智能控制在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

［關(guān)鍵詞］智能控制；火電廠；熱工；自動(dòng)化

［中圖分類號(hào)］TM621 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0024–03

熱工自動(dòng)化指的是采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各種儀表與裝置，對(duì)火電廠的熱力生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，以確保其高效、經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。智能控制是一種控制方式，指的是可以模擬人類的智能行為，借助感知、記憶、學(xué)習(xí)等能力對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行處理與決策?；痣姀S熱工自動(dòng)化對(duì)控制方式的要求較高，應(yīng)用智能控制技術(shù)具有可行性。

1智能控制技術(shù)

1.1模糊控制

模糊控制是常用的智能控制技術(shù)之一，其最初應(yīng)用在蒸汽機(jī)控制領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，模糊控制技術(shù)不斷進(jìn)步、完善，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。模糊控制技術(shù)是對(duì)人的思維方式進(jìn)行模仿，采取模糊推理方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的有效控制。模糊控制技術(shù)是以模糊推理為基本原則，采用模糊語(yǔ)言、模糊數(shù)學(xué)兩種表達(dá)形式，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制。模糊控制系統(tǒng)有著相對(duì)完整的循環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其具有下述幾項(xiàng)特征：①推理過(guò)程模仿人的思維方式處理控制問(wèn)題，對(duì)數(shù)據(jù)精度要求不高，在復(fù)雜系統(tǒng)控制領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用價(jià)值；②無(wú)需建設(shè)高精準(zhǔn)度的數(shù)學(xué)模型，憑借相關(guān)操作數(shù)據(jù)或操作人員的經(jīng)驗(yàn)便可以進(jìn)行控制；③模糊控制技術(shù)有著較好的魯棒性，可解決傳統(tǒng)控制方式無(wú)法解決的時(shí)變系統(tǒng)、時(shí)滯系統(tǒng)及非線性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。

1.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制主要是模擬人腦神經(jīng)元來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，根據(jù)神經(jīng)元的傳導(dǎo)方式，將數(shù)據(jù)信息有效聯(lián)系起來(lái)，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳播。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可根據(jù)神經(jīng)元的聯(lián)絡(luò)、權(quán)值分布等情況，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采取直接、間接的校正控制、預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能控制目標(biāo)。該模型為非線性模型，只需確保該模型的合理性、科學(xué)性，便可以有效解決各種非線性問(wèn)題，得到理想的控制效果。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以同時(shí)對(duì)多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制，這就意味著在火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入、輸出等信號(hào)的同步控制，容錯(cuò)率相對(duì)較高，有利于提升系統(tǒng)控制的效率。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有記憶與存儲(chǔ)功能，可對(duì)已經(jīng)處理過(guò)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)化記錄，為后續(xù)系統(tǒng)控制提供可靠參考。

1.3專家控制

專家控制是將專家系統(tǒng)理論與技術(shù)、控制理論與技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種智能控制技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用專家控制技術(shù)時(shí)，主要是模擬專家思維來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制。推理結(jié)構(gòu)及專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)是專家控制技術(shù)的兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)，專家控制過(guò)程是從專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中將知識(shí)選取出來(lái)，再放到推理結(jié)構(gòu)中，根據(jù)某一邏輯原則進(jìn)行推理，以實(shí)現(xiàn)智能控制目標(biāo)。專家控制技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于：①穩(wěn)定性較好，即便控制條件不佳，如非線性環(huán)境、偏差量大等，也可以保持良好的控制穩(wěn)定性；②靈活性較好，其可自主選擇控制率進(jìn)行控制，同時(shí)可以設(shè)置為易控制、可調(diào)整的參數(shù)。

2智能控制在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用策略

2.1汽輪機(jī)控制

火電廠熱工自動(dòng)化中，汽輪機(jī)發(fā)揮著重要的作用，為提升汽輪機(jī)控制效果，可采取智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要是采取自動(dòng)化手段，提升對(duì)汽輪機(jī)的控制水平，確保汽輪機(jī)始終保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提升生產(chǎn)效率，并降低能源消耗。智能控制技術(shù)可以在汽輪機(jī)控制中發(fā)揮下述幾項(xiàng)作用。

（1）用于預(yù)測(cè)汽輪機(jī)的負(fù)荷。實(shí)際應(yīng)用智能控制技術(shù)時(shí)，可以通過(guò)分析、處理火電廠集中控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，來(lái)對(duì)下一個(gè)周期內(nèi)汽輪機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)判，并以此為根據(jù)，適當(dāng)調(diào)整對(duì)汽輪機(jī)的控制，確保汽輪機(jī)負(fù)荷的合理性，避免由負(fù)荷過(guò)低或過(guò)高而導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)或不必要的能源消耗。

（2）用于汽輪機(jī)的壓力控制。火電廠熱工自動(dòng)化中應(yīng)用智能控制技術(shù)，可對(duì)汽輪機(jī)的壓力參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)、處理。同時(shí)，借助智能控制系統(tǒng)，可以對(duì)汽輪機(jī)的輸出壓力進(jìn)行自動(dòng)化控制、調(diào)整，減少壓力波動(dòng)引起的能耗及其給系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來(lái)的不利影響。

