汽溫控制系統(tǒng)技術(shù)難點

蒸汽溫度是火電機組安全、高效、經(jīng)濟運行的重要參數(shù)，因此對蒸汽溫度控制的要求相當嚴格，蒸汽溫度過高會使過熱器和汽輪機高壓缸承受過高的熱應(yīng)力而損壞，汽溫偏低會降低機組的熱效率，影響經(jīng)濟運行。而蒸汽溫度控制一直是熱控方面的一大難題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）要求控制精度高（±5℃）；

2）系統(tǒng)滯后大；

3）干擾因素較多，包括：給水溫度的變化、減溫水擾動、負荷擾動、燃燒擾動、風(fēng)煤配比變化等；

4）對象特性的不確定性，過熱器在不同負荷、不同燃燒工況下，對象特性差異較大；

5）控制手段單一，目前主要以噴水減溫為主要控制手段。

目前所采用的汽溫控制方案主要包括串級控制、導(dǎo)前微分、相位補償、分段式控制、溫差控制等，但投運效果均不理想。基于上述因素，盡管國內(nèi)外許多控制專家在這一方面做了很多研究，也提出了不少新的、先進的控制方案，但由于工程實現(xiàn)存在困難，應(yīng)用甚少，火電廠汽溫控制問題也一直未能徹底解決。2100433B

再熱汽溫的控制取決于鍋爐的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，一般采用汽—汽加熱器、煙氣擋板、煙氣再循環(huán)、擺動式燃燒器等不同方式(見鍋爐汽溫調(diào)節(jié))。一般用煙氣側(cè)作為主要調(diào)節(jié)手段，噴水減溫只在汽溫超過限值時才參加調(diào)節(jié)或作為超溫的保護手段。為了克服被控對象的滯后和慣性，更好地維持再熱汽溫，可引入空氣流量或蒸汽流量作為再熱汽溫的導(dǎo)前信號?？刂葡到y(tǒng)的原理示于圖4?？諝饬髁縑(或蒸汽流量D)是再熱汽溫的一個導(dǎo)前信號，當它變化時通往再熱器的煙氣量或煙氣再循環(huán)量與空氣流量成比例的改變。這樣，只要整定好函數(shù)變換器的參數(shù)，就可使再熱汽溫基本不變。而當再熱汽溫偏離規(guī)定值時，由再熱汽溫調(diào)節(jié)器進行校正。當再熱汽溫超溫時，噴水調(diào)節(jié)器經(jīng)執(zhí)行器打開噴水調(diào)節(jié)閥以限制汽溫的進一步升高。在一般情況下，噴水調(diào)節(jié)系統(tǒng)不參加調(diào)溫工作。

汽溫的調(diào)節(jié)方式涉及到鍋爐的結(jié)構(gòu)，有面式減溫、噴水減溫和擺動燃燒器等，或者幾種方式并用，其中噴水減溫得到普遍應(yīng)用(見鍋爐汽溫調(diào)節(jié))。過熱汽溫控制系統(tǒng)主要有：串級汽溫控制系統(tǒng)；具有導(dǎo)前微分信號的汽溫控制系統(tǒng)；分段汽溫控制系統(tǒng)。

汽溫控制系統(tǒng)串級汽溫控制

以噴水減溫器后的汽溫作為輔助被調(diào)量，由主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器組成的汽溫控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理如圖1所示。在減溫水量擾動下，導(dǎo)前汽溫θa比主汽溫θ0提前反映。因此采用θa信號組成串級汽溫控制系統(tǒng)，可改善汽溫的控制質(zhì)量。只要導(dǎo)前汽溫θa發(fā)生變化，副調(diào)節(jié)器就去改變減溫水量，使后段過熱器的入口汽溫θa維持在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)作用，而過熱器出口汽溫θ0則通過主調(diào)節(jié)器起校正作用。調(diào)節(jié)結(jié)束后，導(dǎo)前汽溫θa可能穩(wěn)定在與原來不同的數(shù)值上，而主汽溫則等于給定值。

在串級汽溫控制系統(tǒng)中，由于主調(diào)節(jié)器和主回路的任務(wù)是維持主汽溫θ0恒定，故一般選用具有積分作用的調(diào)節(jié)器(PI或PID)。至于副調(diào)節(jié)器和副回路的任務(wù)是快速消除擾動，一般可選用比例調(diào)節(jié)器(P)或比例微分調(diào)節(jié)器 (PD)，也可選用比例積分調(diào)節(jié)器 (PI)(見模擬量控制系統(tǒng))。

