自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

赵佳昕（大庆油田电力集团油田热电厂热工分厂，黑龙江 大庆 163000）



自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

赵佳昕
（大庆油田电力集团油田热电厂热工分厂，黑龙江 大庆 163000）

摘 要：随着科学技术的进步，自动控制理论越来越成熟。但是，该理论在火电厂热工自动化的运用上并没有发挥其独特的优势。因此，本文将针对自动控制理论在火电厂热工自动化的实际操作进行分析和探讨。这将为我国的工业化发展开辟新的路径，有利于达到工业生产或设备运行过程性能指标的最佳预期状态，即实现企业生产效益和经济效益的显著性提高。

关键词：自动控制理论；热工自动化；主蒸汽压力；LQ次优调节策略；智能仪器

在当代社会，自动化控制系统被运用在多个行业之中，并取得了一定的成果。火电厂热工自动化作为一项新兴技术将结合热力学原理，使用智能仪器对火电厂的相关参数进行有效的监控和测量。这一行为将有利于企业的高效运作，减少不必要的能源消耗，同时能够节约人力、物力成本，保证机组的稳定运行，推动火电厂的可持续发展。

一、火电厂热工自动化的组成及现状

图1 火电厂自动化系统的组成

火电厂热工自动化是指企业在生产过程中使用自动化仪器来代替一部分的人工操作，加强对火电厂运作的智能化管理和控制，对提高生产效率，强化预警机制有着重要的现实意义。一般情况下，我们将自动控制理论划分成经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。经典控制理论主要是通过状态空间法建立更为系统的数学模型，在此基础上对系统运行的状态进行规律性探究，在逐步优化产品性能的过程中实现最优目标。而现代控制理论主要通过线性控制理论和最优估计的方式，对动态系统进行自我辨识和控制，进一步实现自动化。而智能控制理论则是结合了前两者的优势，交叉发展，能够综合火电厂的问题，实现机组负荷调节与控制，有利于减少机前的操作压力，进一步形成火电厂的自动化系统，具体组成部分如图1所示。

现阶段，我国的火电厂主要涉及四个方面的内容，包括自动检测、自动控制、自动保护和自动报警。自动检测主要是指该项作业是由自动化仪器自行完成对火电厂气压、温度、流量等参数的实时测量，能够保证机组的正常运转，具有至关重要的作用。而自动控制贯穿于整个生产环节中，当设备不再满足运行条件时，自动保护功能将直接对机组进行初步地诊断和调试，面对重大数据问题将直接终止工程。而自动报警将会提示工作人员尽快修改参数，减少由于机组故障带来的损失。

六七十年代，计算机事业在我国蓬勃发展，自动化技术在我国取得了突破性发展，自动控制系统不再是传统的输入和输出。因此，如何将信息技术与火电厂进行智能化的结合，仍是一个紧迫的问题。近几年，我国首台60万超临界机组实现了初步运行，这也是我国火电厂在生产设备上的一次重大突破。此外，SIS的开发和投放使用能够解决一些实际问题，但是想要达到更高的水平，与国际接轨还有一段很长的路要走。

二、火电厂热工自动化控制系统的作用

1 扩展管理信息系统

自动化控制系统主要是指在结合计算机原理的基础上，通过辅助手段对多种设备进行全程的监控，即建立更加完善的管理信息系统。DCS是一种较为成功的架构模式，其主要使用了分布式控制系统。换句话说，DCS有着更强的控制能力。具体来说，除了自身的DCS控制器外，还可以加入PCL控制器，这就实现了系统的自我扩展，增加了可利用的范围和形式。

2 有利于积累高级算法模块

在我国自动化技术发展的历程中，系统自行累计了很多高级算法模块。例如，ZT600系统中，包含的设计模块能够有效的实现障碍的自我报警和保修。这就证明了现代计算机传递技术能够快速的实现信息上的对接，提高生产的质量和效率。一般情况下，大多数设备的计算模块相当于0.5K梯形图的逻辑总量，因此，想要通过PCL来完成各项作业时，需要经过多种模块，其形式也就复杂的多。当然，PCL自身也存在一些问题，包括下载修改率、运行调试过程中出现的不正常情况等。