（3）智能化調(diào)整汽輪機(jī)控制范圍。借助智能控制技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析汽輪機(jī)的運(yùn)行情況，同時(shí)智能控制系統(tǒng)可精確定位、監(jiān)測(cè)各部位的運(yùn)行狀況，在此基礎(chǔ)上對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行有效控制，確保其在相應(yīng)范圍內(nèi)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

（4）智能控制技術(shù)可在汽輪機(jī)的運(yùn)行調(diào)整與故障處理中發(fā)揮積極作用。汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行狀況、故障狀況、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整與處理，可以提升故障處理的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，減少安全事故的發(fā)生。

目前，智能控制在汽輪機(jī)控制中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，借助自動(dòng)化技術(shù)，可提高汽輪機(jī)控制的效果，還有利于節(jié)能降耗。

2.2鍋爐控制

在火電廠的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐發(fā)揮著重要的作用，是核心設(shè)備之一。為確保火電廠的長(zhǎng)期、安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須保障鍋爐始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，鍋爐面臨的工況環(huán)境比較惡劣、多變，鍋爐本身的物力熱性相對(duì)復(fù)雜，這就給鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高了難度，傳統(tǒng)控制方式已經(jīng)不符合鍋爐控制逐漸提升的要求。隨著智能控制在火電廠中的廣泛應(yīng)用，當(dāng)下火電廠鍋爐控制中也開(kāi)始應(yīng)用智能控制技術(shù)。傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)等鍋爐控制方式，僅能保障基本操作控制，針對(duì)鍋爐多變的工況無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效控制，而在鍋爐控制中應(yīng)用智能控制，通過(guò)有效的技術(shù)手段，可提升鍋爐控制效果。例如，可以采取模糊控制手段，對(duì)鍋爐控制目標(biāo)進(jìn)行模糊化處理，然后在知識(shí)庫(kù)中通過(guò)規(guī)則判斷和推理，選擇相應(yīng)的控制行動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)鍋爐控制目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用模糊控制手段時(shí)，可以采取模糊化關(guān)系、模糊化變量等途徑實(shí)現(xiàn)鍋爐控制。也可以采取模型控制手段，即建立鍋爐模型，并對(duì)鍋爐模型進(jìn)行優(yōu)化控制。借助鍋爐模型，可以描述鍋爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)、質(zhì)量傳遞、傳熱情況等過(guò)程，然后采取模型預(yù)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的有效控制。在鍋爐控制過(guò)程中，可以應(yīng)用模型預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制等控制策略。智能控制技術(shù)可以在鍋爐控制中發(fā)揮下述幾項(xiàng)作用。

（1）給水全程控制。在鍋爐控制中應(yīng)用智能控制技術(shù)時(shí)，可以采取給水全程控制，以確保鍋爐供水的穩(wěn)定性。鍋爐啟動(dòng)、停止時(shí)，給水控制系統(tǒng)通常會(huì)發(fā)生明顯的時(shí)變性、非線性問(wèn)題，不能通過(guò)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行控制。面對(duì)這樣的情況，可采取智能控制技術(shù)。例如，可借助多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊自適應(yīng)PID 控制器，在鍋爐給水全程控制中，其可以借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)能力在線提取、優(yōu)化模糊控制規(guī)則，優(yōu)化控制器隸屬度函數(shù)，并采取模糊推理的手段實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)Ki、Kp 和Kd的在線自整定，有利于提升給水控制系統(tǒng)的可靠性。

（2）燃燒過(guò)程控制。鍋爐燃燒系統(tǒng)在熱工自動(dòng)化中發(fā)揮著重要的作用，其是一種控制復(fù)雜、波動(dòng)較頻繁的系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程的有效控制，可以采取專家控制這一智能控制技術(shù)。專家控制主要是利用推理結(jié)構(gòu)開(kāi)展正向推理，逐次評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息，鍋爐燃燒過(guò)程涉及的數(shù)據(jù)庫(kù)包括故障診斷、工況判斷、送風(fēng)調(diào)節(jié)及煤量調(diào)節(jié)等子集，通過(guò)采取模擬控制手段，可以減少不確定性控制問(wèn)題的出現(xiàn)，有利于提高鍋爐燃燒系統(tǒng)控制的效率及穩(wěn)定性。

（3）過(guò)熱氣溫控制。為確保鍋爐的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，必須切實(shí)做好過(guò)熱氣溫控制。在過(guò)熱氣溫控制中，通常是采取冷卻水循環(huán)降溫的方式，但這種控制方式具有時(shí)滯性。面對(duì)這樣的情況，可采取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，以提升系統(tǒng)的抗干擾性能、適應(yīng)能力，使其能夠?qū)C(jī)組參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，提高過(guò)熱氣溫控制效果。

