火力发电厂热工系统控制性能评价方法的分析

火力发电厂热工系统控制性能评价方法的分析

摘要：随着社会经济的进步与科学技术的革新，我国电力行业近些年来取得了阶段性的进步，在火力发电厂中热工控制系统发挥着重要的作用。基于此，本文以火力发电厂热工系统控制性能作为研究对象，通过对火力发电厂热工系统控制性能软件的开发了解，分别从单回路控制系统的最小方差性能评价、过热蒸汽温度系统控制性能评价、基于PID控制器最小方差的控制性能评价等方法详细阐述火力发电厂热工系统控制性能评价方法。

关键词：火力发电厂；热工系统控制；评价方法

引言

火力发电厂中，热工控制系统是发电厂重要的组成部分，随着社会经济的发展和技术水平的进步，热工控制系统的自动化水平越来越高，在火力发电厂中该系统内部存在大量控制回路，该系统的使用对火力发电厂的发电起到了安全性的推动作用，同时也具有一定的经济效益，因此火力发电厂热工系统控制性能的评价方法可以预估整个系统的性能，有利于保证火力发电厂处于良好而稳定的运行状态。

1.火力发电厂热工系统控制性能评价软件的开发

Aspen Watch、ProcessDoc等软件是当前较为常见的热工系统控制性能评价软件，并广泛应用在火力发电厂中，从我国火力发电厂的实际情况进行考虑，软件评价的结果和等级都会是优、良、中和差，软件中能够提供的数据以及报表都必须有良好的界面显示工程，所有的数据都可以进行存储，并实现实时共享，想要对数据进行分析可以利用该热工系统控制器，使用中需要找出存在的缺陷，定期对系统进行评价，查找相关历史信息，根据不同历史信息参数的变化进行总结，掌握不同时期和不同条件下火力发电厂热工控制系统的影响情况，并为工作人员提供报告，及时将火力发电厂所有的有效信息提供给工作人员，这边是该系统软件的功能所在。

自从二十世纪九十年代以来，SIS系统成为一项新的技术被人们熟知，该系统也叫发电厂厂级监控信息系统，可以对火力发电厂的生产过程进行全面的检测和实时的数据分析，整个火力发电厂生产过程都能得到有效的控制，保证生产质量的同时可以提高生产效率。SIS系统中分为显示层、应用层和接口层，其中显示层有软件客户端，可能是一个客户端机器，也可能是多个客户端机器，显示层有防火墙的保护；应用层中有应用服务器，也就是软件服务器，哈有数据库服务器和相关外接设备；接口层有多个结构机，三层之间构成了SIS系统的网络架构，在火力发电厂中发挥着巨大的作用[1]。

2.火力发电厂热工系统控制性能评价方法

2.1单回路控制系统的最小方差性能评价方法

火力发电厂中，利用最小方差控制器的性能，并将其作为基准评价，将反馈成功分离的同时却不用便利，系统的输出得以展开，单回路控制系统图中有滞后时间数据参数，与去掉滞后环节的对象传递函数参数，有干扰传递函数参数，有零均值白噪声参数，也有调节器函数参数，经过计算后得到以下最小方差的控制规律：调节器的传递函数=剩余的有理、正则函数/F×去掉滞后环节的对象传递函数，经过分析得知，F和调节器的传递函数没有联系，所以最小方差控制条件下的输出就是稳定中输出的反馈控制不变量。

单回路控制系统的最小方差性能评价方法的主要评价步骤如下：首先预估出

控制的滞后时间d，仿真测试的时候在仿真模型中将滞后时间去4值，即d=4；

闭环控制回路中，建立起一个数学模型，该数学模型可以进行时间序列的分析，

经过分析后建立起ARMAX模型；预估出整个控制过程中的最小方差；根据预估

的最小方差结果，将所有的输出数据利用计算机软件得到实际方差，将数值进行

比较，最终获得该火力发电厂热工系统控制性能评价指标[2]。

2.2过热蒸汽温度系统控制性能评价方法

火力发电厂中关于热控系统的控制，过热蒸汽温度指的是电厂发电水的最高

温度，该系统主要是为了将过热蒸汽的温度保持在稳定的值，将温度合理控制在

给定值中，确保过热器的温度不会超过给定值温度，如果温度过高，过热器和蒸

汽管的高压部门很容易受到损坏，严重的情况下还会造成火力发电厂的生产事故，影响过热器中相关金属材料的使用寿命；相反，如果过热蒸汽的温度过于低，火

电厂的热效率就会被降低，同时汽轮机轴向的推力加大，很容易导致推力轴承出

现过载的情况，严重的情况下还会导致汽轮机末端蒸汽的湿度大大增加，降低设

备的效率，叶片被腐蚀，汽轮机无法达到安全运行的效果。由此可见，过热蒸汽

温度控制系统中，如果温度变化过大，管材部件会出现疲劳的状况，汽轮机转子

和胀差发生变化，有的时候会发生剧烈的震动，对整个机组的安全造成威胁。

当前火力发电厂中，针对过热蒸汽温度控制系统，一般采用的是喷水方式将

蒸汽的温度进行合理的控制，将蒸汽的温度控制在不高也不低的状态即可，喷水

量产生变化的时候可以利用串联单容对象进行温度改变，但是这种情况下蒸汽温

度的变化不会立即产生，而是需要一段时间的延迟，根据对参数的分析，建议让

减温器里过热器出口较近，从而缩短延迟的时间。

2.3基于PID控制器最小方差的控制性能评价方法

火力发电厂热工系统控制评价方法中，除了有单回路控制系统的最小方差性

能评价方法和过热蒸汽温度系统控制性能评价方法以外，较为常见的还有PID控

制器最小方差的控制性能评价方法，该方法在实际运行中主要会涉及到控制器的

类型以及评价的基准，虽然实际控制评价中最小方差可以成为性能指标，并有着

属于自己的优势，但是最小方差指的是在最小方差控制器作用下的闭环形态输出

方差。当前我国工业生产中已经开始使用自动化机械设备，自动化设备中已经有

了大批先进的控制器，有专家控制器，也有预测控制器，经过工业上的实践，如

果将评价基准用输出的最小方差会有一定弊端，最小方差也不是完全适用于所有

类型控制器。

火力发电厂中基于PID控制器最小方差的控制性能评价方法，使用的是PID

控制器，该控制器是较早发展起来的，算法比较简单，结构可靠，当前火力发电

工业生产中仍旧被广泛应用，因此，在使用PID控制器最小方差进行控制的时候，以下几点需要注意：首先，PID控制器的所有参数及时收集并整理，串级回路中

主控制器和副控制器的参数要保证相互完成匹配，从而最大能力上提高PID控制

系统的性能；其次，PID控制器的执行机构必须保证平稳运行，阀门不要出现静

摩擦现象；最后，PID控制器不允许出现饱和故障，传感器必须保持正常工作，

不能在实际应用中出现事故。当前我国火力发电厂中使用PID控制器主要用的是

常规条件下的控制策略，评价指标中得到的评价结果会更加科学合理，减少工作

人员的负担，帮助运行人员可以进行维护控制回路的监视工作，从而科学的改善

控制回路的运行状态，提高整体的系统运行效率。

总结

总而言之，当前社会发展中火力发电厂成为主要的发电生产方式之一，面对