火电厂协调控制系统维护

火电厂协调控制系统维护

摘要：首先对火电厂的协调控制系统的要求及原理进行分析并研究传统上的协调控制方法；近年来，DEB法在世界大型的火电厂应用广泛。对比传统上的火电厂系统控制中的DEB法及IEB控制法与现代开发的PID系统控制法及模糊控制法，并解析他们的工作原理、特点及应用范围。展望现代协调控制系统的前景并提出对系统的维护方法及控制方案。

关键字：火电厂；协调控制系统；控制系统技术分析；

在火电厂中，各种系统控制的综合应用支持着整个火电厂，其中，反应电厂的综合管理能力的是电气系统以及热工系统的自动化水平能力，也保证着电厂用电系统的安全，对整个系统安全经济的运行有着重大意义。在火电厂协调控制系统中主要的两个控制目标为：确保整个控制系统的能量转换安全有效的进行；还要在转换过程中对每个单元环节的能量需求能够保持供应平衡。整个系统的协调控制能量转换是一个复杂度高对控制技术要求高的过程。在能量转换中有着较大的输出和输入，其间存在着一定的联系关系。目前的系统协调控制方式主要以炉根基为基础，有着负荷响应快的优点及气压波动大的缺点。

单元控制系统的一个主要任务就是消除操作系统间的耦合作用。整个系统中以锅炉中燃烧燃料的量以及开汽轮机阀门的大小为主要输入量。以系统实际发电的功率以及锅炉燃烧后的蒸汽量为主要输出消耗。是将输入量的热能转换为蒸汽的势能，再将势能通过汽轮机转换为输出量的机械能。因此，各个操作参数有一定的耦合作用。当参数调节稍微不适时再加上耦合系统间耦合的作用，就会有系统间震荡导致系统停止运行或出现事故。若为了防止事故而调节操作参数，则很有可能会使控制品质达不到要求。因此需要尽量消除系统间的耦合作用。

1 DCS系统概述

在计算机技术的高速发展的时代，DCS系统在火电厂系统控制中的可靠性与兼容性操作速度等性能均有所提高。也得到越来越广泛的应用。过程控制单元是DCS工作必不可少的部分，除此之外还有人力与设备机的接触部分。再通过网络使两部分连接成一体，进而得到ＤＣＳ的共享数据。其中冗余的控制器及电源、输入或输出的操作模件构成了过程控制单元，操作时要把这些结构设备分别组装在机箱内，从而一同完成ＤＣＳ数据的采集、设计逻辑的控制以及操作过程的调节控制等功能。近年来，经过不断的改革创新DCS日近完善，国内大部分电厂中的大型燃料输送机均用DCS控制完成，而且设备操作控制的性能比较好，实现自动化程度比较高，有较大的调试范围与良好的响应性能。一般的DCS系统控制的大型操作电

厂需在使用前进行改造。大部分的前期投入生产的设备已有了良好的改造并投入使用。现在也有很多将要投入生产中的设备与锅炉汽轮机等设备同时进行改造。经实验发现，改造后的DCS控制系统设备调节适应能力强，经济效益良好，且易于实现自动化，性能有了很大的提高。近期，电厂中的电气控制也越来越多的投入DCS控制系统。应用越来越广泛。DCS的性能也越来越优越。

2 锅炉汽轮机协调控制系统

随着我国科技技的发展，火电厂的控制协调系统有着明显的进步。自动化技术的大量投入大大提高了控制系统的操作。汽包炉和直流炉机组的控制是火电厂的主要两种模型，由于汽轮机与锅炉对系统负荷有着完全不同的控制特性，尤其在对压力与热负荷上的承受能力不同。因此可利用其特点通过汽轮机和锅炉整体的调节对整个系统进行控制，汽轮机是通过其阀门开度的大小以致对系统有着控制压力以及热负荷的调节能力，调节快速、方便且容易控制。而锅炉则通过在其内部燃烧燃料来产生能量而使水变为水蒸气，其间的操作过程与磨煤机的工作效率、给煤机以及风机的运行过程有着很大关系，但锅炉对蒸气压力以及热负荷的调节很慢。协调控制系统的目的就是以良好的控制方法，快速的控制效率及正确的控制方案来控制锅炉-汽轮机已达到整体的统一控制。使锅炉-汽轮机对整体系统中的压力及负荷有快速的响应和较强的稳定性。

