火电厂热工调试系统主汽温自动控制策略

火电厂热工调试系统主汽温自动控制策略
主汽温是火力发电机组的核心参数，主汽温超温容易造成金属温度超温，影响设备安全，主汽温过低时机组效率得不到保证，所以必须将主汽温严格控制在一定范围内。

主汽温控制由于受到的影响因素较多，如锅炉燃烧状况、汽机负荷、主蒸汽流量、给水流量等，往往会造成主汽温的大幅波动，特别是在机组RB等快速降负荷的情况下，主汽温往往难以控制，所以采用高精度的主汽温控制方法是火电机组稳定运行的关键步骤，针对火电机组主汽温控制策略。

一、热工调试系统现状及改进
目前，国内外研究热工调节过程均采用系统阶跃响应特性整定调节参数，由于现场生产过程的复杂性，通过阶跃响应整定参数具有一定的局限性。

直接在生产现场进行热工过程的调试，由于不能确保调试系统的正确性和稳定性，会威胁到火电机组的安全运行，且需要消耗大量的人力物力，经济性和安全性都不高。

所以造成了许多先进的控制方法和策略无法在现场应用，解决这一问题的关键是建立一个可靠和有效的热工调试平台，基于该平台台，建立了热工对象动态仿真数学模型来模拟生产现场调节对象的动态特性，虚拟DPU与对象仿真模型间利用OPC协议进行通讯，组成了一个完整控制的回路，包括了控制方法和控制对象，可以利用该热工调试系统进行各种控制方法的研究。

基于虚拟DPU热工控制试验的系统是由虚拟DPU和一个全范围仿真系统组成，能够完成热工控制系统的调试任务，但是由于各子系统间相互影响，在进行子系统控制调试时达不到很好的调试结果。

这一问题的改进方法是将控制对象从全范围仿真系统中抽取出来，将现场生产过程分为若干个相互独立的子系统并分别建立仿真数学模型，根据不同需要加载到系统中去。

火电厂过热汽温存在滞后和非线性等问题，Simth预估控制是针对大时滞问题提出的一种解决方法，但这种策略碰到时变性控制对象时，微小的模型误差将会导致控制系统不稳定。

为此，一种带滤波器的史密斯预估控制策略被提出来，它很好地解决了上述问题，但这种带滤波器的史密斯预估也只是适用于线性控制或者是非线性较弱的对象，从而存在很大的局限性。

为了解决上述问题，在此基础上加一个PI+CI复位补偿器能很好的弥补上述控制策略的不足。

建立了火电厂过热汽温动态模型，并实现了带PI+CI复位补偿器Simth预估控制的策略，在热工调试系统上建立主汽温控制回路，并对控制系统的特性进行了研究。

二、热工调试系统
1、热工控制调试系统结构
虚拟DPU完成控制组态建模、组态文件管理和组态文件执行；对象模型完成控制对象的建模，对象模型以模型文件的形式存储在磁盘中，不同的控制策略研究可以根据需要选用不同的对象模型和IO接口；OPC服务器完成虚拟DPU 与对象模型之间的数据通讯，虚拟DPU的控制指令通过OPC协议发送到对象模型，对象模型的数据反馈到虚拟DPU中。

图形软件完成系统相关数据、曲线和报表的显示，数据通过虚拟DPU读取。

控制算法接口用于研究人员自定义控制算法，通过动态库的形式供虚拟DPU调用。

数据存储将调试过程中的数据存储到磁盘，便于后期进行数据分析和数据处理。

2、热工控制调试系统主要特点
1）分别对每一个控制对象建立模型，避免了其他子系统的干扰；
2）利用虚拟DPU技术进行控制的组态、文件操作和在线调试；
3）利用控制算法接口程序引入自定义算法，为研究和开发先进控制策略提供了方法。

3、虚拟DPU技术
目前各DCS厂家均开发出虚拟DPU软件（VDPU），用于对真实DPU的功能仿真。

虚拟DPU是相对于真实DPU而言的，将真实DPU在非硬件环境中以应用程序的形式实现，虚拟DPU的本质就是以软件形式实现DPU的全部功能，包括逻辑运算功能和I/O通讯功能。

热控人员在虚拟DPU环境的操作与真实DPU 一致，可以实现控制逻辑组态、文件操作、在线调试和I/O通讯等功能。

虚拟DPU在时间响应特性上与真实DPU存在一定的差距，对于研究和调试控制组态，虚拟DPU完全能够满足需要，同时虚拟DPU以软件的形式实现，易于开发与其他软件之间接口程序，所以选取虚拟DPU作为热工调试系统的组态环境。

三、主汽温控制策略研究
1、蒸汽温度对象的模型建立和动态特性分析
在锅炉的运行过程之中，高压、高温的环境使得过热器的工作环境非常严酷，尤其在锅炉出口处的过热蒸汽溫度。

可见锅炉过热器直接影响电厂的安全运行。

过热器出口的蒸汽温度的影响因素有：燃烧工况、锅炉的给水温度、蒸汽流量、进入过热器的蒸汽量变化、流经过热器烟气的温度及速度，此外还有锅炉内壁污垢和燃烧器以哪种方式运行等，这些因素都会直接或者间接的对蒸汽温度造成影响。

2、主蒸汽温度控制结构
火电机组汽温控制一般采用多级系统，通过减温水来调节温度，各级控制采用相同的控制结构，经典的结构是串级控制，减温水阀后的温度是导前信号，主调节器的输出作为导前汽温的设定值，控制结构如图1所示。

这种经典的控制结构对于处于AGC（自动发电控制）状态的机组来说，控制效果很难满足要求。

因此，需要有效的控制策略才能达到指标。

本文采用预估控制结构，目的是减小纯迟延对系统的影响，使控制器能够提前动作，控制原理如图2。

从锅炉运行过程来看，影响汽温较大的主要扰动因素可以概括为蒸汽流量、受热面吸热量和入口汽温的扰动。

通常预估控制系统可以有效克服内扰，即入口温度的扰动，但蒸汽流量和受热面吸热量的扰动需要预估扰动量来克服，对于吹灰、制粉系统动作等扰动，也需要采取相应措施来提高控制品质。

结束语
热工调试工作关系到机组能否安全、稳定运行，关系到机组运行的经济性；只有在调试过程中认真调试、提高调试质量，才能保证机组达到良好的运行参数，为业主创造良好的经济效益。

参考文献
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