先进控制方法在电厂热工过程控制中的研究与应用

张毅

摘 要： 电厂热工自动化技术作为提高电厂企业运行经济效益，确保设备安全运行，降低职工劳动强度和提高作业条件的重要技术措施，在电厂运行过程中扮演着十分重要的角色。最近几年，随着先进生产技术不断应用到电厂企业中，电力系统运行的复杂性越来越高，电力系统运行过程中经常会出现这样或者那样的问题，给电力系统安全运行造成不小的影响。为了切实保证电力系统运行的安全性和经济性，加强电厂热工过程控制研究就显得十分重要了。本文主要结合实际情况，就先进控制方法在电厂热工过程控制中的研究和应用进行了分析，希望通过本次研究对更好积累相关经验有一定助益。

关键词：先进控制方法 电厂过热过程控制 应用研究

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0263-01

电厂机组热工自动化技术是保证电力设备安全运行，提高机组运行经济性和减轻劳动力强度以及改善生活条件的重要性技术措施。在电厂机组运行过程中，机组热工控制核心问题一方面要求机组能够紧跟电网运行负荷的变化迅速出力。另一方面还要保证系统电力负荷出现变化之后，保证机组运行的稳定性、安全性和经济性，特别是要保证电厂机组主要参数如主汽压力，温度和水位等参数的波动情况不会超过规定的范围之内。在电力系统中，动力装置是一个结构复杂，变化较大，控制难度大的对象，在传统控制过程中主要采用PID控制方式对其进行调节，但是在采用这项技术进行控制过程中，当对象参数存在较大范围的变化后，这种控制手段的控制效果会大大降低，因此，为了更好的控制效果，确保电力系统运行的安全性和稳定性，积极研究和应用先进控制方式就成为现阶段我们需要重点攻克的难题。

一、电厂热工过程控制的特点分析

首先，电厂热工气温过程。在电厂发电过程中，锅炉的蒸汽温度控制往往是根据锅炉内温水量的多少进行相应的控制，在进行过程控制过程中，其具备了惯性和时滞的特点，在锅炉具体运行过程中，动态变化会随着整个系统运行工况的变化而不断出现变化；其次，单元发电机组负荷过程。这个过程实际上是一个充分非线性，变化频率快以及存在一定随机多变的过程，在控制过程中由于难以建立比较有规律的和准确的数学模型，其过程控制难度往往都比较大；再次，锅炉水位系统。在锅炉运行过程中，锅炉中的气泡多少实际上反映了锅炉中的蒸汽负荷和水量之间的关系。在锅炉运行过程中需要我们对锅炉水位进行实时动态监测，而影响锅炉气泡给水的因素有很多种，而其中的不少影响因素会对锅炉水位产生深远影响，从而会产生虚假水位的现象，特别是当系统处于低负荷运行状态下，水位经常会出现不同程度的时滞和非最小相位现象的产生，针对这种现象，采用传统的控制手段，其效果并不是那么的理想；第四，锅炉燃烧系统。锅炉的燃烧系统是一个多变量，耦合十分严重的热工过程，在运行过程中会受到来自多方面的影响因素的影响，在这个系统中燃料的燃烧率很难得到准确预测，一般情况在控制过程中都是将其分成三个相互联系的子系统进行控制和调节，主要包含了热负荷调节、炉膛负压调节和锅炉燃烧系统中氧气含量校正等三个部分，其中这三个部分主要以热负荷控制调整为主；最后，制粉系统。在电厂发电系统中，制粉系统实际上是一个辅助系统，但是这个系统在进行电厂热工过程控制过程中发挥着十分重要的作用，是除了燃烧系统外对热工过程控制造成影响最大的系统之一。传统的制粉系统都是采用钢球磨中储式制粉形式，这种制粉模式具有显著的纯延迟、强耦合、非线性的特点，是一个非线性时变量系统。在制粉系统中由于钢球磨本身就处于一个十分复杂工作环境中，在热工过程控制过程中，其中任何一个控制变量发生变化之后，就会对其他变化量产生深远影响。

二、先进控制方法在电厂热工过程控制中的应用

1.先进控制方法在过热气温中的控制

通常说来，发电厂锅炉蒸汽温度控制以改变或者减少温水量作为主要控制手段，但是因为在控制过程中存在很大的惯性和较长时间的延迟以及时变性等特点，再加上控制过程中，动态性会因为系统工况的运行情况而做出相应的改变，因此，在对过热气温进行控制过程中需要我们采用先进的措施和手段。例如采用预测控制技术和神经网络控制技术等。最近几年，我国国内很多研究学者就预测控制技术在过热过程控制中的应用进行深入研究，并提出了对结构进行改变的基础上全新的算法，综合反应到控制和最优控制，研究出了全新的，适应性更加广泛的预测控制技术。

2.先进控制技术在单元机组负荷控制方面的应用

作为参数慢时变，非线性和大惯性并存多变量热工过程系统，当机组发电单元中遭受到较大范围的负荷改变之后，整个协调控制系统运行就会出现缓慢情况，针对这种情况在控制过程中就需要采用模型预测控制技术提高控制的灵敏性和反应能力。针对控制输入受到的多种约束问题，很多研究方案都在锅炉发电单元机组运行控制中加入了多变量约束的MPC计算方法，为过程控制的实现提供了可能。在对中单元机组负荷进行控制过程中，上述控制方法操作更加简单，整个控制过程表现的十分优异，并且在线计算量比较小。此外，还有不少研究学者针对单元机组负荷控制问题提出了模糊性控制技术和预测性控制技术，将两项技术进行有效的统合，研发出模糊预测控制设备，这项技术为降低或者消除非线性以及大时滞不良影响提供了比较理想的解决对策。

3.先进控制技术在锅炉水位控制中的应用

一般情况下，锅炉水位变化系统具有变参数和纯延迟的特点，有时在一些其他因素影响之下还会出现虚假水位的现象，针对这种现象我们可以在锅炉的气泡系统中采用阶梯式广义预测控制技术，提高对锅炉水位控制的精确性，并且采用这项技术还可以有效缓解调节器输出过程中存在的波动现象。此外，在对锅炉水位控制技术进行研究过程中，还有一些研究人员提出了使用了气泡水位MPC预测技术，通过实验证明采用该项技术比使用常规控制技术效果更好，控制效果能够维持很长时间。

4.先进控制技术在制粉系统控制中的应用

制粉系统在进行自动控制过程中往往会受到时滞和惯性等强耦合等因素的影响而对电力系统稳定运行产生深远影响，因此，为了实现该系统控制的自动化，就需要我们采取措施消除控制过程中存在的各种不当因素，采用神经网络预测模型对制粉系统进行控制是一项不错的尝试，将其应用到钢球磨中，提高系统的抗干扰能力，提高系统运行的稳定性。

5.先进控制技术在锅炉燃烧系统中的应用

锅炉燃烧系统在运行过程中受到燃煤质量，强耦合性，时滞性和系统燃烧的充分性等因素影响，其控制难度较大，具有较强的不稳定性和复杂性，应用常规的控制系统很难实现精确计算。最近几年，很多研究学者就锅炉燃烧系统控制进行了深入的研究，但是实验效果并不理想，更多的是处于理论角度，无法在实际生产中应用，在未来仍需我们进行深入的研究和分析，解决燃烧系统控制过程中存在的种种缺陷，促进保证电厂运行安全、稳定和经济。

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