汽溫控制系統(tǒng)導(dǎo)前微分信號的汽溫控制

以導(dǎo)前汽溫的微分作為補充信號所組成的雙回路汽溫控制系統(tǒng)。它是串級汽溫控制系統(tǒng)的變形，其原理如圖2所示。由于在系統(tǒng)中引入了導(dǎo)前汽溫θa的微分信號θa'，就等于改善了調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性。在噴水量擾動時，導(dǎo)前汽溫θa使調(diào)節(jié)器提前動作，可有效地減小主汽溫θ0的動態(tài)偏差。在動態(tài)過程中調(diào)節(jié)器根據(jù)導(dǎo)前汽溫θa的微分θa'和主汽溫θ0而動作，在靜態(tài)時θa不再變化，微分器的輸出消失(即θ等于零)，這時主汽溫θ0必然恢復(fù)到給定值。

汽溫控制系統(tǒng)分段汽溫控制

將整個過熱器分成若干段，各段之間設(shè)置一個減溫器，分別控制各段的汽溫，而使主汽溫等于給定值的汽溫控制系統(tǒng)。圖3為兩段汽溫控制系統(tǒng)的原理圖，各段控制方案均采用具有導(dǎo)前微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)。一般說來，分段控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)比一段控制要好。

影響蒸汽溫度變化的因素很多，例如減溫水流量、蒸汽負荷、鍋爐給水溫度、燃燒工況、煙氣溫度、爐膛熱負荷等，歸納起來主要的就是汽水側(cè)的擾動和煙氣側(cè)的擾動。不論何種因素的擾動，汽溫的階躍響應(yīng)曲線都有一定的時滯和慣性，最后平衡在新的數(shù)值。

主汽溫控制串級控制系統(tǒng)

汽溫串級控制幕統(tǒng)由于其整定方便的優(yōu)點，已在國內(nèi)外得到越來越多的應(yīng)用。現(xiàn)在20萬kW以t的機組大多果用這科控制方案。奠基本原理就是系統(tǒng)根據(jù)主蒸汽溫度設(shè)定值和反饋值的偏差作為主調(diào)節(jié)器的輸入，主調(diào)節(jié)器經(jīng)過PID運算后的輸出(調(diào)節(jié)器的輸入設(shè)定值)與撮溫器出口溫廈反饋值的偏差作為副調(diào)節(jié)器的輸入，其輸出作為執(zhí)行器的輸入動作指令。

串級控制系統(tǒng)對于克服二次擾動非常有效。串級控制系統(tǒng)中，副對象與主對象時間常數(shù)相差較大。副對象時間常數(shù)小，目此副目路為快速目路，用于克服內(nèi)擾主對象時間常數(shù)大，主目路為慢速調(diào)節(jié)目路。

主汽溫控制主汽溫級串-Smith預(yù)估控制系統(tǒng)

串級控制系統(tǒng)的設(shè)計要求有一個快速的副回路，當存在較大的純滯后過程時，調(diào)節(jié)時間將明顯延長，而副制器的比例系數(shù)稍大又會引起振蕩，所以副控制器只能選擇較低的比例系數(shù)，這樣就降低了整個系統(tǒng)的控制品質(zhì)。將smith預(yù)估補償引入串級控制系統(tǒng)，就是為了補償純滯后過程，剛鞋屯滯后對系統(tǒng)的影響，使控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)加快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強。串級一smlth預(yù)估控制系統(tǒng)，選擇純遲延較大的部升作為主回路．在主回路中采用Smith預(yù)估補償控制。主調(diào)節(jié)器起定值控$悱用，是主氣溫控制操作的主要指標．允許波動的范圍較小，要求沒有余差或較小的余差，故主目路采用PI控制。副回路是隨動系統(tǒng)，能夠快速克服二次擾動，采用P調(diào)節(jié)器。

由于惰性區(qū)的大時滯，將這一部分采用Smlth預(yù)估蹦求提高其快速性和控制品質(zhì)，而整體上采用串級控制以保證幕統(tǒng)的穩(wěn)定性和一定的快速性。串級一smith預(yù)估控制結(jié)合了串級控制與史密斯預(yù)估控制的優(yōu)點，有利于克服汽溫對象的太退延．大慣性特點。

主汽溫控制基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主汽溫控制系統(tǒng)

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊PID控制器在控制品質(zhì)方面明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制系統(tǒng)，尤其在變工況時，控制效果更加明顯。此類控制的特點是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的自學(xué)習(xí)能力與PID控制器的魯棒性相結(jié)合，實現(xiàn)了對非線性、大時滯系統(tǒng)模型的控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用多層前傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，針對BP算法容易陷入局部最小的缺陷，提出了數(shù)值積分尋優(yōu)和BP算法相結(jié)合的IBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練算法 。

