自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用

陳 磊皖能馬鞍山發(fā)電有限公司技術(shù)支持部熱控維護(hù)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(yīng)用

陳 磊
皖能馬鞍山發(fā)電有限公司技術(shù)支持部熱控維護(hù)二組，安徽馬鞍山 243000

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制理論日趨成熟，自動化機(jī)械設(shè)備已廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫绕涫窃诨痣姀S中的運(yùn)用，對我國電力事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，做出了巨大的貢獻(xiàn)。本文介紹了我國火電廠現(xiàn)階段熱工自動化應(yīng)用現(xiàn)狀，以及自動化控制理論在火電廠應(yīng)用技術(shù)的最新進(jìn)展，提出了今后自動控制理論在該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，以期與同行交流。

自動控制；火電廠；熱工自動化；應(yīng)用

近年來，我國在自動控制技術(shù)領(lǐng)域的研究取得了長足的進(jìn)展，其研究成果不斷被應(yīng)用在生活生產(chǎn)的各個方面。火電廠熱工自動化作為一種自動控制技術(shù)，其融合了熱能工程技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)以及智能儀表儀器等相關(guān)技術(shù)，可實現(xiàn)對火電廠生產(chǎn)過程的各類參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控。這一技術(shù)的運(yùn)用，將有助于提高該行業(yè)的生產(chǎn)效率，提高企業(yè)利潤，有效降低人力物力成本，實現(xiàn)火電企業(yè)的現(xiàn)代化革新與可持續(xù)發(fā)展。

1 火電廠熱工自動化發(fā)展現(xiàn)狀

自動控制通常是指在企業(yè)生產(chǎn)過程中，采用自動化儀器設(shè)備代替部分甚至是全部人工操作，并依靠這些儀器設(shè)備進(jìn)行自動生產(chǎn)，達(dá)到甚至超過人工操作的目的。自動控制理論早在上世紀(jì)前期就已經(jīng)被提出，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其主要分為經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論3個不同階段。其中經(jīng)典控制理論主要以傳遞函數(shù)理論為基礎(chǔ)，通過建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，研究系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)和規(guī)律，從而實現(xiàn)自動控制。而現(xiàn)代控制理論中，線性控制和優(yōu)化估值是其理論基礎(chǔ)，從而使得火電廠在發(fā)電過程中實現(xiàn)對過程的自控。智能控制綜合了前兩者的優(yōu)勢，主要以數(shù)值計算。邏輯運(yùn)算為理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的精確控制。

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國的火電企業(yè)一直致力于實現(xiàn)火電生產(chǎn)的數(shù)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(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前在建或已經(jīng)使用該系統(tǒng)的電廠就有近300家，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但與DCS系統(tǒng)相比，任然存在較大的差距。

現(xiàn)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(shù)，保證相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行。自動控制主要是貫穿整個生產(chǎn)過程的自動化檢測處理等一些列過程，包括當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時，自動保護(hù)裝置將開啟。對故障進(jìn)行診斷，對發(fā)現(xiàn)的重大問題立即報警，同時關(guān)停設(shè)備，將損失降到最小。

2 熱工自動控制系統(tǒng)在火電廠的作用

2.1 熱工自動調(diào)節(jié)理論

隨著我國自動化技術(shù)的發(fā)展，火電廠熱工自動化技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。目前我國火電產(chǎn)中多為基于PID調(diào)節(jié)器的控制設(shè)備。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)的發(fā)明，集現(xiàn)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(yù)估控制實現(xiàn)對時滯特性過熱氣溫控制；韓忠旭提出的PID控制與狀態(tài)反饋相結(jié)合的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對鍋爐氣溫的精確控制；楊平利用廣義預(yù)測控制（GPC）成功實現(xiàn)對鍋爐氣壓的測控；邱忠宇提出利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)對火電汽輪機(jī)故障診斷的新技術(shù)等。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的公司研發(fā)出更加先進(jìn)的控制模塊技術(shù)。例如，德國西門子公司實現(xiàn)了模糊控制軟件模塊與DCS的結(jié)合，從而實現(xiàn)了用戶的直接調(diào)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們對相關(guān)研究的投入不斷加大，越來越多的先進(jìn)控制策略逐漸從理論走向?qū)嵺`，形成了自動調(diào)節(jié)理論的多元化發(fā)展。

2.2 擴(kuò)展管理信息系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)離不開計算機(jī)技術(shù)，它是以該技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展起來的一種綜合信息管理控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)作為現(xiàn)行熱工自動控制市場中的成熟產(chǎn)品，其成功的架構(gòu)模式贏得了市場的認(rèn)可，得到了人們的好評。再結(jié)合PLC的優(yōu)點，使得其實現(xiàn)了系統(tǒng)的自我擴(kuò)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(shù)的發(fā)展，使得系統(tǒng)的高級算法模塊日益豐富。以ZT600系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)實現(xiàn)了障礙的自我報警和檢修。這使得生產(chǎn)信息能夠與計算機(jī)進(jìn)行快速對接，從而提高生產(chǎn)效率。

3 自動控制的具體運(yùn)用

隨著自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，火電企業(yè)也在不斷創(chuàng)新技術(shù)，以期實現(xiàn)熱工自動化以及電力生產(chǎn)全過程的自動化。其以自動控制理論為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)，熱能工程技術(shù)，信息技術(shù)與現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)，實現(xiàn)了對火電企業(yè)生產(chǎn)過程的智能化管理與檢測，降低了企業(yè)運(yùn)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(xiàn)未來完全意義上的無人化生產(chǎn)提供了理論和技術(shù)儲備。就目前而言，自動控制技術(shù)主要是在以下兩方面的運(yùn)用。

3.1 主蒸汽壓力調(diào)節(jié)

主蒸汽壓力是火電廠發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的重要參數(shù)之一，其壓力值的大小將直接決定機(jī)組負(fù)荷的大小。蒸汽壓力主要受到燃料調(diào)節(jié)、引風(fēng)送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響這3個系統(tǒng)共同組成鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因此，在調(diào)節(jié)主蒸汽壓力時，應(yīng)注意調(diào)節(jié)的結(jié)果需使能量平衡。其具體的調(diào)試方法主要有串級調(diào)節(jié)和串級模糊調(diào)節(jié)兩種，前者以自動控制理論為基礎(chǔ)，利用Matlab軟件，進(jìn)行優(yōu)化處理，根據(jù)系統(tǒng)特點進(jìn)行調(diào)試。

3.2 主蒸汽壓力LQ次優(yōu)調(diào)節(jié)

由于火電廠鍋爐容量較大，熱慣性較強(qiáng)，因此，在調(diào)節(jié)過程中，往往會出現(xiàn)較為明顯的時滯情況。這將或多或少對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，使火電廠鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)安全隱患問題。而PID調(diào)節(jié)器和Smith預(yù)估器能夠很好的解決這一問題，根據(jù)自動控制理論，主蒸汽壓力LQ在優(yōu)化過程中，會不斷降低維度，從而達(dá)到最優(yōu)化調(diào)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(diào)節(jié)精度低，所以要實現(xiàn)最優(yōu)的控制方案，就必須對系統(tǒng)進(jìn)行不斷地優(yōu)化。

4 結(jié)論

隨著自動控制理論在火電廠的應(yīng)用，使得火電企業(yè)在生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的智能檢測和控制，有利于提高火電企業(yè)的生產(chǎn)效率，縮減人力物力成本，為火電企業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐，為我國火電事業(yè)的發(fā)展做出理論指導(dǎo)。

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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(fā)電有限公司技術(shù)支持部熱控維護(hù)二組，研究方向為火電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化。