协调控制系统在实际操作中一般有两种常用控制方式，一种是炉跟机类控制系统，另一种为机跟炉类控制系统。前者控制的基础主要是以锅炉重点控制蒸气压力而汽轮机重点控制操作输出功率，后者控制的基础主要是以锅炉重点控制操作输出功率而汽轮机重点控制蒸气压力。炉跟机类操作控制要比机跟炉类系统操作控制的响应快速。

3 传统协调控制的两种方法

通过这些目的要求传统的协调控制方法按照能量平衡的特点分为两类：直接能量平衡通常简称DEB法；一种为间接能量平衡又叫IEB控制法。其有着多年应用经验，在不断的改革创新中至今仍被利用。

3.1间接能量平衡IEB控制法

间接能量平衡法通常选用蒸汽压力为锅炉的输入能量与系统输出能量为特征参数。通过调节这个参数来维持整个系统的协调控制。当锅炉输入的供应量与电厂消耗的需求量不平衡时，蒸汽压力参数会出现非正常值而与正常值出现偏差。此时，需要调节设备功能使压力参数恢复正常从而需求平衡恢复正常。如调节锅炉供应量或调节汽轮机的负荷来改变其需求

量。但是，当发现压力常数偏差再去调节设备时由于设备需要一定的适应时间，所以通常会来不及使其平衡而发生事故。因此，需要一个预测系统来进行事前提醒。通常叫做前馈法。系统会事先留出一定的控制量来适应环境的调适。

3.2直接能量平衡DEB法

直接能量平衡系统控制法早在八十年代中期得以应用，是以炉跟机为基础的协调控制方法，其通过信号对汽轮机与锅炉间的需求能量直接控制协调。这种控制方法，是一种在多种突发情况下都能满足供求平衡的万能方法。经过多年的改革优化使直接能量控制系统日趋完善。这种控制系统的方法主要通过控制在动态前的回馈信息以及操作控制的指令的形式来调节控制锅炉燃料的燃烧量。直接能量平衡控制法中的P1/PT代表了汽轮机阀门开度的大小，在额定参数标准情况下，汽轮机阀门开度的大小变化不仅表示汽轮机蒸气进汽量的大小变化，同时也反应了汽轮机的能量需求对锅炉能量的供求的变化。而机前压力Ps的大小变化，则表示锅炉的控制参数对其输入的能量大小的需求的变化。这种直接能量平衡控制法有两个突出优点。其一，具有与炉根基形同的控制机理由汽轮机的能量需求直接对锅炉机供应能量进行控制。效果好。其二，根据汽轮机的需求能量的平衡信号确定锅炉的供求量使其保持平衡。通常直接能量平衡控制系统主要采用热量信号（P1 dPd/dt）作为燃料消耗控制的反馈信号。但是直接能量平衡控制不能满足系统中所有的缺陷，使其在大范围的波动中仍无法实现完全控制。

3.3智能控制系统

随着科技的研发，智能理论控制在国内外引起广泛的应用实践。科学家们采用模型发法进行分段、改变参数控制方法进行试验，利用PD控制实现指令信号。主蒸汽压力控制器来实现积分部分试验控制。各种综合控制法大大提高系统操作的效率和质量。使协调控制系统对外界的响应更加敏感，使主气压的超调得到有效效控制，使蒸汽压力得到良好改善。近年来对智能控制系统的研究使其更广泛更有效的应用在实践操作中。

3.4模糊控制

模糊控制是一种很难用数学模型表达的控制方法，他是靠经验者们积攒的经验来控制协调系统。在实际操作中得到了良好的效果。目前，火电厂的协调控制系统越来越多样化，控制对象越来越复杂化，这使操作目的不仅限于消除耦合，还有更多的参数变性以及非线性的特征。不仅如此，更多的对象特征的信息量也在逐渐减少。用数学或物理普通方法是无法表达出理论联系的，此时，依靠经验得出的模糊控制就起着重大的作用。

与普通控制方法相比，模糊控制有一定的优点：基于经验控制的模糊控制方法无需构造