模糊控制在给水调节系统中的运用

黄冬梅 广东红海湾发电有限公司

前言

给水调节系统作为发电厂锅炉水量自动调节系统中的重要一部分，用燃料量控制汽温的延迟时间比用给水流量控制汽温延迟时间大，因此超临界机组通过采用调节给水流量来实现燃水比控制的控制方案。为了达到这一点，目前很多给水调节系统中都应用到了给水调节器。其能够促进自动调节系统进一步实现自动化，这将促进锅炉的蒸发量和给水流量被控制在一定范围之内，对于保证发电厂锅炉实现安全正常运行有着十分重要的意义。

一、模糊控制在给水调节系统中的运用要点

发电厂中，锅炉给水调节系统控制的要求，主要体现在“维持锅炉的水煤比率”，以及“保持给水流量稳定”两方面。超超临界机组，蒸汽与水之间，无明确的分界点。给予模糊控制，是满足上述要求的关键。

首先，锅炉给水流量属于影响锅炉蒸汽带水量的主要指标。锅炉运行期间，中间点温度逐渐升高。如给水流量偏小，一旦蒸汽长期作用于汽轮机叶片，极容易导致叶片结垢，致使汽轮机发生故障[1]。可见，为提高发电厂锅炉运行的稳定性、降低故障率，将模糊控制应用到直流炉给水流量控制过程中较为重要。其次，就给水量而言，传统的锅炉给水控制方法，稳定性较差，给水量的大小变化幅度较大，管道故障率较高。为解决上述问题，建议将模糊控制方法，应用到给水调节系统的水量调节过程中。在提高给水量稳定性的基础上，确保锅炉能够稳定、安全的运行。

二、给水调节系统模糊控制设计思路

（一）模糊化设计

在对给水调节系统进行模糊控制设计之前，设计人员需要开展一系列的计算工作来确定好与设计相关的各项数据指标，主要包括以下几点：（1）设计人员需要先确定好给水流量、小机转速、水煤比，并以此为基础来计算出水位偏差变化率。之后再利用模糊控制器对计算结果进行输出，其主要目的是为了对水调节系统的阀门开度做出合理控制；（2）同时，设计人员还应当依照系统中的给水流量与设计流量之间的偏差及以此为基础所计算出的偏差变化率为输入指标，以调节器输出量为输出指标来建立起与模糊化设计相关的隶属度函数，函数的域应维持在[-10,10]的范围之内；（3）在实际设计的过程中，设计人员还应当从实际的隶属度函数和控制规则等控制器差数出发，使调控过程设计进一步达到准确合理[2]。

（二）模糊推理方式

为了保证给水调节系统模糊控制设计不出现差错，设计人员还应当利用模糊推理的方式来提高设计过程中的准确性，从而促进其在投入使用后能够得到高效运转，模糊推理方式包括以下几个方面：（1）其主要是以设计知识库为最初出发点，采用与函数有关的推理机制来达到理想的设计效果。在这一过程结束后，设计人员能够得出准确的模糊输出值，为了提高其实用性，在输入变量、实测水位值与给定水位值之间的偏差、水位偏差变化率和控制器输出值的计算上其语言值各为7个；（2）同时设计人员还需要对隶属度函数进行计算，其最终值通常情况下被4个梯形和3个三角形所表示[3]。

（三）模糊控制规则

（1）设计人员应当依照历史控制经验来总结出各条能够被用来作为模糊条件的语句并将之进行集合。在此过程中，设计人员还必须要确保控制器在输出性能上可以与其动静性质达到最佳配合，以此来保证设计的准确度；（2）因蒸发量的增加，系统中给水流量会不断下降，这时，需要对其阀门进行调节，依照其谁未来控制其BR阀门的开放度，在其出口流量降低到150吨一小时时，其流量可以被调节到450吨/小时，以保证机组负荷达到临界压力后能够转入到超临界状态之中；（3）在实际计算的过程中，若实测给水流量与设计流量之间的偏差为负数时，不管最终的水位偏差变化率如何，为了提升控制量的准确度，设计人员应使最终的控制量始终保持在正值状态。