（4）加藥控制。加藥工作是確保鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，其主要是在鍋爐中投加聯(lián)胺，以及時(shí)排除水中的CO₂、O₂，延緩設(shè)備的氧化腐蝕。同時(shí)，加藥過(guò)程中還會(huì)添加氨成粉，其可以對(duì)水的pH值進(jìn)行調(diào)整，減少水系統(tǒng)腐蝕。但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，加藥數(shù)量會(huì)受到鍋爐水蒸發(fā)量的影響，傳統(tǒng)控制方式無(wú)法滿足精確控制加藥量的要求，面對(duì)這樣的情況，可采取智能控制方式。例如，可以采取模糊控制技術(shù)，采取模糊推理方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的有效控制，減少外界因素的影響，提高加藥數(shù)量控制的精確度。

總之，在鍋爐控制中應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以提升鍋爐控制效果，減少能源消耗，有利于確保鍋爐的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

2.3余熱回收利用

火電廠生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染及巨大的能源消耗。在環(huán)境污染問(wèn)題與資源短缺問(wèn)題日益加劇的背景下，節(jié)能減排已經(jīng)成為全社會(huì)的共識(shí)?；痣姀S發(fā)展過(guò)程中也越來(lái)越重視綠色環(huán)保、節(jié)能減排，為此，可以對(duì)智能控制技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)余熱回收利用，提升綠色環(huán)保水平。

在火電廠熱工自動(dòng)化中，余熱回收利用是智能控制發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域之一。在余熱回收階段，應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以準(zhǔn)確捕捉余熱；在余熱利用階段，應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以及時(shí)利用余熱，包括預(yù)熱新鮮空氣等，從而減少余熱對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不利影響。此外，對(duì)余熱進(jìn)行回收利用，還可以為火電廠熱工自動(dòng)化提供更多的能源。

總之，在余熱回收利用領(lǐng)域有效應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以為熱工自動(dòng)化系統(tǒng)提供能源支持，確保其運(yùn)行效率，還有利于節(jié)能、環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。通過(guò)對(duì)智能控制技術(shù)進(jìn)行科學(xué)運(yùn)用，可以提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。

2.4煙氣脫硫

在火電廠生產(chǎn)過(guò)程中，煙氣脫硫是污染物排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣脫硫的有效控制，具有重要的意義。但傳統(tǒng)控制方式下，煙氣脫硫系統(tǒng)具有操作復(fù)雜、效率較低、維護(hù)難度較大、能耗較高等問(wèn)題。為此，應(yīng)積極研究智能控制技術(shù)在火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用策略，以提升對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)的控制效果。智能控制技術(shù)可以在煙氣脫硫中發(fā)揮下述幾項(xiàng)作用。

（1）智能噴淋控制。在煙氣脫硫中，智能噴淋控制是智能控制的主要應(yīng)用途徑之一，其可以對(duì)煙道內(nèi)脫硫劑的噴淋情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，明確脫硫劑噴淋的均勻度，并通過(guò)對(duì)噴淋位置、強(qiáng)度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，來(lái)達(dá)到減少噴淋劑的不必要消耗、優(yōu)化脫硫效果的目的。同時(shí)，根據(jù)燃燒條件及脫硫效果的變化情況，智能噴淋控制能夠?qū)娏茴l次、噴淋量進(jìn)行智能調(diào)控，有利于實(shí)現(xiàn)整體脫硫效率的提升。

（2）智能灰斗排渣控制。在煙氣脫硫中應(yīng)用智能控制技術(shù)時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)智能灰斗排渣控制，其主要作用是解決灰斗排渣周期問(wèn)題。傳統(tǒng)控制方式下，灰斗排渣存在清灰量不精確、周期不穩(wěn)定等缺陷，而應(yīng)用智能控制技術(shù)之后，可以會(huì)灰斗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以此為根據(jù)對(duì)清灰量、排渣周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)清灰效果的提升。

總之，在煙氣脫硫中應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以提升煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提升脫硫效果，還有利于節(jié)約資源，降低成本，提升環(huán)保效益。

3結(jié)束語(yǔ)

智能控制技術(shù)主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及專家控制這3種類型，每種智能控制技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用范圍，在實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合實(shí)際對(duì)智能控制技術(shù)進(jìn)行靈活選擇。但每種智能控制技術(shù)單獨(dú)使用均可能存在缺陷，必要情況下可聯(lián)合應(yīng)用多種智能控制技術(shù)，發(fā)揮協(xié)同作用，提升技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。在火電廠熱工自動(dòng)化中，可以將智能控制技術(shù)應(yīng)用在汽輪機(jī)控制、鍋爐控制、余熱回收利用及煙氣脫硫等領(lǐng)域，充分發(fā)揮智能控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升系統(tǒng)控制效果，同時(shí)還可以起到節(jié)能減排的作用，有利于促進(jìn)火電廠的健康持續(xù)發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制技術(shù)也會(huì)不斷優(yōu)化、完善，未來(lái)能夠在火電廠得到更廣泛的應(yīng)用，更好地提升火電廠生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化水平。