模糊控制在給水調節系統中的運用

黃冬梅 廣東紅海灣發電有限公司

前言

給水調節系統作為發電廠鍋爐水量自動調節系統中的重要一部分，用燃料量控制汽溫的延遲時間比用給水流量控制汽溫延遲時間大，因此超臨界機組通過采用調節給水流量來實現燃水比控制的控制方案。為了達到這一點，目前很多給水調節系統中都應用到了給水調節器。其能夠促進自動調節系統進一步實現自動化，這將促進鍋爐的蒸發量和給水流量被控制在一定范圍之內，對于保證發電廠鍋爐實現安全正常運行有著十分重要的意義。

一、模糊控制在給水調節系統中的運用要點

發電廠中，鍋爐給水調節系統控制的要求，主要體現在“維持鍋爐的水煤比率”，以及“保持給水流量穩定”兩方面。超超臨界機組，蒸汽與水之間，無明確的分界點。給予模糊控制，是滿足上述要求的關鍵。

首先，鍋爐給水流量屬于影響鍋爐蒸汽帶水量的主要指標。鍋爐運行期間，中間點溫度逐漸升高。如給水流量偏小，一旦蒸汽長期作用于汽輪機葉片，極容易導致葉片結垢，致使汽輪機發生故障[1]。可見，為提高發電廠鍋爐運行的穩定性、降低故障率，將模糊控制應用到直流爐給水流量控制過程中較為重要。其次，就給水量而言，傳統的鍋爐給水控制方法，穩定性較差，給水量的大小變化幅度較大，管道故障率較高。為解決上述問題，建議將模糊控制方法，應用到給水調節系統的水量調節過程中。在提高給水量穩定性的基礎上，確保鍋爐能夠穩定、安全的運行。

二、給水調節系統模糊控制設計思路

（一）模糊化設計

在對給水調節系統進行模糊控制設計之前，設計人員需要開展一系列的計算工作來確定好與設計相關的各項數據指標，主要包括以下幾點：（1）設計人員需要先確定好給水流量、小機轉速、水煤比，并以此為基礎來計算出水位偏差變化率。之后再利用模糊控制器對計算結果進行輸出，其主要目的是為了對水調節系統的閥門開度做出合理控制；（2）同時，設計人員還應當依照系統中的給水流量與設計流量之間的偏差及以此為基礎所計算出的偏差變化率為輸入指標，以調節器輸出量為輸出指標來建立起與模糊化設計相關的隸屬度函數，函數的域應維持在[-10,10]的范圍之內；（3）在實際設計的過程中，設計人員還應當從實際的隸屬度函數和控制規則等控制器差數出發，使調控過程設計進一步達到準確合理[2]。

（二）模糊推理方式

為了保證給水調節系統模糊控制設計不出現差錯，設計人員還應當利用模糊推理的方式來提高設計過程中的準確性，從而促進其在投入使用后能夠得到高效運轉，模糊推理方式包括以下幾個方面：（1）其主要是以設計知識庫為最初出發點，采用與函數有關的推理機制來達到理想的設計效果。在這一過程結束后，設計人員能夠得出準確的模糊輸出值，為了提高其實用性，在輸入變量、實測水位值與給定水位值之間的偏差、水位偏差變化率和控制器輸出值的計算上其語言值各為7個；（2）同時設計人員還需要對隸屬度函數進行計算，其最終值通常情況下被4個梯形和3個三角形所表示[3]。

（三）模糊控制規則

（1）設計人員應當依照歷史控制經驗來總結出各條能夠被用來作為模糊條件的語句并將之進行集合。在此過程中，設計人員還必須要確保控制器在輸出性能上可以與其動靜性質達到最佳配合，以此來保證設計的準確度；（2）因蒸發量的增加，系統中給水流量會不斷下降，這時，需要對其閥門進行調節，依照其誰未來控制其BR閥門的開放度，在其出口流量降低到150噸一小時時，其流量可以被調節到450噸/小時，以保證機組負荷達到臨界壓力后能夠轉入到超臨界狀態之中；（3）在實際計算的過程中，若實測給水流量與設計流量之間的偏差為負數時，不管最終的水位偏差變化率如何，為了提升控制量的準確度，設計人員應使最終的控制量始終保持在正值狀態。

