自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

2017-01-20刘延文

中国设备工程 2017年16期

关键词：线性化热工自动控制

刘延文

（烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台 264006）

自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

刘延文

（烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台 264006）

随着我国经济水平的不断提高，电力行业得到了飞速提升。火电厂作为电力行业中的重要组成部分，将自动控制理论与火电厂热工自动化相结合，可以促进火电厂热工自动化的进一步发展，从而提升发电机组的整体容量，增强供电企业的经济效益。

自动控制理论；火电厂热工自动化；应用

火电厂热工自动化作为自动控制技术中的重要组成部分，其主要包含热能工程技术、计算机技术、智能仪表仪器等先进技术。火电厂生产运行过程中，通过自动控制技术将其中的各项参数指标实时监控，从而提升企业的生产效率以及经济利润，还可以帮助企业节约资源成本。

1 火电厂热工自动化控制系统发挥的作用与优势

1.1 对管理信息系统进行拓展

火电厂热工自动化利用自动控制系统的过程中，主要将计算机原理作为基础，利用多种服务手段对火电厂热工自动化中的全部设备实施全程式的监测，也可以将这种方式看作为构建完善的管理信息系统。其中比较成功的架构模式便是DCS，其主要将分布式的控制系统作为主要表现形式。DCS具备极强的控制能力，还结合了PLC控制器，可将管理信息系统有效拓展，并将可用的范围与形式不断扩大。

1.2 帮助系统累积高级算法模块

自动化控制系统对多种高级算法模块进行了积累。例如在某企业应用的ZT600自动控制系统中，就对其进行了自我障碍保修、预警的设计。这种设计方式表明了计算机技术与信息的互相完美衔接，从而提升火电厂热工自动化的生产效率、生产质量。一般而言，火电厂中的大部分设备计算模块都与0．5K梯形图逻辑总量相同，如果想利用PLC将各项作业流程完成，便需要利用多种类型的模块，其形式变得更加复杂多样。而且在PLC系统中还存在一定的问题，主要表现为不能对修改率进行下载，还会在运行调试的过程中发生各种问题。

2 火电厂热工自动化发展现状分析

火电企业在日常生产过程中，利用自动化的各种仪器与设备取代传统的人工操作，利用相应的仪器与设备实施自动化的生产，可超过人工操作的质量与效率。在上世纪前期便已经提出了自动化控制理论，经过了几十年的发展与探索，在理论中主要包括经典控制理论、现代控制理论与智能控制理论三部分。对于经典控制理论来说，其主要将传递函数理论作为基础，构建完善的系统数学模型，对系统运行过程中的状态以及规律进行研究，从而实现有效的自动控制。对于现代控制理论来说，是将现行控制与优化估值作为理论的研究基础，促使火电厂在运行过程中，对生产全过程实施有效的自我控制。而智能控制理论是将前二者互相结合，将数值计算作为主要方式，对复杂的系统实施更加有效的控制。

3 自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用策略

3.1 对热工仪表非线性特性进行校正

（1）热工仪表的非线性特性。火电厂的热工仪表存在着不尽相同的非线性特性，例如在热电偶温度仪表中，其热电势与温度之间存在的关系，在节流式流量仪表中，流量与差压之间存在的关系，在阀位显示仪表中，阀门的开度与流量之间存在的关系等，这些关系都属于非线性函数而存在。在仪表中存在这些非线性特性，会对仪表的测量准确度、仪表显示精确度产生一定的影响。为了减少存在的误差，需要对仪表中的非线性特性进行减小，可以采用以下几种方法。第一，缩小仪表测量的范围。第二，在显示刻度的过程中，利用非线性函数将其更加客观的显示出来。第三，在运行过程中，加入非线性的校正环节。对于前两种方法来说，并没有对仪表的输出信号利用线性化处理方式进行处理，虽然可从一定程度上将测量的误差减小，但无法充分满足自动控制装置需要的信号需求。对于第三种方法来说，其不仅能够有效提升测量的准确度，还可以将仪表各个测量参数值进行对比，最终利用线性化进行处理，且校正方法也在不断更新与优化。

