火電廠鍋爐主汽溫智能PID控制研究

廖麗霞

摘要：通過對火電廠的工藝分析和日常生產活動分析，本文明確了各種影響蒸汽溫度的變化因素，并具體的對常規鍋爐的主汽溫控制系統進行了研究分析，具體的論述分析了模糊系統的控制對策。

關鍵詞：火電廠;鍋爐;主汽溫;PID

1.智能PID控制器概述

在控制領域，現有三個主要的發展分支，分別為模糊控制、神經網絡和遺傳算法。這三個分支各有各的優勢也同樣存在各自的局限性，因此為了實現對這三項分支控制領域的發展，特別是為了應對控制器內在的局限性，當下的智能控制領域越來越傾向于對各領域的互相融合。這三項領域的互相融合必然會促進智能PID控制的發展進步，實現該系統的愈加完善，促使其優越性的進一步發揮。

2.常規鍋爐主汽溫控制系統

2.1蒸汽溫度對象的模型建立和動態特性分析

鍋爐的運行，常常伴隨著惡劣的工作環境，特別是高壓、高溫的環境會時刻對設備產生極大的影響，最嚴重的情況下，甚至會導致電廠的運行工作受到影響，而對電廠安全運行產生主要影響的是鍋爐過熱器設備。該設備主要是由對流熱器、輻射過熱器、減溫器等構成，這些設備分別起到不同的作用。而過熱器出口的蒸汽溫度之所以會有不同的溫度表現，主要是因為燃燒工況、給水溫度、蒸汽流量等不同因素都會對其產生影響。

2.2煙氣量擾動下過熱汽溫動態特性

由于高壓鍋爐的過熱器管道比中壓鍋爐長，結構也比中壓鍋爐復雜。而過熱器是一個單相換熱器，理論上對單向換熱器的研究是以傳熱為基礎的，熱交換過程的基本方程式有兩種：一是熱平衡方程式，二是傳熱速率方程式，它們是描述換熱器靜態特性的基本方程式，也是推導動態方程的基本依據，為了討論問題方便，對過熱器做某些簡化，過熱氣溫隨著煙氣熱量Q變化的響應。

高壓鍋爐具備較為復雜的結構，特別是過熱器管道的復雜度更高。而作為單相換熱器的過熱器，其本身的熱交換是通過熱傳遞進行的，其具體的表達方程式，有熱平衡和熱速率兩種，這兩種都可以表達相應的靜態和動態特性，但需要一定的簡化。

2.3對汽溫控制系統的設計原則

（1）影響汽溫變化的因素很多（如煙氣、負荷等），選擇改變煙氣量或煙氣溫度（如改變噴燃器角度）作為汽溫調節手段時過熱汽溫的動態特性較好，但實現起來較麻煩，并造成與燃燒控制系統的相互干擾。

（2）盡量采用快速測量元件，選擇正確的安裝位置，以減小控制通道的滯后和慣性。由于控制通道的滯后與慣性，不能及時的反映溫度的突然變化，因此也就不能及時發出控制信號，造成控制系統穩定性差和控制質量不好。

（3）對于現代大型鍋爐，由于過熱器管道加長，結構變得復雜，其滯后和慣性大大增加，這時汽溫控制應采用分段控制系統。

根據各種鍋爐的構造、靜態特性和動態特性的區別，可以設計不同的汽溫自動控制系統，以滿足鍋爐汽溫控制的需要。雖然從調節對象的動態特性來看，用改變煙氣傳熱量調節汽溫是一種較好的調節方案，但在高溫時，其調節機構的具體實現存在困難。故目前大型機組過熱汽溫調節多采用噴水減溫器方案，而再熱汽溫調節多采用改變煙氣傳熱量方案。

3.模糊神經網絡鍋爐主汽溫控制系統

3.1模糊控制理論發展

美國著名學者扎德提出了模糊集合和模糊控制的概念，這兩項概念的提出，促使了當下對思維判斷的發展，以及對數字模型的應用，特別是在計算機技術發展的當下，該項技術的應用更是實現了對各類實際問題的解決，包括對模糊控制器理論的發展提供了較好的理論和實踐基礎。而隨著近些年來的技術發展，自動控制領域中，被控制的對象一再向著更復雜的方向發展，不但其本身的設備構造和設備應用都出現了較高的不確定性，更是在參數不確定性、多種輸入量、多種輸出量等方面都存在較強的復雜性和不同性。模糊控制的發展使其應用領域更加廣闊，其發展方向是大規模非線性的復雜系統，而從當下的系統發展也可以看出，模糊控制的進行，具備更高的控制性和操作性，并且在自動性能等方面都存在較強的優越性，總的來說是存在較高的發展地位和發展價值的，也因此對于當下的現代控制領域中，模糊控制系統的應用發揮了越來越重要的價值地位。

3.2模糊控制器

計算機數字控制的進行，本身涉及模糊控制這一特定的形式，這一形式本身類似于一種數字化的控制系統。

模糊控制器的主要構成結構包括很多部分，像是輸入量模糊化結構、數據庫等都是基礎的組成部分，這些組成部分共同構成了這一模糊控制系統。而在這一系統中，模糊控制器的功能實現，主要是有二維模糊控制的結構形式快速實現來實現的。而在這一系統中，模糊控制器的輸入變量為E、CE，也就是誤差和誤差變化率，而包括PD和PI控制器的功能也都是模糊控制器所具備的，其具體的步驟如下，首先，將被控制的系統誤差和誤差變化率，進行精確值得統計，在統計結束后將其進行轉化，轉化為相應的模糊值。其次，模糊推理決策的完成，需要按照人工控制的原則及其策略進行，并且也需要注意對言控制規則完成的推理決策進行落實，做出控制力的輸出。最后，模糊判決的進行，主要是通過對模糊控制推理決策得到的模糊控制的分析完成，再將所輸出的模糊量轉化為精確化。

4 結語

綜上所述，鍋爐出口過熱蒸汽溫度，也就是主汽溫是火力發電廠熱工控制過程中，被控制的主要參數之一，也是整個工作過程中的最高溫度。而本文則在研究的過程中，以動態特性、模糊性神經網絡的智能決策為出發點，進行了相關的研究分析，論述了具體的PID控制，并提出了相應的帶指導信號控制的主汽溫調節器設計方法。

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