火电厂锅炉主汽温智能PID控制研究

廖丽霞

摘要：通过对火电厂的工艺分析和日常生产活动分析，本文明确了各种影响蒸汽温度的变化因素，并具体的对常规锅炉的主汽温控制系统进行了研究分析，具体的论述分析了模糊系统的控制对策。

关键词：火电厂;锅炉;主汽温;PID

1.智能PID控制器概述

在控制领域，现有三个主要的发展分支，分别为模糊控制、神经网络和遗传算法。这三个分支各有各的优势也同样存在各自的局限性，因此为了实现对这三项分支控制领域的发展，特别是为了应对控制器内在的局限性，当下的智能控制领域越来越倾向于对各领域的互相融合。这三项领域的互相融合必然会促进智能PID控制的发展进步，实现该系统的愈加完善，促使其优越性的进一步发挥。

2.常规锅炉主汽温控制系统

2.1蒸汽温度对象的模型建立和动态特性分析

锅炉的运行，常常伴随着恶劣的工作环境，特别是高压、高温的环境会时刻对设备产生极大的影响，最严重的情况下，甚至会导致电厂的运行工作受到影响，而对电厂安全运行产生主要影响的是锅炉过热器设备。该设备主要是由对流热器、辐射过热器、减温器等构成，这些设备分别起到不同的作用。而过热器出口的蒸汽温度之所以会有不同的温度表现，主要是因为燃烧工况、给水温度、蒸汽流量等不同因素都会对其产生影响。

2.2烟气量扰动下过热汽温动态特性

由于高压锅炉的过热器管道比中压锅炉长，结构也比中压锅炉复杂。而过热器是一个单相换热器，理论上对单向换热器的研究是以传热为基础的，热交换过程的基本方程式有两种：一是热平衡方程式，二是传热速率方程式，它们是描述换热器静态特性的基本方程式，也是推导动态方程的基本依据，为了讨论问题方便，对过热器做某些简化，过热气温随着烟气热量Q变化的响应。

高压锅炉具备较为复杂的结构，特别是过热器管道的复杂度更高。而作为单相换热器的过热器，其本身的热交换是通过热传递进行的，其具体的表达方程式，有热平衡和热速率两种，这两种都可以表达相应的静态和动态特性，但需要一定的简化。

2.3对汽温控制系统的设计原则

（1）影响汽温变化的因素很多（如烟气、负荷等），选择改变烟气量或烟气温度（如改变喷燃器角度）作为汽温调节手段时过热汽温的动态特性较好，但实现起来较麻烦，并造成与燃烧控制系统的相互干扰。

（2）尽量采用快速测量元件，选择正确的安装位置，以减小控制通道的滞后和惯性。由于控制通道的滞后与惯性，不能及时的反映温度的突然变化，因此也就不能及时发出控制信号，造成控制系统稳定性差和控制质量不好。

（3）对于现代大型锅炉，由于过热器管道加长，结构变得复杂，其滞后和惯性大大增加，这时汽温控制应采用分段控制系统。

根据各种锅炉的构造、静态特性和动态特性的区别，可以设计不同的汽温自动控制系统，以满足锅炉汽温控制的需要。虽然从调节对象的动态特性来看，用改变烟气传热量调节汽温是一种较好的调节方案，但在高温时，其调节机构的具体实现存在困难。故目前大型机组过热汽温调节多采用喷水减温器方案，而再热汽温调节多采用改变烟气传热量方案。

3.模糊神经网络锅炉主汽温控制系统

3.1模糊控制理论发展

美国著名学者扎德提出了模糊集合和模糊控制的概念，这两项概念的提出，促使了当下对思维判断的发展，以及对数字模型的应用，特别是在计算机技术发展的当下，该项技术的应用更是实现了对各类实际问题的解决，包括对模糊控制器理论的发展提供了较好的理论和实践基础。而随着近些年来的技术发展，自动控制领域中，被控制的对象一再向着更复杂的方向发展，不但其本身的设备构造和设备应用都出现了较高的不确定性，更是在参数不确定性、多种输入量、多种输出量等方面都存在较强的复杂性和不同性。模糊控制的发展使其应用领域更加广阔，其发展方向是大规模非线性的复杂系統，而从当下的系统发展也可以看出，模糊控制的进行，具备更高的控制性和操作性，并且在自动性能等方面都存在较强的优越性，总的来说是存在较高的发展地位和发展价值的，也因此对于当下的现代控制领域中，模糊控制系统的应用发挥了越来越重要的价值地位。

3.2模糊控制器

计算机数字控制的进行，本身涉及模糊控制这一特定的形式，这一形式本身类似于一种数字化的控制系统。

模糊控制器的主要构成结构包括很多部分，像是输入量模糊化结构、数据库等都是基础的组成部分，这些组成部分共同构成了这一模糊控制系统。而在这一系统中，模糊控制器的功能实现，主要是有二维模糊控制的结构形式快速实现来实现的。而在这一系统中，模糊控制器的输入变量为E、CE，也就是误差和误差变化率，而包括PD和PI控制器的功能也都是模糊控制器所具备的，其具体的步骤如下，首先，将被控制的系统误差和误差变化率，进行精确值得统计，在统计结束后将其进行转化，转化为相应的模糊值。其次，模糊推理决策的完成，需要按照人工控制的原则及其策略进行，并且也需要注意对言控制规则完成的推理决策进行落实，做出控制力的输出。最后，模糊判决的进行，主要是通过对模糊控制推理决策得到的模糊控制的分析完成，再将所输出的模糊量转化为精确化。

4 结语

综上所述，锅炉出口过热蒸汽温度，也就是主汽温是火力发电厂热工控制过程中，被控制的主要参数之一，也是整个工作过程中的最高温度。而本文则在研究的过程中，以动态特性、模糊性神经网络的智能决策为出发点，进行了相关的研究分析，论述了具体的PID控制，并提出了相应的带指导信号控制的主汽温调节器设计方法。

参考文献：

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