自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用分析

张春霖（中国能源建设集团西北电力建设甘肃工程有限公司，甘肃兰州　730070）



自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用分析

张春霖
（中国能源建设集团西北电力建设甘肃工程有限公司，甘肃兰州730070）

【摘 要】近些年来，我国的科学技术正在不断的发展之中，随着科学技术的不断发展，自动化技术被广泛的应用于各个领域，给人们的生产生活带来了极大的便利，使得人生的工作效率得到了大大的提高，同时也大大的节省了人力。而电能对于人们的生产生活也有着非常重要的作用，离开了电能，人们的诸多生产生活活动将无法正常开展。将自动控制理论应用于火电厂中，可以大大的提高火电厂的自动化水平，同时还能够有效提高火电厂的生产效率。因此本文就自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用进行了一定的分析。

【关键词】自动控制理论火电厂人工自动化应用分析

1　前言

自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用主要有三个方面的内容：第一是热工仪表的非线性校正；第二是主蒸汽压力的新型调节策略；第三是主蒸汽温度的先进控制策略。在火电厂中有着非常多的热工仪表，而这些仪表基本上都有着非线性特性，正是由于仪表的非线性特性，所以使得参数测量的准确性和仪表显示的精确度都有待提高。而这些参数对于火电厂的生产有着非常重要的影响，所以务必要求其准确度。主蒸汽压力也是火电厂中一个非常重要的参数，但是由于主蒸汽压力的纯迟延和大惯性，使得主蒸汽压力也十分难以调节，而要使得发电机组得以高效的运转，必须要对主蒸汽压力进行精确的控制。主蒸汽温度同主蒸汽压力一样，也是火电厂中一个非常重要的参数，它对于火电厂机组的正常和安全运行也有着非常重要的影响，因此必须要对其进行有效的控制。

2　自动控制理论概述

说到控制的含义，从字典的说明来看，是在实际的活动实践当中，对活动进行有目的有计划的操作和引导，旨在让自己的实践活动在自己规划的范围内进行。对活动进行控制的根本目标在于提升整个系统的质量和功能水平或者实现自己的既定目标。主要控制途径是信息的收集和处理并将通过处理的信息作用于自己的实践活动。根据人为活动的参与情况，整个控制大类可以划分为人工控制和自动控制。从现在的具体情况来看，大多控制都是自动控制。关于自动控制的意义，如今有很多不同的见解，但大体上的解释大同小异。综合多方解释，本文针对自动控制的观点是，通过自动化仪器进行部分活动的操作和控制，来替代部分人工操作，通过应用程序来操作设备或进行生产活动，从而达成既定的战略目标或效果。在过去实际的生产生活当中，导入自动控制程序，应用自动化操作工艺和技术，对自动化的生产生活的数据和参数进行实时监督或管理，有利于进一步解放生产力，提高我国的工业生产技术水平和社会生产效率，减少人力资源的消耗。除此之外，自动控制也有利于提高产品服务的生产效率和质量水平，有利于保障产品的品质，进而提升企业的生产效益，带动我国科技进步和经济实力的增加，促进我国工业化进程的进一步加快。尤其是在一些环境条件比较差的情况下，例如温度较高，温差较大或气压较大的地方，或者遇到一些涉及航天科技等活动的情况下，自动控制的优势就尤为明显。从自动控制的具体组成部分来看，自动控制的主要部分包括控制理论和实际的控制装备。自动控制理论是自动控制装备进行有效运行的理论前提，自动控制装备是整个自动控制理论的具体应用，二者相互影响，相互促进。本文主要进行了控制理论中自动控制部分的研究和探讨，在此基础上进行实例探讨。

3　自动控制理论的发展情况

从自动控制理论的发展历史情况来看，自动控制理论的发展阶段可以大致分为经典控制阶段、现代控制阶段以及智能控制阶段。从经典控制理论发展到智能控制理论阶段，自动控制理论越来越成熟，也逐渐趋于完善。从当前自动控制应用情况来看，火电厂是自动控制较为熟练的领域，所使用的自动化仪器和设备的科技含量都较高，但是从自动控制理论的应用情况来看，应用程度还不够。因此，本文将着重探讨自动控制理论在火电厂的应用情况和策略分析。当前我国大多数火电厂的自动化仪表都具备很多的样式和形式，从信号的接收和发送情况来看，具有非线性的特点。为了能够进一步控制和收集信号，我们需要对当前的热工仪表进行非线性校正。考虑到自动化控制理论的校正优势和作用，本文将针对这一部分内容探讨新型的数字化非线性校正方法和手段。随着我国科技水平的不断进步和信息技术的不断发展，我国的火电厂发展越来越迅速，计算机监控系统在火电厂的应用规模越来越大，为自动化控制理论的应用奠定了物质基础。从自动化理论的应用情况来分析，智能控制的在火电厂生产经营活动的应用前景将越来越好。

