智能控制在火電廠自動控制中的運用

吳真

（國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017209）

隨著我國社會的不斷進步，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模逐漸增大，對電能的需求量也在持續(xù)增長，在此背景的下，我國電力行業(yè)取得了良好的發(fā)展，大容量機組是火力發(fā)電的核心部分，為確保各類生產(chǎn)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(guī)模式下的PID控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)展需求。通常情況下，發(fā)電機組有著較大的延遲性、滯后性和非線性，發(fā)電過程中會出現(xiàn)各類干擾因素。PID控制系統(tǒng)無法對這些變化的因素進行自動調(diào)整，基于以上原因，利用智能控制技術可以優(yōu)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(fā)電廠中應用智能化自動控制系統(tǒng)也是未來的發(fā)展趨勢。

1 火力發(fā)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(tǒng)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制技術是我國火力發(fā)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(fā)電系統(tǒng)不一樣，有著各自的特征。

1.1 模糊控制系統(tǒng)

目前火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程變得十分復雜，具有很強的連續(xù)性、綜合性和系統(tǒng)性，火力發(fā)電生產(chǎn)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(guī)的數(shù)學工具建立數(shù)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(guī)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(tǒng)主要以自動控制系統(tǒng)、模糊數(shù)學、模糊語言形式和模糊邏輯的規(guī)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(huán)控制的數(shù)字控制系統(tǒng)，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(zhí)行機構、被控制對象，如圖1所示。

圖1：模糊控制系統(tǒng)示意圖

模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心部件，模糊控制系統(tǒng)與常規(guī)計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于模糊控制系統(tǒng)有模糊控制器，而模糊控制系統(tǒng)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(guī)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(shù)組合優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化，自動控制、機器人學習、圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘等各個方面有著廣泛的應用。隨著火電廠生產(chǎn)工藝和流程變得越來越復雜，單一的控制策略已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)的需求，利用遺傳算法可以對各個類型的智能控制系統(tǒng)進行優(yōu)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(jīng)網(wǎng)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(yōu)勢在于可以借助遺傳理論的變異、交叉、復制等內(nèi)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(tǒng)控制

專家系統(tǒng)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(tǒng)中的問題，專家系統(tǒng)可以根據(jù)用戶所提供的具體數(shù)據(jù)、信息，利用系統(tǒng)中儲存的對以往的事例判斷和處理的經(jīng)驗，對當下具體問題進行判斷?；鹆Πl(fā)電廠生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程比較復雜，對生產(chǎn)設備的損耗比較大，設備很容易發(fā)生各類故障，利用專家系統(tǒng)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(nèi)就可以判斷出故障指致因，為電力生產(chǎn)流程的提供重要保障。結合目前情況來看，專家系統(tǒng)在火電廠水汽循環(huán)診斷、火電機組運行、大型的轉(zhuǎn)動機械故障診斷以及控制中發(fā)揮著至關重要的作用。專家控制系統(tǒng)是由專家系統(tǒng)、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(guī)的PID控制器、專家經(jīng)驗實現(xiàn)，對火電廠生產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)，電力生產(chǎn)過程中需要將氣溫控制在允許的范圍內(nèi)，才能確保機組的正常穩(wěn)定運行。而結合實際情況來看，火電廠生產(chǎn)過程中，設備運行狀態(tài)會受到各類變化因素的影響，汽溫控制系統(tǒng)在各類干擾因素的影響下其參數(shù)會發(fā)生動態(tài)變化，導致工況發(fā)生變化，常規(guī)PID控制系統(tǒng)在此情況下無法充分發(fā)揮其良好的控制作用，PID控制系統(tǒng)對變化參數(shù)無法進行自動調(diào)整，滿足不了火電廠對再熱汽溫的控制需求?；谝陨显?，針對火電廠再熱汽溫控制系統(tǒng)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(tǒng)可以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)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(nèi)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(tǒng)能夠在較短時間內(nèi)消除各類干擾因素的影響，當電力生產(chǎn)系統(tǒng)的各類參數(shù)發(fā)生變化或者出現(xiàn)負荷干擾時，能夠表現(xiàn)出較好的魯棒性。結合實際情況來看，模糊控制系統(tǒng)需要與常規(guī)的PIF控制系統(tǒng)實現(xiàn)有效結合，進行優(yōu)勢互補，模糊控制系統(tǒng)對PID控制器的各類參數(shù)能夠進行自動調(diào)整，自動適應。相比之下，模糊PID控制器能夠?qū)鹆Πl(fā)電再熱汽溫系統(tǒng)等復雜對象實施有效的控制，充分發(fā)揮其抗干擾作用，確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保證火力發(fā)電廠的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)設備穩(wěn)定工作。

2.2 主蒸汽溫度自動控制

在火電廠生產(chǎn)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(fā)生的變化，會出現(xiàn)鍋爐換熱器積灰、閥門內(nèi)漏等情況，導致主蒸汽溫度調(diào)節(jié)不理想。在常規(guī)PID控制的基礎上對鍋爐主蒸汽自動控制過程中出現(xiàn)的具體問題進行控制方案的調(diào)整，引進大數(shù)據(jù)自動學習和快速反饋，可以有效實現(xiàn)鍋爐主蒸汽的全自動控制，確保鍋爐生產(chǎn)過程中各項數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，加強對設備工作狀態(tài)的控制和監(jiān)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(zhì)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(jiān)測參數(shù)，溫度的高低都會對設備的經(jīng)濟性與安全性產(chǎn)生一定的影響，想要確保各個環(huán)節(jié)生產(chǎn)工作的穩(wěn)定持續(xù)進行，首先要讓主蒸汽的溫度保持在合理范圍內(nèi)。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(nèi)容，常見的主蒸汽溫度問題主要體現(xiàn)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(tǒng)對相應的問題無法進行及時有效的調(diào)節(jié)。

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

（3）被控制目標的非線性和動態(tài)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(tài)特性進行深入分析，以現(xiàn)場的實際情況為參考依據(jù)，根據(jù)各類問題的特征，采用相應的智能控制方式?？梢岳脿顟B(tài)觀測技術，設計監(jiān)測精確度較高的狀態(tài)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(yōu)化動態(tài)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(tǒng)作為基礎，將各類控制系統(tǒng)相結合，提高主蒸汽溫度控制者方案的全面性、穩(wěn)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(tǒng)有著較高的自適應水平，與傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)相比，其魯棒性較好，控制品質(zhì)較高。能夠有效解決各類干擾因素和被控目標的參數(shù)變化等問題。

2.3 鍋爐燃燒自動控制

在火電廠生產(chǎn)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(zhì)與媒種的變化產(chǎn)生的影響最為常見，鍋爐燃燒是一個復雜的、動態(tài)變化、產(chǎn)生持續(xù)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(chǎn)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(tǒng)可以是實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)的正向推理，對知識庫內(nèi)的各類規(guī)則進行判斷。在鍋爐燃燒中，主要的判斷內(nèi)容有送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)你、媒厚調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工況判斷以及生產(chǎn)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(xiàn)實意義，相關人員應該結合火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中的具體特點和出現(xiàn)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(fā)電廠的生產(chǎn)效率，保證火電廠的穩(wěn)定運行，從而推動我國電力企業(yè)的健康產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。