自动控制理论在火电厂热工自动化中的有效运用分析

2020-07-23吴润菲李思博

今日自动化 2020年1期

迟鹏，吴润菲，李思博，蒙磊

（广东国华粤电台山发电有限公司，广东江门 529200）

现阶段，国内大部分火电厂中，均引进了自动化控制技术。自动控制借助自动控制设施、自动化仪器等设备，促进工业生产效率提升、优化运行过程，减少人工劳动量，提升相关产业的经济效益，创造可观的劳动生产总值。

1 火电厂热工自动化的应用现状

火电厂主厂房所应用的控制系统，如图1所示，具有热工自动化性能，系统中重点采取的是DCS技术理念，PLC作为一般性控制技术，应用于具有辅助性的车间系统中。此技术分配现象的关键因素在于：火电厂建设初期，DCS系统具有较高的成本价。火电厂相关管理人员，以经济适用性为建设初衷，优化生产成本结构。为此，采取的折中措施为：锅炉、发电机等具有持续性生产效能的设备，应为其配置信号模拟量，并保持比例科学性，以此开展DCS应用。其中DCS指分布式控制系统，或称之为自动化控制系统。基于DCS的应用与成本均具有较高要求，在辅助性运行区域，引进的控制系统为PLC，以此减少成本支出。

在对比差异性运行周期内，锅炉产生压力变化差值。采取的对比方式为AP论域。首先应对燃烧时长采取优化调整措施，即发生负荷数值的大幅度变化问题，继而提升燃烧速度。然而，煤质和炉况在选择时，如若规格、容量、质量等方面存在差异，燃烧的效果具有一定程度的影响。在运行火电厂热工自动化系统期间，隶属度函数曲线发生了多样化现象。曲线变化，造成模糊控制分析计算时，基于数据变化对曲线产生的适应性，引起计算数据发生鲁棒性事件，造成模糊控制有失稳定性。

图1 自动化系统构成图

在开展锅炉汽包液位测量计算工作期间，基于汽包液位所在控制系统，尚未开展有效的自动化控制措施，使锅炉不具有自主平衡能力。在锅炉出口位置，突发性发生蒸汽量提升，或者供水量发生紧缺。发生此类不稳定的锅炉事件，究其原因在于：锅炉尚不具有良好的反应能力，造成汽包热量聚积问题，引起锅炉内液体难以产生汽化，继而在测量汽包液位时，发生数值偏差问题，结果相比常规数值较大。然而，如若开展反向操作，引起测量汽包液位所得数值偏小，造成汽包虚假液位的不良事件，不利于锅炉开展生产活动。

现阶段，国内火电厂具有的热工自动化技术，具体表现为：自动化控制系统、自动化故障检测、自动化防护技术、自动化报警系统四类。其中自动检测模块，实现了对火电厂环境中气压、温度指数等数据的检测，保障火电厂处于安全的运行环境，如若发生环境数据的突发性变形，便于相关工作人员采取有效措施，减少火电厂损失。故障自动化诊断与检测系统中，针对火电厂内全范围的运行设备、应用系统等采取有效检测与诊断，如若发现故障问题，立即采取抢修、维护等措施，以此减少火电厂的经济损失，保障火电厂处于安全的运行状态。如图1所示。

2 调节主蒸汽压力

2.1 串级调节

串级调节系统，将炉膛辐射信号认定为锅炉内中间被调量，换言之，在锅炉燃料旁侧位置，增设一个阶跃扰动设施，借助Matlab软件开展仿真分析。相比单回路PID调节方式，以热量信号为基础开展的串级调节技术，有效改善了调节性能。因此，采取的串接调节措施为单回路PID调节，优化系统性能，因其具有抵抗燃料侧的干扰特性，因此，具有良好的调节效果。与此同时，基于中间被调量的组成方式为：分量（随机）、主分量。由此发现：随机分量方式，极易造成串级调节的不稳定性。如若采取将中间被调量融合于串级调节的应用模块中，即会减少调节期间发生动态问题，引起调节器产生较多误操作，增加调节系统所具有的动态偏差效果。为此，在开展仿真试验期间，应回避将中间被调量直接融合于串级调节程序中，以此保障串级调节的稳定性。如图2所示。

