系統(tǒng)

2.1 串級(jí)PID控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

一個(gè)完整的串級(jí)PID系統(tǒng)由主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、導(dǎo)前對(duì)象、滯后對(duì)象、反饋?zhàn)兯铜h(huán)節(jié)和反饋?zhàn)兯椭档钠钸\(yùn)算環(huán)節(jié)組成，分為主控制回路和副調(diào)節(jié)回路。副調(diào)節(jié)器的給定值和反饋值經(jīng)過(guò)比較，偏差值在副調(diào)節(jié)器里進(jìn)行PID運(yùn)算，最后輸出結(jié)果，傳輸閥位信號(hào)，通過(guò)減溫水調(diào)節(jié)閥控制減溫水流量，從而控制主汽溫度。這是基于典型控制理論的調(diào)節(jié)溫度的系統(tǒng)。

2.2 利用串級(jí)PID系統(tǒng)控制溫度的具體過(guò)程

串級(jí)PID系統(tǒng)主要是利用PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度參數(shù)的確定，進(jìn)而調(diào)節(jié)主汽溫度。PID算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)在計(jì)算機(jī)作用下得出合適的輸出控制參數(shù)，利用修改控制變量誤差的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)路控制，使主、副兩個(gè)控制回路的控制過(guò)程連續(xù)。串級(jí)PID控制系統(tǒng)中，主、副控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證變量穩(wěn)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。一般情況下在PID串級(jí)控制系統(tǒng)中有兩級(jí)減溫器，一級(jí)減溫器位于分隔高溫過(guò)熱器熱器和后屏過(guò)熱器之間，二級(jí)減溫器位于后屏過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器之間。二級(jí)減溫器系統(tǒng)作為副調(diào)節(jié)回路的控制對(duì)象，減溫器出口的蒸汽溫度作為副調(diào)節(jié)回路的控制變量，高溫過(guò)熱器為主調(diào)節(jié)器的控制對(duì)象，高溫過(guò)熱器出口蒸汽溫度作為主控制回路的控制變量。PID串級(jí)控制既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是控制過(guò)程連續(xù)，在完整的閉環(huán)路控制中，主、副控制器串聯(lián)成一個(gè)整體，體現(xiàn)了過(guò)程完整性；其中存在的不足就是主汽溫控具有時(shí)變性，易受外界干擾，導(dǎo)致控制對(duì)象的模型參數(shù)難以確定，PID運(yùn)算不穩(wěn)定，影響主汽溫度參數(shù)的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，從而增加了溫控時(shí)間。為了更高效地控制主汽溫度，人們做了更多的有益嘗試。

3 關(guān)于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和超臨界鍋爐的介紹

3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組成

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是模糊控制系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)合，兩者的結(jié)合具有重要意義和工程價(jià)值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在處理和解決問(wèn)題時(shí)，不需要對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值化的和非數(shù)學(xué)模型的函數(shù)估計(jì)器和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，以一種不精確的方式處理不精確的信息。模糊控制系統(tǒng)是依據(jù)一些由人們總結(jié)出來(lái)的描述各種因素之間相互關(guān)系的模糊性語(yǔ)言經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和有邏輯的數(shù)學(xué)分析、數(shù)值運(yùn)算、多次的觀察來(lái)總結(jié)出溫控方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是通過(guò)其結(jié)構(gòu)的可變性，逐步適應(yīng)外部環(huán)境的各種因素的作用，不斷地挖掘出研究對(duì)象之間內(nèi)在的因果聯(lián)系，表現(xiàn)為一種不很精確的輸入輸出值描述，最終解決問(wèn)題。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)繼承了兩者的優(yōu)點(diǎn)，這就能更高效地控制主汽溫度了。模糊控制系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)合形態(tài)有多種，主要有以下四種形式：松散結(jié)合形式；并聯(lián)結(jié)合形式；串聯(lián)結(jié)合形式；網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)型結(jié)合形式。各種結(jié)合形式都有各自的好處：對(duì)于兩個(gè)獨(dú)立的鍋爐，要想它們不干擾雙方的溫控，可以采取松散結(jié)合形式；當(dāng)有共同的輸入時(shí)，可以選擇同等型或者補(bǔ)償型的并聯(lián)結(jié)合形式；一方的輸出為另一方的輸入時(shí)，在系統(tǒng)中可按串聯(lián)結(jié)合方式；系統(tǒng)由模糊系統(tǒng)表示，過(guò)程需要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生和調(diào)整時(shí)，可用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)型結(jié)合形式。鍋爐使用者可根據(jù)自己的需要選擇合適的結(jié)合形式來(lái)控制主汽溫度。

3.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的溫控策略和超臨界鍋爐

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理、自學(xué)習(xí)功能為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)智能控制。輸入確定因子后依次經(jīng)過(guò)模糊化、模糊推理、逆模糊化、調(diào)整量化比例因子，最終控制被控對(duì)象即主汽溫度。在控制過(guò)程中模糊控制器起著舉足輕重的作用，模糊控制器可調(diào)參數(shù)，改變參數(shù)可使控制器適用于不同系統(tǒng)的性能要求。模糊控制規(guī)律應(yīng)遵循：過(guò)熱汽溫上升速度快，汽溫偏高，則汽溫的控制量應(yīng)向下浮動(dòng)；反之則向下浮動(dòng)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基于現(xiàn)代控制理論和智能控制理論，滿(mǎn)足了當(dāng)代社會(huì)的需求，特別是對(duì)超臨界鍋爐主汽溫度的控制。超臨界鍋爐相比于其他鍋爐具有較高的發(fā)電效率，而且超臨界機(jī)組具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)特性，在較低負(fù)荷下依舊能保持較高的效率，基建投資、發(fā)電成本也較低，是未來(lái)電力工業(yè)的主力機(jī)組。超臨界鍋爐趨于用智能溫控，在一定程度上帶動(dòng)了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組鍋爐在當(dāng)代社會(huì)應(yīng)用廣泛，控制機(jī)組鍋爐主汽溫度是安全使用鍋爐的關(guān)鍵。鍋爐使用者可以根據(jù)機(jī)組鍋爐的情況來(lái)選擇合適的溫控方法，基于經(jīng)典理論的串級(jí)PID系統(tǒng)，還有基于現(xiàn)代理論和智能理論的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以用來(lái)控制鍋爐主汽溫度。各有各自的優(yōu)點(diǎn)，此時(shí)，鍋爐使用者就得學(xué)會(huì)有選擇、有技巧地選擇自己需要的溫控系統(tǒng)。相比較，基于現(xiàn)代理論和智能理論的溫控方法更能高效地控制鍋爐主汽溫度。

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