自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究

魏志青

（山西建设投资集团有限公司，山西 太原 030000）

电力系统是动态系统，负荷实时变化，各类故障随时都有可能发生，系统的输电和转换设备及其运行状态、参数的数据量和变化速度非常快［1-3］。为了保证系统的稳定性，自动控制系统必须能够获得实时操作状态，并根据实际情况及时调整系统操作条件。自动电压控制AVC系统是通过调节发电机刺激器优化无功而实现电力系统电压控制的设备，安装在电站的子站。由它由上位机和下位机组成，通过网络通信实现数据交换。上位机具有用对讲机优化无功、信号采集、实时监控、事件回忆等功能。子系统由PLC和输入输出环路组成，执行设备输入信号采集、无效闭环控制、输出控制命令等功能。根据调度的电压调节指示，调整电站母线电压/单位无功，实现无功、电压的安全监测和调整，保障电力系统安全，进一步实现减少网络损失、提高电压合格率的目的。

1 自动控制理论简介

自动控制理论现已成为自动控制科学的核心，在现代化控制理论中经过智能控制理论的发展过程，自动控制系统可以根据不同条件有效地分类。根据控制装置的不同，自动控制系统可以分为模拟式常规控制和计算机控制。根据自动控制理论是否有反馈，可以分为闭环和开环控制系统。另外，从设置值是否固定的角度，可以将自动控制理论分为后续控制系统和值控制系统。

2 热工仪表的非线性特性及校正

电路理论表明，非线性特性或多或少的存在在每一个电路系统中，当然火力发电厂的热工仪表照样存在着非线性特性的，这种特性对仪表的工作测量精确度以及显示功能的精确都是有着重要影响的，因此提高工作效率的研究要点之一就在于减小仪表的非线性特性带来的负面影响。目前主要有减小测量范围、增加非线性的显示刻度以及非线性的校正功能这三种方法。增加校正环节是实践中最常用的方法，分为模拟线性化以及数字线性化两种。模拟线性化是指针对热工仪表的线性刻度的模拟现实化，具体操作方法是在传统仪表上进行安装机器元件或者模拟电路收集输出信号，之后对这部分信号实现线性化转换，最后就可以作为自动化装置的的信号使用了。数字线性化是对智能仪表的输入信号进行转换，将得到的信号再次通过计算实现输出线性化，进行数字显示。随着自动控制技术的不断发展，其中智能控制技术可以更加高效的解决此类非线性问题，将其结合到相关的非线性校正方法中来可以达到更复杂更高端的解决效果。

3 智能控制的电厂热工自动化技术的现状

智能控制观念起源于20世纪70年代。1967年，美国莱昂德斯提出了知识控制观念，随着时代和经济的不断发展，各企业不断发展，扩大，企业的需求也逐渐增加。特别是对设备实施的需求越来越多，对特定设备的要求也越来越高。因此，大力发展智能控制电站的热工系统变得越来越重要。只有这样才能更好地发挥智能控制系统的优势，加强电站热工设备设施的安全数值，确保其顺利运行。为电力工程智能控制发展提供不可替代的技术支持。

4 自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

4.1 电厂热工自动化的控制系统中的自我保护

自我保护功能是智能自我检测向外延延伸的重要技术功能，其主要作用是对热工系统故障进行更详细的监测和分析，并将故障数据自动传递到控制系统中心。这样可以有效地防止本地故障影响整个系统的运行。

4.2 对锅炉燃烧时进行控制

锅炉燃烧时影响锅炉燃烧效果的不利因素很多。例如燃烧是否充足，燃料质量是否符合标准等。但是，使用智能控制技术可以完全有效地控制锅炉燃烧过程，优化燃烧调整，有效地控制锅炉燃烧效率，提高烟气排放标准，减少对环境的污染。如上所述，锅炉燃烧必须实施智能控制，通过智能控制可以实时监控锅炉的运行，最大限度地提高锅炉的安全平稳运行。

4.3 交流采样

AVC系统使用AC采样对PT、CT第二侧的AC信号进行直接采样，通过模拟/数字转换器转换为数字量，然后计算数字量，得到电压、电流、功率等有效值。AC采样直接采样与第一电流和第一电压相同的频率、大小成正比的第二AC电压信号、AC电流的波形，然后通过特定算法计算有效值，最后计算功率值。交流采样方法原理：交流电压、交流电流→电压检测、电流传感器→电路调整→模式/数量转换→控制器。AC采样的特点：1）不影响整改、过滤的时间常数，实时性好，适合临时分析。2）反映一次电流、电压的实际波形，便于对测量结果进行波形分析。3）测控装置采样后，直接通信传输到AVC下架，与变送器相比，电路简单，节省投资。4）模式/数字转换器的转换速度和取样固定器的性能较高。在一个周期内收集足够的点数，并快速转换，以确保测量的准确性。5）取样和计算程序比较复杂，保证了测量精度。

4.4 对燃气轮机温度的智能控制

燃气轮机是整个电站热工系统的核心设备，智能控制技术是对燃气轮机进行自主温度控制，稳定地提高运行效率。此外，利用智能化技术调节燃气轮机的温度，防止设备温度不稳定等其他问题的发生，直接有效地提高了生产率。影响燃气涡轮的其他因素有很多，但在此过程中智能控制的应用有了很大的改善，为其他部分的智能应用奠定了坚实的基础。例如：锅炉运行中温度调节也很重要，因此要有效控制锅炉工作温度，减少过热引起的安全问题，同时优化过热导致燃料过度浪费的问题，实现单位经济、高效运行。

4.5 加强对热工自动化的控制与管理

锅炉设备是火电厂生产经营过程中最为关键的工作设备，在火电厂实际经营期间，优化锅炉燃烧效率，能够有效减少火电厂运营期间对于煤炭资源的消耗，提高火电厂的经济效益，实现节能减排的目标。首先，保证蒸汽的初始参数是提高机组热效率的重要方式，可以适当地降低蒸汽的初压和初温，通过调整再热汽温的方式减少能量的耗散。在工作过程中，需要重视对热气温的应用，以便进一步控制喷水量，减少锅炉的排烟热损失。其次，还需要科学设置锅炉的排烟温度，排烟温度是对排烟热损失影响最大的因素，适当地降低排烟温度，不仅可以控制和降低煤炭资源的消耗，而且也能够减少污染物的排放。因此，在实际工作过程中，需要合理调整锅炉生产流程，有效降低锅炉生产过程中的风险，加强对风煤曲线的优化和调整，使得磨煤机可以在正常工作下维持比较低的排风量，降低和控制磨煤机的通风阻力，提高锅炉的运营效率和运营质量。

5 结语

在火力发电企业的热自动化设计实践中，节能减排很重要，但通常受到各种因素的阻碍。这就需要考虑到与火力发电厂实际要求相结合的各种因素，科学地确定设计计划。