自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

陳 磊皖能馬鞍山發電有限公司技術支持部熱控維護二組，安徽馬鞍山 243000

自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應用

陳 磊
皖能馬鞍山發電有限公司技術支持部熱控維護二組，安徽馬鞍山 243000

隨著計算機技術的不斷發展，自動控制理論日趨成熟，自動化機械設備已廣泛應用于人們日常生活的方方面面，尤其是在火電廠中的運用，對我國電力事業的現代化發展，做出了巨大的貢獻。本文介紹了我國火電廠現階段熱工自動化應用現狀，以及自動化控制理論在火電廠應用技術的最新進展，提出了今后自動控制理論在該領域的發展趨勢，以期與同行交流。

自動控制；火電廠；熱工自動化；應用

近年來，我國在自動控制技術領域的研究取得了長足的進展，其研究成果不斷被應用在生活生產的各個方面。火電廠熱工自動化作為一種自動控制技術，其融合了熱能工程技術、計算機信息技術以及智能儀表儀器等相關技術，可實現對火電廠生產過程的各類參數進行實時監控。這一技術的運用，將有助于提高該行業的生產效率，提高企業利潤，有效降低人力物力成本，實現火電企業的現代化革新與可持續發展。

1 火電廠熱工自動化發展現狀

自動控制通常是指在企業生產過程中，采用自動化儀器設備代替部分甚至是全部人工操作，并依靠這些儀器設備進行自動生產，達到甚至超過人工操作的目的。自動控制理論早在上世紀前期就已經被提出，經過幾十年的發展，其主要分為經典控制理論、現代控制理論和智能控制理論3個不同階段。其中經典控制理論主要以傳遞函數理論為基礎，通過建立系統的數學模型，研究系統運行的狀態和規律，從而實現自動控制。而現代控制理論中，線性控制和優化估值是其理論基礎，從而使得火電廠在發電過程中實現對過程的自控。智能控制綜合了前兩者的優勢，主要以數值計算。邏輯運算為理論基礎，實現對復雜系統的精確控制。

進入21世紀后，我國的火電企業一直致力于實現火電生產的數字化和智能化，10年前，人們提出了SIS概念，并逐步走向成熟，實現產業化。目前在建或已經使用該系統的電廠就有近300家，并取得了一定的經濟效益。但與DCS系統相比，任然存在較大的差距。

現階段，我國火電廠熱工自動化主要涉及自控、自檢、自保和報警4個方面。其中自動檢測主要是指利用自動化儀器實時檢測火電廠氣壓、溫度、流量等參數，保證相關設備正常運行。自動控制主要是貫穿整個生產過程的自動化檢測處理等一些列過程，包括當生產設備出現故障時，自動保護裝置將開啟。對故障進行診斷，對發現的重大問題立即報警，同時關停設備，將損失降到最小。

2 熱工自動控制系統在火電廠的作用

2.1 熱工自動調節理論

隨著我國自動化技術的發展，火電廠熱工自動化技術也得到了相應的發展。目前我國火電產中多為基于PID調節器的控制設備。隨著計算機技術的發展，DCS系統的發明，集現代控制論和智能控制論的有點于一身，極大提高了其性能。例如何同祥提出的利用Smith預估控制實現對時滯特性過熱氣溫控制；韓忠旭提出的PID控制與狀態反饋相結合的控制系統，實現了對鍋爐氣溫的精確控制；楊平利用廣義預測控制（GPC）成功實現對鍋爐氣壓的測控；邱忠宇提出利用模糊神經網絡算法實現對火電汽輪機故障診斷的新技術等。隨著相關技術的不斷發展，越來越多的公司研發出更加先進的控制模塊技術。例如，德國西門子公司實現了模糊控制軟件模塊與DCS的結合，從而實現了用戶的直接調用。隨著技術的進步和人們對相關研究的投入不斷加大，越來越多的先進控制策略逐漸從理論走向實踐，形成了自動調節理論的多元化發展。

2.2 擴展管理信息系統

自動化控制系統離不開計算機技術，它是以該技術為基礎，發展起來的一種綜合信息管理控制系統。DCS系統作為現行熱工自動控制市場中的成熟產品，其成功的架構模式贏得了市場的認可，得到了人們的好評。再結合PLC的優點，使得其實現了系統的自我擴展，適用性更為廣泛。

2.3 利于積累高級算法模塊

隨著自動化技術的發展，使得系統的高級算法模塊日益豐富。以ZT600系統為例，該系統實現了障礙的自我報警和檢修。這使得生產信息能夠與計算機進行快速對接，從而提高生產效率。

3 自動控制的具體運用

隨著自動化技術的不斷進步發展，火電企業也在不斷創新技術，以期實現熱工自動化以及電力生產全過程的自動化。其以自動控制理論為基礎，結合計算機技術，熱能工程技術，信息技術與現代儀器儀表技術，實現了對火電企業生產過程的智能化管理與檢測，降低了企業運營成本。尤其是在一些高危工作崗位，最大限度地減少了對人的危害，對于實現未來完全意義上的無人化生產提供了理論和技術儲備。就目前而言，自動控制技術主要是在以下兩方面的運用。

3.1 主蒸汽壓力調節

主蒸汽壓力是火電廠發電機組正常運行的重要參數之一，其壓力值的大小將直接決定機組負荷的大小。蒸汽壓力主要受到燃料調節、引風送風調節系統的影響這3個系統共同組成鍋爐燃燒調節系統。因此，在調節主蒸汽壓力時，應注意調節的結果需使能量平衡。其具體的調試方法主要有串級調節和串級模糊調節兩種，前者以自動控制理論為基礎，利用Matlab軟件，進行優化處理，根據系統特點進行調試。

3.2 主蒸汽壓力LQ次優調節

由于火電廠鍋爐容量較大，熱慣性較強，因此，在調節過程中，往往會出現較為明顯的時滯情況。這將或多或少對系統的穩定性造成影響，使火電廠鍋爐運行出現安全隱患問題。而PID調節器和Smith預估器能夠很好的解決這一問題，根據自動控制理論，主蒸汽壓力LQ在優化過程中，會不斷降低維度，從而達到最優化調控目的。但是，這兩種方法自身也存在著缺點，例如魯棒性差、調節精度低，所以要實現最優的控制方案，就必須對系統進行不斷地優化。

4 結論

隨著自動控制理論在火電廠的應用，使得火電企業在生產過程中，實現了對生產過程的智能檢測和控制，有利于提高火電企業的生產效率，縮減人力物力成本，為火電企業的現代化轉型提供了技術支撐，為我國火電事業的發展做出理論指導。

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TP2

A

1674-6708（2016）168-0164-02

陳磊，助理工程師，皖能馬鞍山發電有限公司技術支持部熱控維護二組，研究方向為火電廠協調控制系統優化。