图2 新型串级调节系统

2.2 模糊调节

在串级调节系统中，将中间被调量认定为炉膛辐射信号，并且添加模糊滤波器设备，以此获取串级模糊调节的新方案。其中锅炉组成包括：关键性调节设施，以PD作为调节设备；副级调节设施为DZ（S），借助P完成调节措施；炉膛辐射信号中，选出的随机分量，即为中间被调量，由E-（S）表示；由主蒸汽压力测定的固有值，以P（S）表示；模糊滤波器，由F表示，针对中间被调量发生的动态变化，相应产生变化；调节器中，D：（S）用于表示在随机变量发生动态变化时，应给予的能量补偿。

2.3 PID调节器、Smith预估器的调节措施

火电厂锅炉的特征为热惯性数值大以及锅炉容量大，为此，调节对象应具有退延性和主蒸汽压力等特征。通常情况下，退延性为引起调节系统变化的关键性因素，比如调节时间增加、超调量数值提升等均影响设备的稳定与安全，甚至对机组发电所具有一定程度的干扰。PID调节器与Smith估器，两者系统作为现代化工业生产模式中，用以改善退延性的一般性措施，并具有良好的应用效果。此种调解措施，基于对PID调节器、Smith预估器两者系统运行不良的充分考量，并为其开展最优控制思想，以二次型问题为基础，开展优化配置，保障最优的调解措施施。PID调节器、Smith预估器两者调解措施，在运行期间，具有相对发展成熟的理论、闭环调解简易化、动态化调解能力等优势。

3 热工自动调节

3.1 理论

在国内自动化技术日益进步的背景下，火电厂热工自动化技术在此期间，获得相适应的发展活力。现阶段，国内火电厂中，控制设备应用占比较大的为PID调节器。在信息技术获取高速发生的同时，DCS系统应运而生，兼具现代化控制理念、智能化控制技术双重优势，并借助其优势，发展成颇具稳定性与安全性的控制系统。例如，在探索Smith预估控制的具体措施期间，实现了对过热气温的良好控制；有学者在Smith预估控制研究中，总结出PID控制与数据采集两者相结合的理论，以此获取全新的控制系统，提升了锅炉温度控制的精准度；更有学者则借助广义思想中的预测控制（GPC）理论，实现了对锅炉气压的有效测量与控制，彰显出热工自动化的应用价值；有学者提出借助模糊神经网络算法，针对汽轮机故障开展诊断与控制，具有良好的实践效果。

在自动控制热工自动化技术的发展进程中，众多企业参与更为先进控制应用的研发活动中。例如：德国西门子公司，将模糊控制与DCS双项技术实现了结合，将热工自动化良好形成应用模块，便于用户个性化设定与添加，为热工自动化发展提供了全新的平台。在热工自动化技术日益发展进程中，社会组织对此项科研开展持续性深入探索，以此尝试获取更为先进的控制措施，逐渐从理论层次发展至实践活动中，为自动控制理念的多元化发展提供契机。

3.2 信息系统延展性

自动化控制系统的运行，依赖于信息技术。信息技术作为自动化控制系统的运行基础，使其成为具有综合功能的信息管控应用型系统。DCS系统规模在热工自动控制中逐渐发展成熟，其架构模式成功获取了相关市场的广泛认可与应用。此外，DCS系统，应结合PLC控制系统实现信息系统的延展，升级更为高级的应用系统，提升DCS系统应用的适用性。

3.3 高级算法

在自动化技术发展进程中，自动控制系统中的高级算法获取了广度发展，功能性日渐丰富、应用领域呈现广泛性。例如，ZT600系统，此系统中借助自动控制理念，具备故障检测、报警、维修三项自动化控制功能，为其系统运行提供了多元化功能，促进此系统的应用企业获得良好控制效果，提升生产效率。在自控理念下，逐渐衍生出算法控制，此类控制具有较高的精准度，应成为自控理念未来发展趋势。