试析火电厂锅炉主汽温度控制策略

试析火电厂锅炉主汽温度控制策略
摘要：火电厂锅炉主汽温控制的大延时和大惯性特性使其一直以来都成为火电厂自动控制的难点。

本文综述了引起锅炉主汽温度变化的因素、控制的必要性、并且总结了国内主汽温度控制的几种方法及其优点。

关键词：火电厂锅炉主汽温度控制
一、火电厂锅炉主汽温度控制的必要性及影响因素
火电厂锅炉是火电厂非常重要的设备，其中主蒸汽温度是其最主要的输出变量之一。

主汽温度自动调节的主要任务是保证过热器出口的汽温在允许范围内，以确保机组运行的安全性和经济性。

如果该温度过高，会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料的蠕变速度加快，降低使用寿命。

若长期超温，则会导致过热器爆管，在汽机侧还会导致汽轮机的汽缸、汽阀、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件的寿命缩短，甚至损坏；假如该汽温过低，会降低机组的循环热效率，同时会使通过汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损；当汽温变化过大时，将导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳，还将引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组的安全，所以有效精准的控制策略是十分必要的。

运行中引起汽温变化的主要因素是主蒸汽流量、烟气量和减温水流量。

影响因素众多，加上汽温控制的质量要求却非常严格，一般要求主汽温度稳定在±5℃的范围内，加上汽温对象的复杂性，致使主汽温的控制相对比较困难。

针对火电厂锅炉这个复杂的控制对象，人们不断地探索更为有效和精确的控制手段：经典控制理论、现代控制理论以及智能控制方法。

下面对相关控制方法的控制思想、控制方法作简要的介绍。

二、火电厂锅炉主汽温度控制的几种方法
（一）基于经典控制理论的主汽温度控制方法
PID控制器结构简单，能满足大量工业过程的要求，特别是PID控制的强鲁棒性使之能较好地适应过程工况的较大范围变动。

所以，PID控制至今仍然是应用最广泛的控制规律。

但是对于一些复杂过程，尤其是大时滞和大惯性系统，常规的PID参数不能实现实时在线调整，且难以取得更好的控制效果。

所以，采用常规PID控制方法很难获得令人满意的控制性能。

基于以上常规PID控制的缺点，出现了一系列的改进方法。

近年来，将智能控制算法应用于各种复杂过程控制中引起了人们的广泛关注。

模糊自整定PID参数控制系统能在控制过程中对不确定的条件、参数、延迟和干扰等因素进行检测分析，采用模糊推理的方法实现PID参数的在线自调整，不仅保持了PID控制系统原理简单、使用方便、
鲁棒性较强等优点，而且具有更大的灵活性、适用性、控制精度更好，是目前较为先进的一种控制系统。

（二）基于现代控制理论的主汽温度控制方法
现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性、稳定性及许多复杂系统的控制问题，它们在控制品质上可以达到较为理想的效果，但是在工程实现方面却面临着一些难以解决的问题，因此目前工程应用仍然不是很多。

到目前为止，存在以下几种基于现代控制理论的主汽温度控制方法：
1.自适应控制
无模型自适应控制（MFAC）有良好的参数适应性，它对非线性、大迟滞对象有很好的控制，因此主回路采用MFAC控制器，以克服对象的大迟延、大惯性和模型的不确定性。

2.预测控制
基于动态矩阵控制（DMC）预测的对模型无先验知识的要求的特点，能实现对系统的优化控制，能直接处理带有纯滞后的对象，对大惯性有较强的适应能力，从而有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性。

3.状态变量控制
状态变量控制采用的是状态空间法来分析系统，这是一种有效的动态特性补偿技术。

在保持控制系统稳定性的前提下，该方法可以加快喷水调节阀的动作速度，有效减少汽温的最大动态偏差，对过热汽温这类有较大容积延迟的控制对象特别适用。

（三）智能控制
智能控制是是传统控制发展形成的控制方式，主要用来处理传统方法无法解决的控制对象参数在大范围变化的问题。

可分为以下几种方式：
1.模糊控制
混合型模糊PID系统将串级控制与模糊控制的优点有机地组合起来，综合了串级控制调节精度高、模糊控制响应速度快、抗干扰性强、鲁棒性好的特点，在蒸汽温度系统中能解决系统小的超调量与系统快速性间的矛盾。

2.专家控制
专家系统应用人工智能技术，根据知识和经验进行推理和判断。

主汽温度控制中种将专家控制和PID控制相结合，利用专家系统设计PID参数。

这种改进
的控制方法的性能优于常规的PID控制方法，能适应对象参数的变化并表现出良好的控制品质，具有较强的鲁棒性和自适应能力。

3、人工神经网络
为提高PID控制器的自适应性，将人工神经网络与PID相结合，形成了具有自适应能力的单神经元PID控制器。

这种控制器用于超临界机组过热汽温的控制，既保持了常规串级PID控制的优点，又有自学习智能特性，具有良好的控制品质和较强的自适应能力。

三、结论
本文总结了火电厂锅炉主汽温度控制的必要性、影响因素以及一些控制方。

就目前的发展情况来看，常规的PID控制的控制方法虽然有一些缺点，控制质量不高，但是它仍是主汽温度控制的主要方法，近些年发展起来的多种方法都是基于传统的PID控制方法改进而来的。

通过现代化控制方法与传统控制方法的结合，达到了取长补短的效果。

但是这些控制方法理论上效果好，不过由于工程实际操作的原因，并没有得到广泛的应用。

所以，未来将这些研究成果推广到实际应用阶段是我们的努力方向。

参考文献：
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