主汽溫控制基于遺傳算法的主汽溫控制系統(tǒng)

遺傳算法在電廠主汽溫控制中的應(yīng)用針對電廠過程控制中主蒸汽溫度的大遲延性、非線性和時變性，在充分分析主蒸汽溫度被控對象動態(tài)特性和現(xiàn)場實際情況的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)觀測器技術(shù)，用于實現(xiàn)主蒸汽溫度的導(dǎo)前汽溫的重構(gòu)；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了準確性較高的主蒸汽溫度前饋控制；采用模糊控制技術(shù)，在很難獲得主蒸汽溫度被控對象的數(shù)學(xué)模型的情況下，實現(xiàn)了對主蒸汽溫度的有效控制；設(shè)計出適用于過程控制的基于遺傳算法機理的模糊控制器動態(tài)優(yōu)化方法，解決了一般遺傳算法實時性差的難題，實現(xiàn)了對電廠主蒸汽溫度模糊控制系統(tǒng)中的模糊控制器的實時在線動態(tài)優(yōu)化。2100433B

工程中常用的過熱汽溫控制系統(tǒng)，還是采用最基本的串級調(diào)節(jié)和具有導(dǎo)前微分的雙回路控制機構(gòu)。

過熱汽溫控制系統(tǒng)過熱汽溫串級控制系統(tǒng)

基于過熱汽溫系統(tǒng)的特點，為了改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，引入中間點信號作為控制系統(tǒng)的補充信號，從而構(gòu)成了串級控制系統(tǒng)。

過熱汽溫控制系統(tǒng)采用導(dǎo)前微分信號的過熱汽溫雙回路控制系統(tǒng)

導(dǎo)前汽溫微分信號的控制系統(tǒng)。并引入了導(dǎo)前汽溫微分信號為調(diào)節(jié)器的補充信號，從而提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。通過分析得出了串級控制系統(tǒng)的主副兩個調(diào)節(jié)回路的工作比較獨立，系統(tǒng)投運時參數(shù)整定、調(diào)試直觀方便，而有導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的兩個回路在參數(shù)在整定時相互影響、不易掌握。

對于過熱汽溫的特性，廣大學(xué)者和研究熱人員給予了過熱汽溫控制系統(tǒng)廣泛的關(guān)注，并提出許多新的控制方案，下面簡要介紹有代表性的四種。

過熱汽溫控制系統(tǒng)PID 狀態(tài)反饋控制方案

在串級調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加了狀態(tài)觀測器，并將狀態(tài)變量反饋到減溫器的執(zhí)行器上。當被控對象發(fā)生變化時，可以更快的了解變化信息，并通過反饋直接作用到執(zhí)行器上，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。

過熱汽溫控制系統(tǒng)Smith預(yù)估控制方案

在傳統(tǒng)串級控制的基礎(chǔ)上，主控制回路采用了Smith預(yù)估器。實踐證明，在汽溫控制中采用Smith預(yù)估控制，對于抑制超調(diào)是非常有效的。由于Smith預(yù)估器可根據(jù)搭設(shè)的數(shù)學(xué)模型來預(yù)先估計出所采用的控制動作對過程變量的可能影響，而不必等到過程變量有所反應(yīng)后再去校正所采取的控制動作，從而提高調(diào)節(jié)效果。

過熱汽溫控制系統(tǒng)應(yīng)用模糊理論的控制方案

模糊控制方案仍然采用了串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，內(nèi)回路與傳統(tǒng)的串級控制相同，主調(diào)節(jié)器采用模糊控制器。模糊控制器的設(shè)計是根據(jù)人工控制規(guī)則，將人工控制的實踐經(jīng)驗加以總結(jié)而得到一個多級Fuzzy條件語句，采用模糊集合理論實現(xiàn)，模糊控制規(guī)則的質(zhì)量決定了系統(tǒng)的控制性能。

過熱汽溫控制系統(tǒng)應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方案

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器中引入過熱汽溫設(shè)定值及其偏差，在線補償調(diào)節(jié)器，提高了對象動態(tài)特性的變化的適應(yīng)性。同時研究人員還提出了預(yù)測智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制等方案，研究表明，這些方法的控制效果比傳統(tǒng)的控制有了很大的提高。總而言之，隨著先進控制的發(fā)展，對過熱汽溫的控制將有更好的控制方案。