火電廠熱工自動化智能控制

　　現(xiàn)代火電機組單元容量和參數(shù)的提高及系統(tǒng)本體特性的復(fù)雜化，對火電廠熱工自動化提出了更高的要求。本文對智能控制在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用進行了分析和探討。

　　《國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報》(雙月刊)曾用刊名：山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報，1998年創(chuàng)刊，創(chuàng)刊以來秉承辦刊宗旨，以刊載本校及全國高等職業(yè)院校電力研究及技術(shù)內(nèi)容和教學(xué)及企業(yè)管理論文，向本校及相關(guān)院校教師、企業(yè)相關(guān)工程技術(shù)人員服務(wù)。本刊欄目豐富，印制精美，在電力高校和電力企業(yè)內(nèi)有較廣泛的影響力。

　　火電機組的主要熱工自動控制系統(tǒng)包括制粉系統(tǒng)控制、鍋爐汽包水位控制、爐膛燃燒控制、主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度控制、汽機控制及協(xié)調(diào)控制等三十多個控制回路，它們共同完成火電機組轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、水位及流量的控制任務(wù)。當(dāng)使用傳統(tǒng)方法來對火電廠熱工自動化進行控制時，首先需要求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后設(shè)計出固定模型的控制器，由于控制器的算法無法改變，故而很難滿足現(xiàn)代火電廠熱工自動化控制的要求。在這種背景下，在火電廠熱工自動化中應(yīng)用智能控制來彌補傳統(tǒng)控制方法的不足就顯得迫在眉睫了。

　　1智能控制概述

　　在現(xiàn)代工程中，具備系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、大遲延、非線性及強耦合等特點的系統(tǒng)對控制要求較高，采用傳統(tǒng)控制理論和方法難以滿足實際需求，這就使得智能控制應(yīng)運而生。1985年9月智能控制專題研討會的召開，意味著智能控制正式被業(yè)界廣泛認可，人們普遍認為智能控制的實質(zhì)就是將有具體固定數(shù)學(xué)模式的控制算法轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芩惴ā＝?jīng)濟核心期刊現(xiàn)階段主要的4種智能算法如表1所示。根據(jù)上述4種智能算法，相應(yīng)產(chǎn)生了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、群體智能控制及專家控制等4種智能控制方法，在高度不確定和高度復(fù)雜的控制系統(tǒng)應(yīng)用中取得了良好效果。

　　2智能控制在火電廠熱工自動化中的具體應(yīng)用

　　2.1鍋爐燃燒過程的智能控制

　　從現(xiàn)階段鍋爐燃燒過程的控制來看，大體可以包含如下三類方法：第一類是通過實時分析鍋爐燃燒參數(shù)，然后由經(jīng)驗豐富的鍋爐管理員來對鍋爐燃燒情況進行及時調(diào)整;第二類是通過構(gòu)建鍋爐實時監(jiān)控系統(tǒng)，采用機械化方式來對鍋爐燃燒參數(shù)進行實時采集和分析，然后為進一步采取鍋爐燃燒調(diào)整策略提供數(shù)據(jù)支撐;第三類是通過智能算法來對鍋爐燃燒參數(shù)進行智能分析，然后根據(jù)實際情況對鍋爐燃燒過程進行精細化控制。上述三類方法是在不同技術(shù)條件下產(chǎn)生的，而鍋爐燃燒過程的智能控制無論是在降低污染排放和鍋爐管理員勞動強度，還是在提高火電廠鍋爐運行效率和綜合經(jīng)濟效益等方面，都具有顯著優(yōu)勢。在鍋爐燃燒過程的智能控制方面，實際運用中的一大熱點就是將智能控制嵌入到傳統(tǒng)控制方法中，例如將傳統(tǒng)PID控制與通過專家知識總結(jié)的模糊控制相結(jié)合，通過專家知識在實際運行中直接作用于PID參數(shù)的調(diào)節(jié)，來構(gòu)成專家知識自適應(yīng)PID控制器。此種方法將眾多專家豐富的經(jīng)驗和知識直接作用于鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，因此更能反映出實際工況的工作需求，在未來將有較大的應(yīng)用前景。

　　2.2鍋爐過熱汽溫的智能控制

　　受到過量空氣系數(shù)、鍋爐負荷變化、燃燒種類、受熱面污染情況及燃燒量的變化等多種因素的影響，鍋爐過熱汽溫具有非線性、時變等特性，導(dǎo)致其自動控制難度較大。隨著火電廠鍋爐機組朝大容量和高參數(shù)的方向不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的過熱汽溫控制(如采用導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)、串級過熱汽溫控制系統(tǒng)等)效果愈發(fā)不理想，為此人們考慮將智能控制引入到汽溫控制系統(tǒng)中來，從而提高過熱蒸汽控制系統(tǒng)的品質(zhì)。鍋爐過熱汽溫智能控制的兩種典型方法如表2所示。

　　2.3鍋爐給水全程的智能控制

　　此外，由于鍋爐汽包水位對于蒸汽流量和給水流量的擾動具有較大的慣性和時滯，因此熱工人員根據(jù)工作經(jīng)驗來對控制器參數(shù)進行調(diào)整時具有較大的盲目性，很難使控制器參數(shù)的整定值保持在最佳狀態(tài)，為此研究者將目光投向了鍋爐給水全程的智能控制。例如有研究者利用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一種模糊自適應(yīng)PID控制器，在鍋爐給水全程的控制中，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力來在線提取和優(yōu)化模糊控制規(guī)則，優(yōu)化控制器隸屬度函數(shù)，采用模糊推理的方法來實現(xiàn)PID參數(shù)Ki、Kp和Kd的在線自整定，從而在極大簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，切實提高了鍋爐給水控制系統(tǒng)的可靠性。

　　3結(jié)語

　　從上文的分析可知，現(xiàn)階段智能控制在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用已經(jīng)取得較大進展和較多研究成果，集中體現(xiàn)在鍋爐燃燒過程的智能控制、鍋爐過熱汽溫的智能控制、鍋爐給水全程的智能控制等方面，對于確保火電機組和系統(tǒng)的平穩(wěn)、經(jīng)濟運行至關(guān)重要。當(dāng)然，隨著智能算法和智能控制方法的不斷延伸和發(fā)展，筆者相信未來智能控制在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用將日益增多(例如中儲式制粉系統(tǒng)的智能控制)。