三、自动控制理论在火电厂热工自动化中的运用

1 自动控制理论在火电厂设备上的使用

火电厂热工自动化的兴起是一个必然的趋势。作为一门新的技术，以自动控制理论为载体，融入网络信息技术、热能工程技术，配合仪器仪表的使用，能够对火电厂运作的相关系数进行排查和控制，实现对火电厂的智能化、科学化管理。该项举措能够在节约成本的同时，减少事故发生的频率，有利于火电厂安全、稳定的运行。而自动化控制技术经常被用于火电厂汽机和锅炉，针对突发情况进行及时的报警和反馈。

2 自动控制理论在新产品上的应用

随着科学技术的更新，变送器、传感器等多项设备的性能也得到了提高。除此之外，创新材料和创新工艺也是火电厂发展的一项重要工作。因此，自动化控制理论也要结合新的实际状况进行革新，这不仅仅是一次理论上的进步，更要为生产服务，努力实现火电厂热工的全自动化。

四、实例分析——主蒸汽压力在火电厂热工自动化过程中的实际运用

1 主蒸汽压力及其调节策略

主蒸汽压力是对火电机组安全性检测的重要参数之一，能够调节机组的负荷，是锅炉汽机能力平衡的重要指标。锅炉燃烧调节系统由三大模块组成，分别是：燃料调节、引风调节和送风调节。这三个子系统将直接影响着主蒸汽压力。因此，主蒸汽压力的调节手段主要是以能量平衡为出发点，在此基础上通过定制偏差进行合理的调试。

主蒸汽压力的调节主要有两个方面。第一是串级调节策略，另一是串级模糊调节策略。具体来讲，串级调节策略是在利用自动控制理论的基础上，通过Matlab进行模拟实验，并与单一回路的PID进行比较，针对系统的特性进行调整，有利于克服燃料侧内带来的困扰。其特征主要表现为，由于存在一定程度的随机分量，必然会增加系统调节器的误差，造成调节量上的失准，进一步引起调节系统的多项问题。

2 主蒸汽压力LQ次优调节策略

热惯性强、容量大，这些都是火电厂锅炉的本质特点。因此，在调节的过程中不可避免地会出现延迟的情况。而延迟会直接导致调节系统的不稳定性，对火电厂锅炉的运作造成了一定的安全隐患。PID调节器和Smith预估器能够根据这一具体问题进行功能上的改善。通过自动控制理论，主蒸汽压力LQ在优化系统的过程中会持续降低延迟的维度，实现调控过程的最优。因此，研究人员还建立了e的近似模型，通过数学函数的表达式，将有限的维度状态进行展现。与此同时，PID调节器和Smith预估器也存在着自身的问题，例如，调节精度低和鲁棒性较弱等，因此，想要实现最优的控制方案需要进行线性二次型问题的探讨，从而优化系统的动态行为。换个角度来说，工程师想要解决PID调节器观测精度低的问题，必须对二阶惯性环节进行分析，将延迟环节中e的维度系数降为1，建造主蒸汽压力的近似模型，将有限维状态的空间性观测能力与系统的能控性进行结合。除此之外，火电厂的热工仪表也有一定的缺陷，集中表现为存在非线性特征。因此，我们必须提高仪器仪表的准确度，这就需要结合智能控制理论，通过仿真实验来解决具体问题。常规的解决方法有：CMAC神经网络校正测温传感器非线性特性法、遗传算法辩识节流式流量仪表非线性特性法等。

综上所述，我们认为主蒸汽压力是现阶段火电厂面对的重要课题，需要我们结合自动控制理论，克服燃煤量内外扰动等问题。而LQ次优调节策略能够针对该问题进行严格的把控，值得火电企业借鉴和推广。

结语

通过上述分析，我们得知合理的运用自动控制理论，能够为火电厂热工自动化的发展提供新的契机。有利于火电企业提高自身的工作效率，减少对能源的消耗，节约生产成本，保障生产安全。自动控制理论作为火电厂发展的一个重要节点，受到了更多企业的关注。提高发电机组的工作容量，优化系统参数，将自动控制理论有效的与实际生产相结合，这对企业的发展有重要的推进作用。

参考文献

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中图分类号：TM621

文献标识码：A