对热工仪表进行非线性特性校正，可以采用模拟线性化以及数字线性化两种方法。

第一，模拟线性化。将传统的模拟仪表作为基础，利用机械元件与模拟电路将仪表的输出信号线性化处理完成，从而对线性刻度准确模拟，还可以将其看作为自动控制装置的主要传输信号。由此可见，对线性化的模拟主要是依靠硬件与模拟信号的方式对输出的信号进行线性化的处理，也可以将其看作非线性特性校正的硬办法。例如可以将开方凸轮作为基础，对节流式流量仪表中存在的线性关系进行处理。第二，数字线性化。将智能仪表作为基础，对输入之后的信号进行转换，从而得到数字量。在对数字量精确计算之后可使输出信号线性化，从而将线性化数字更加直观的显现出来。相比于模拟线性化校正方法来说，这种校正方式主要依靠数字信号及软件对输出的信号进行线性化处理，也可以将这种方法看作为非线性特性校正的软方法。

（2）应用前景分析。目前我国300MW及以上的火电发电机组均配备了DCS系统，主要是作为热工参数计算检测系统进行使用。对于没有配备DCS的机组来说，主要采用了单独的DAS系统，从而提升自动化监测的水平。因此，在火电厂热工自动化的发展进程中，DAS系统是必不可少的重要部分。DAS系统中主要包含计算机、网络通讯、大屏幕显示等技术，可以对热工参数网络化、自动化、数字化测量与显示充分实现，也为热工仪表的非线性特性校正奠定硬件基础。可见，在火电厂日后的发展过程中，自动化控制系统占据了主导地位，还实现了热工仪表智能化、数字化的发展目标。相信在日后的生产过程中，可以对就地仪表进行集控式的自动化检测，使数字线性化处理效果大幅提升。

3.2 主蒸汽压力的特性及常见调节策略

火电厂发电机组的运行方式、燃料使用种类等方面都存在较大差异，可以将火电厂机组分为各种类型。目前在我国普遍采用的火电机组为：以燃煤为基础，带有汽包，并与中间储仓式制粉系统共同构成的单元机组。其主要是将锅炉、汽轮机、发电机全部对应，以纵向连接的方式构成一系列的生产系统整体，在不同的单元机组之间不存在横向的联系。工作流程如下：第一，煤粉经过加热之后，通过燃烧器，在锅炉内以混合的方式进行燃烧，其中的水分会从汽包向下流，其中会经过下降管，在这个过程中，其中的部分水分会形成蒸汽，部分水会形成最终的汽水混合物。第二，在汽水混合物形成之后便会流回至汽包中，再经过汽水互相分离，生成大量的蒸汽，最终进入到主蒸汽管道之中，内部会进行热交换。再由减温水将蒸汽的温度进行严格控制之后，随之进入到汽轮机的高低压缸中进行冲转做功，将热能转换为最终的机械能，带动发电机进行电力生产，成为电能之后会随之并入电网中。

对主蒸汽压力进行调节时，主要可采用两种方法：第一，将主蒸汽压力作为基础，将偏差作为主要的调节措施，将其中的煤量合理调节，主要优点为参数数据量小且可以方便、及时的整定。但其还具备相应速度较慢等方面的缺点。第二，将主蒸汽压力作为基础，以给定值作为调节措施，以双回路的形式对主蒸汽压力进行调节。在这种调节方法中，控制信号包含偏差等，具备反应速度快、抗干扰能力强等优点。而缺点是不能对内外回路进行方便的参数整定等。

3.3 主蒸汽温度的特性及常见控制措施

主蒸汽温度与主蒸汽压力一样，是火电厂在实际生产运营过程中的重要监测对象，无论主蒸汽温度过高还是过低，都会对发电机组的安全性以及经济性产生不良影响。如果主蒸汽的温度过高，会使过热器等设备由于高温而出现变形，最终被损坏。如果主蒸汽的温度过低，会降低火电厂的热效率，还会对汽轮机的叶片产生腐蚀。

主蒸汽温度具备的主要特性为延迟、惯性较大等，其并不能进行较大范围的波动，因此利用传统单回路的PID控制系统，无法获得较为满意的控制效果。而目前大部分火电厂所采用的主蒸汽控制措施为将导前气温θt的微分作为补充信号采用的双冲量控制系统，将导前气温的θt作为中间被调量的串级控制系统。但这种控制办法具备较强的局限性，还会包括超调量大等缺点。

因此根据主蒸汽温度的动态特性进行分析，可以利用以下两种控制措施。第一，将喷水减温器进行合理设置。第二，在烟道中安装相应的烟气挡板。

对于第一种控制措施来说，其主要是将蒸汽的流量进行改变，从而对主蒸汽的温度进行严格控制。对于第二种控制措施来说，其主要是将烟道中的烟气热量进行改变，从而提升火电厂的生产效率。