三、給水調節系統模糊控制方案及控制效果

（一）發電廠概況

發電廠位于我國國內，現已建成發電機組共4臺，發電量達2410MW，發電電壓包括220kV及500kV等多種，屬于我國某市電力資源的重點來源。近些年來，為響應國家節能減排的號召，該發電廠對火力發電技術進行了革新。本電廠所用鍋爐，為605MW超臨界機組直流爐。該機組工質及熱量損失更小、沖洗速度更快，且熱應力低。截至到2017年，發電廠的電力資源消耗量，較往年均值相比，已下降了1.5個百分點。水資源及石油資源消耗量，分別下降了6.1及27.7個百分點。該電廠的水力資源使用量控制模式，以給水調節系統模糊控制模式為主。為使模糊控制模式的應用范圍得以拓展，對其應用方案進行分析較為必要。

（二）模糊控制方案

1.模糊控制參數計算

除應用隸屬度函數，以及偏差計算等方法計算模糊控制指標外，發電廠同樣需視模糊控制目標，對其控制參數進行計算。鑒于鍋爐的給水流量、水煤比，是決定鍋爐運行安全性的主要因素。因此，模糊控制過程中，應重點對兩者進行計算。以直流爐的給水流量為例，該參數的模糊控制參數計算公式如下：

上述公式中，D代表給水量、P代表電壓、T代表水溫、K代表流量系數。利用上述公式，既可計算出水位的模糊控制指標。

2.模糊控制信號測量

給水流量、水煤比、小機轉速，為模糊控制信號測量的三大要點。與給水流量為例，當通過給水旁路調節閥，對給水流量進行控制時，BR閥可實現對儲水箱水位的控制。此時，受多種擾動的影響，給水流量常會發生一定的變化。對此，可將模糊控制技術，應用到給水調節系統中。在此基礎上，安裝偏差報警組件。通過對BR閥開度的控制，避免儲水箱水位超過閥門。從而避免鍋爐于啟動時發生震蕩，提高給水調節系統運行的穩定性。

3.模糊控制配置方式

為提高給水調節系統模糊控制的可靠性，對其配置情況進行優化，實現冗余配置是關鍵。本電廠的模糊控制配置方式如下：1）如兩套模糊控制裝置，均能夠正常運行。取兩者所反饋的信號的平均值，作為最終測量指標即可。2）如兩套模糊控制裝置中，一部裝置存在故障。則可利用偏差以及模糊控制規則，將其信號切斷，并實現預警。3）如實際情況需要，有關人員可在兩套模糊控制裝置中，選出一套作為主控制裝置，對給水調節系統中給水流量等參數進行優化控制，提高鍋爐運行的穩定性及安全性。

4.模糊控制實現過程

模糊控制的過程，應視給水調節系統的負荷而確定。當由一臺給水泵給水時，如給水調節系統的負荷，處于0至25%MCR范圍內，則可采用單沖量給予控制。當負荷為25%MCR、25%--30%時，控制方法相同。以單沖量控制為例：當調節器LD-1L-PID運行時，其輸入水位的測量值LD，以及給定值SET的偏差，均屬于決定模糊控制效果的主要指標。如發現兩者出現異常，有關人員需立即根據模糊控制規則，采用軟操作器，對電動泵以及給水調節系統指令進行修改。通過調整泵的轉速的方式，提高模糊控制水平。

（三）模糊控制效果

為判斷模糊控制在給水調節系統中的應用效果，本課題采用仿真實驗，通過對衰減率以及穩態偏差的計算，對給水調節系統的過渡時間進行了觀察。發現：1）在未應用模糊控制的情況下，系統衰減率φ=0.2、穩態偏差=31、過渡時間T=300s。2）應用模糊控制后，系統衰減率φ=1、穩態偏差=28、過渡時間T=150s。兩者對比發現，模糊控制的應用，能夠有效提高鍋爐給水調節系統運行的穩定性，使系統的性能得以增強。

四、結論

綜上所述，本文集中研究了模糊控制在給水調節系統中的運用要點和實際控制效果。得出結論，將模糊控制應用在給水調節系統中可以取得使水調節系統更科學的運行、使發電廠鍋爐變得更加安全從而促進發電廠鍋爐得到更高效應用的良好結果，希望本文的研究可以幫助更多的行業內人士更好地開展發電廠鍋爐水量控制工作，以此來促進發電廠產值實現不斷突破和提升。