4　自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

4.1热工仪表非线性特征的校正

在火电厂中，有着许许多多的仪表，这些仪表所测定的参数各不相同，但是它们都有着相同的特性，那就是非线性特性。对于火电厂中的这些仪表而言，非线性特性往往都是不可避免的，但是要对火电厂中各个机组的参数进行精确的测量，必须要尽可能的避免仪表的非线性特征，因为由于仪表的非线性特征，参数测量的精确度将大大降低，无法满足生产的要求。为了使得火电厂的生产活动能够得以顺利开展，必须要减少由于热工仪表非线性特性所带来的误差，而要减少误差，在火电厂中经常采用的方法就是减小仪表测量范围、采用非线性显示刻度和加入非线性校正环节，这样可以在一定程度上对误差进行控制，但是由于减小仪表测量范围和采用非线性显示刻度都不能够很好地满足线性信号的要求，所以常常利用加入非线性校正环节来进行处理，通过加入非线性校正环节，一方面可以提高仪表测量的精度，另一方面还可以较好地满足线性信号的需求。

要对热工仪表的非线性特性进行校正，主要有两种方法：第一种方法是模拟线性化，第二种是数字线性化。所谓的模拟线性化，是指的在传统的模拟仪表的基础上，对一些特殊的机械元件和模拟电路加以利用，然后再使得仪表的输出信号能够满足线性要求，进而实现了模拟现实的线性刻度。模拟线性化所依靠的是硬件和模拟信号，实现了对输出信号的线性化处理，这种校正方式在火电厂中应用较为广泛，同时操作也较为简单。在火电厂中，有着许许多多的模拟线性化例子，比如说基于开方凸轮实现节流式流量仪表中流量与差压平方关系的线性化处理和以多段折线式逼近仪表非线性特性的线性化器等，通过这种方式，有效的改善了仪表非线性特性，使得输出信号能够更好地满足线性化的要求。而所谓的数字线性化，不同于模拟线性化，它所利用的是智能仪表，而这些智能仪表并不像模拟线性化方式一样对输出信号进行处理，它们是对输入的信号进行转换，在信号输入的时候，就按照一定的规则对其进行转换，转换之后再进行输出，从而使得输出的参数能够满足线性化的要求。模拟线性化与数字线性化都有着各自的优势，模拟线性化可以视为热工仪表非线性特性校正的硬方法，而数字线性化则可以视为热工仪表非线性特性校正的软方法，在火电厂中，数字线性化的应用也较为广泛，比如说在数字巡测仪中，利用单片机的储存器，将热工仪表非线性特性写入单片机的存储器内，然后再通过软件编制的查表法就可以十分迅速地实现输出信号的数字线性化。

当前随着我国科学技术的不断进步，火电厂中的热工仪表也在逐渐的趋于微型化、数字化和智能化，越来越多的高新技术被应用于火电厂之中，这些高新技术的应用大大的改善了火电厂的生产现状。传统的火电厂热工仪表大都是采用的单片机查表法，但是随着就计算机技术的不断发展，单片机也逐渐的暴露出其缺点，单片机的储存量往往较小，而且其运算速度也较慢，这些缺陷大大的限制了插表法的应用，虽然近些年来相关的研究人员对其进行了研究和改进，但单片机始终摆脱不了其固有的缺陷，即容易受到外部环境的影响和误差较大。因此在火电厂中一般都是在数据量较小或者精度要求不高的情况下才使用查表法。随着研究的不断深入，在数字线性化领域也有了新的突破，比如说BP神经网络和遗传算法等在火电厂热工自动化中的应用，对于热工仪表非线性的校正起到了非常重要的作用。同时随着对这些新方法的不断探究，也为自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用开辟了新的领域。

4.2主蒸汽压力新型调节策略

火电厂机组可以分为许多种类型，虽然火电厂机组的种类繁多，但是当前我国主要采用的是以燃煤为主带有汽包与中间储仓式制粉系统的单元机组，所谓的单元机组，就是指的把锅炉、汽轮机和发电机一一相对应，进而形成纵向的联系，然后再通过单元之间的连接构成整个生产系统。对于一个单元机组而言，其工作流程主要是首先让煤粉和经过预热的空气通过燃烧器，然后让煤粉和空气在锅炉的炉膛内进行混合燃烧，再加入水使得水变成蒸汽从而形成汽水混合物，然后再让汽水混合物回到汽包，使得汽和水相互分离，蒸汽进入主蒸汽管道后带动汽轮机做功进而带动发电机转动形成电能，同时做功后的低压低温蒸汽又可以回到炉膛进行下一轮的循环。从单元机组的工作流程可以发现在锅炉内部有着许多的换热器，但是汽轮机又与锅炉有着较大的区别，其结构远不如锅炉复杂，而且反应也较为迅速，所以说在进行能量的转换时，必须要兼顾二者的差异，才能够充分的发挥其作用。而要使得锅炉与汽轮机实现更好的协调，则需要参考主蒸汽压力，以主蒸汽压力为指标来衡量锅炉和汽轮机的供求平衡及运行状态，所以说主蒸汽压力对于机组的正常运行有着非常重要的意义，它是一个非常重要的监测参数，通过主蒸汽压力可以有效的反应出机组的运行状态，但是要对主蒸汽压力进行调节并不是一件简单的事。