三、给水调节系统模糊控制方案及控制效果

（一）发电厂概况

发电厂位于我国国内，现已建成发电机组共4台，发电量达2410MW，发电电压包括220kV及500kV等多种，属于我国某市电力资源的重点来源。近些年来，为响应国家节能减排的号召，该发电厂对火力发电技术进行了革新。本电厂所用锅炉，为605MW超临界机组直流炉。该机组工质及热量损失更小、冲洗速度更快，且热应力低。截至到2017年，发电厂的电力资源消耗量，较往年均值相比，已下降了1.5个百分点。水资源及石油资源消耗量，分别下降了6.1及27.7个百分点。该电厂的水力资源使用量控制模式，以给水调节系统模糊控制模式为主。为使模糊控制模式的应用范围得以拓展，对其应用方案进行分析较为必要。

（二）模糊控制方案

1.模糊控制参数计算

除应用隶属度函数，以及偏差计算等方法计算模糊控制指标外，发电厂同样需视模糊控制目标，对其控制参数进行计算。鉴于锅炉的给水流量、水煤比，是决定锅炉运行安全性的主要因素。因此，模糊控制过程中，应重点对两者进行计算。以直流炉的给水流量为例，该参数的模糊控制参数计算公式如下：

上述公式中，D代表给水量、P代表电压、T代表水温、K代表流量系数。利用上述公式，既可计算出水位的模糊控制指标。

2.模糊控制信号测量

给水流量、水煤比、小机转速，为模糊控制信号测量的三大要点。与给水流量为例，当通过给水旁路调节阀，对给水流量进行控制时，BR阀可实现对储水箱水位的控制。此时，受多种扰动的影响，给水流量常会发生一定的变化。对此，可将模糊控制技术，应用到给水调节系统中。在此基础上，安装偏差报警组件。通过对BR阀开度的控制，避免储水箱水位超过阀门。从而避免锅炉于启动时发生震荡，提高给水调节系统运行的稳定性。

3.模糊控制配置方式

为提高给水调节系统模糊控制的可靠性，对其配置情况进行优化，实现冗余配置是关键。本电厂的模糊控制配置方式如下：1）如两套模糊控制装置，均能够正常运行。取两者所反馈的信号的平均值，作为最终测量指标即可。2）如两套模糊控制装置中，一部装置存在故障。则可利用偏差以及模糊控制规则，将其信号切断，并实现预警。3）如实际情况需要，有关人员可在两套模糊控制装置中，选出一套作为主控制装置，对给水调节系统中给水流量等参数进行优化控制，提高锅炉运行的稳定性及安全性。

4.模糊控制实现过程

模糊控制的过程，应视给水调节系统的负荷而确定。当由一台给水泵给水时，如给水调节系统的负荷，处于0至25%MCR范围内，则可采用单冲量给予控制。当负荷为25%MCR、25%--30%时，控制方法相同。以单冲量控制为例：当调节器LD-1L-PID运行时，其输入水位的测量值LD，以及给定值SET的偏差，均属于决定模糊控制效果的主要指标。如发现两者出现异常，有关人员需立即根据模糊控制规则，采用软操作器，对电动泵以及给水调节系统指令进行修改。通过调整泵的转速的方式，提高模糊控制水平。

（三）模糊控制效果

为判断模糊控制在给水调节系统中的应用效果，本课题采用仿真实验，通过对衰减率以及稳态偏差的计算，对给水调节系统的过渡时间进行了观察。发现：1）在未应用模糊控制的情况下，系统衰减率φ=0.2、稳态偏差=31、过渡时间T=300s。2）应用模糊控制后，系统衰减率φ=1、稳态偏差=28、过渡时间T=150s。两者对比发现，模糊控制的应用，能够有效提高锅炉给水调节系统运行的稳定性，使系统的性能得以增强。

四、结论

综上所述，本文集中研究了模糊控制在给水调节系统中的运用要点和实际控制效果。得出结论，将模糊控制应用在给水调节系统中可以取得使水调节系统更科学的运行、使发电厂锅炉变得更加安全从而促进发电厂锅炉得到更高效应用的良好结果，希望本文的研究可以帮助更多的行业内人士更好地开展发电厂锅炉水量控制工作，以此来促进发电厂产值实现不断突破和提升。