主蒸汽压力一般都与所给定的值存在着一定的偏差，而要有效的对该偏差进行调节，则主要可以采取以下两种策略：第一是基于主蒸汽压力与给定值偏差的单回路调节策略；第二是基于主蒸汽压力与给定值偏差以及中间导前信号的双回路调节策略。两种调节策略都有着各自的优势与缺点，一般而言单回路调节策略的控制系统较为简单，而且其参数也较少，所以较为方便，但是其响应的速度往往较慢，而且其抗干扰的能力也较差。但双回路调节策略的抗干扰能力就较强，而且其控制的响应速度也较快，但它的缺点是控制系统较为复杂，而且其内外两个回路参数的整定也不方便。当前在火电厂中应用的较为广泛的新型调节策略主要有以炉膛辐射信号为中间被调量的串级模糊调节策略和LQ次优调节策略，以炉膛辐射信号为中间被调量的串级模糊调节策略可以有效的克服炉膛燃烧率的扰动，进而保证主蒸汽压力保持在一定的范围之内。而LQ次优调节策略则主要调节了主蒸汽压力含有纯迟延环节的特性。

4.3主蒸汽温度的先进控制策略

所谓的主蒸汽温度，是指的火电厂中从汽包出来的蒸汽经过了锅炉烟道中的过热器在过热器出口所得到的蒸汽温度，主蒸汽温度同主蒸汽压力一样也是火电厂正常运行的一个重要参数，主蒸汽温度也必须要控制在合理的范围之内，而不能过高或者过低，因为主蒸汽温度无论是过高或者过低，都将影响发电机组的安全运行。一般而言，主蒸汽温度过高会使得相应设备的金属材料出现变形，从而导致破坏，而如果主蒸汽温度过低，又将严重的影响生产效率。所以说对主蒸汽温度进行控制是非常有必要的。

当前在火电厂中，所采用的主蒸汽温度控制策略主要有两种，即主蒸汽温度最优反馈控制策略和主蒸汽温度串级学习控制策略。所谓的主蒸汽温度最优反馈控制策略，其基本指标就是保证温度控制的经济性，然后再对状态反馈矩阵进行进一步的优化，从而提出了主蒸汽温度最优反馈控制策略。通过主蒸汽温度最优反馈控制策略，既可以使得主蒸汽温度得到快速而稳定的调节，又能够大大的节约减温水量，从而有效地使得经济性得到保障。但是主蒸汽温度最优反馈控制策略所需要的状态并不能够直接的进行测量，所以说其测量往往较为复杂，而且它对于增益往往也较为敏感，所以在实际的运用之中还需要进一步的与其它方式相结合，从而进行有效的改进。主蒸汽温度串级学习控制策略主要的优势是其不依赖于控制对象模型，它只需要通过样本学习就可以得出相应的控制量，进而实现对主蒸汽温度的有效控制。这两种控制策略都有着各自的优势，也都有着各自的缺点，所以说要合理的对其进行运用，才能够实现对主蒸汽温度的调节。

5　结语

从以上内容的分析和探讨结果来看，自动控制理论在如今工业生产领域中发挥着越来越显著的作用。尤其是在火电厂的实际生产活动当中，智能控制理论发挥了巨大的理论指导优势。在火电厂的自动化控制对象中，比较难以处理的数据便是主蒸汽压力，这是锅炉、汽轮机等设备运作是否稳定的重要衡量标准，但同时惯性较大，难以掌控。本文针对这类参数的应对也进行了相应的探讨，以供参考。作为当前火电厂，乃至整个生产领域的重要应用理论工具，自动控制理论的发展和研究还应当再接再厉，继续发扬。

参考文献：

［1］郑金成，张卫卫.自动控制理论在热工自动化中的应用［J］.科学与财富，2016，8（1）:462.

［2］鲁登峰，黄蓉.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用［J］.广东科技，2013，（20）:118-119.

［3］李生录.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用［J］.中外企业家，2013，（29）:235-235.

［4］梁锦凤.浅析火电厂热工自动化中自动控制理论的应用［J］.大科技，2015，（16）:59-59，60.