江清凌

（華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450000）

火力發(fā)電機(jī)組鍋爐控制技術(shù)的新進(jìn)展

江清凌

（華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450000）

近年來，國家經(jīng)濟(jì)和科技不斷發(fā)展，國內(nèi)外的火力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)也得到了顯著提高。研究表明現(xiàn)階段火力發(fā)電組鍋爐控制技術(shù)存在著慣性大、不確定性等因素，使得傳統(tǒng)的控制方法不能夠完整的對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確的控制和解析。本文從非線性角度介紹了一些不依賴于鍋爐模型的新的控制技術(shù)，能夠很好的控制鍋爐，有利于從整體上提高鍋爐機(jī)組的性能，具有很大的研究意義。

火力發(fā)電 鍋爐 控制技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷提高，在火力發(fā)電系統(tǒng)中引入了計算機(jī)技術(shù)，從而為火力系統(tǒng)的控制提供了更加復(fù)雜的控制策略。隨著發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型趨于精確化，由于鍋爐系統(tǒng)零部件具有非線性、不確定性、慣性大等問題，使得傳統(tǒng)的控制技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行精確的控制。自20世界90年代以來，各國廣泛的開發(fā)新技術(shù)，研究新的控制方法。特別是模糊控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)控制、預(yù)測控制等技術(shù)的研究最為廣泛，逐漸成為了各國研究火力發(fā)電機(jī)組鍋爐控制技術(shù)的熱點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)控制技術(shù)的局限性

現(xiàn)階段火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐控制技術(shù)是由PI算法的多個單輸入和單輸出的反饋回路構(gòu)成，在預(yù)定的負(fù)荷工作點(diǎn)整定控制器的參數(shù)并將其固定。由于現(xiàn)在的電網(wǎng)負(fù)荷需求的波峰和波谷差很大，難以避免的使用容量較大的機(jī)組參與調(diào)峰。為了能夠高效的參與負(fù)荷的調(diào)度，火力火電機(jī)組的控制必須在調(diào)度周期內(nèi)適應(yīng)負(fù)荷變動和隨機(jī)波動。隨著工作點(diǎn)的不斷變化，在負(fù)荷調(diào)度中，傳統(tǒng)的控制技術(shù)中的零件的非線性降低了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行性能。鍋爐機(jī)組是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，各個通道之間都存在著耦合和慣性滯后，這些原因?qū)е铝丝刂评щy。另外，發(fā)電機(jī)組正在朝著大容量、高參數(shù)等方向發(fā)展，鍋爐運(yùn)行的安全性對火力發(fā)電機(jī)組的過熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度的控制性能提出了更高的要求。因此，傳統(tǒng)的火力發(fā)電機(jī)組鍋爐控制技術(shù)不能夠滿足鍋爐的運(yùn)行安全性指標(biāo)，也不能夠解決零件非線性等不利因素造成的影響，為此人們研究了各種各樣的新的控制策略來解決控制中出現(xiàn)的問題［1］。

2 研究新技術(shù)的意義

火力發(fā)電機(jī)組傳統(tǒng)的控制方法具有單一性，輸入和輸出都不能滿足當(dāng)前鍋爐控制的新要求，通過研究新技術(shù)能夠更好的服務(wù)于鍋爐控制行業(yè)，此外由于控制技術(shù)是一種綜合性技術(shù)，研發(fā)出新的鍋爐技術(shù)，能夠帶動其它相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，從而從根本上能夠促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高社會生產(chǎn)力水平。

3 鍋爐的新技術(shù)

3.1 自適應(yīng)性控制

自適應(yīng)性顧名思義是指實(shí)時跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并且不斷的變更各個控制器的參數(shù)，能夠解決動態(tài)特性變化的過程控制問題。當(dāng)機(jī)組在電網(wǎng)負(fù)荷在大范圍變動條件下運(yùn)行時，自適應(yīng)性為多輸入和多輸出的非線性火力發(fā)電機(jī)組。這樣能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)組提供高效的控制策略。

通過自適應(yīng)性控制解決煤炭的性質(zhì)、管束老化等問題對鍋爐蒸汽溫度動態(tài)特性的影響問題，運(yùn)行結(jié)果表明自適應(yīng)性控制比傳統(tǒng)的單輸入、單輸出控制要有明顯的高效性。另外，美國弗吉尼亞工學(xué)院的研究人員設(shè)計的自適應(yīng)性控制器，能夠控制鍋爐的汽包水位，研究仿真結(jié)果表明，控制性能明顯的高于傳統(tǒng)的PI單輸入和單輸出控制。通過這些研究實(shí)例也可以得出自適應(yīng)性控制能夠較好的解決非線性問題，效果比傳統(tǒng)的控制技術(shù)優(yōu)越［2］。

3.2 神經(jīng)控制

神經(jīng)控制是通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的技術(shù)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性映射能力和函數(shù)逼近能力，因此這種控制能夠?qū)﹀仩t中的非線性建模和控制提供良好的控制工具。希臘國立工業(yè)大學(xué)等人提出的汽包鍋爐控制方案，能夠通過誤差反向傳播算法對鍋爐動態(tài)特性進(jìn)行逆向研究，建立逆向的神經(jīng)動態(tài)控制器，，通過對汽包鍋爐壓力控制進(jìn)行仿真表明，這種控制器的響應(yīng)時間要明顯比傳統(tǒng)的控制技術(shù)短。德國工業(yè)大學(xué)的相關(guān)研究人員采用將復(fù)雜系統(tǒng)分解的方法，采用多智能體系統(tǒng)來控制鍋爐的燃燒過程。研究實(shí)例表明，通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自學(xué)習(xí)的能力，能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)中的動態(tài)信息，補(bǔ)償對象的非線性，克服不確定性的影響，能夠?qū)⑾到y(tǒng)進(jìn)行線性耦合［3］。

3.3 預(yù)測控制

在熱工程控制中，普遍存在著系統(tǒng)的慣性較大，滯后性較大，以及非線性等因素導(dǎo)致難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，這樣傳統(tǒng)的控制技術(shù)難以解決非精確模型的控制，導(dǎo)致控制出現(xiàn)偏差。而預(yù)測控制對模型的精度沒有很高的要求，魯棒特性較好，能夠很好的解決這些問題，因此預(yù)測控制在熱工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。通過預(yù)測控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對200MW汽包鍋爐過熱蒸汽壓力的自調(diào)整控制，研究的仿真結(jié)果表明：在大范圍運(yùn)行條件下，預(yù)測控制能夠明顯的提高控制性能。英國的貝爾法斯特大學(xué)的研究人員基于廣義的預(yù)測控制設(shè)計變量大的預(yù)測控制器，對運(yùn)行范圍內(nèi)負(fù)荷速率變動較大時主蒸汽壓力和溫度進(jìn)行仿真，結(jié)果表明：此類控制器的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)單輸入和單輸出控制器性能。

3.4 模糊控制

所謂模糊控制是指將工作人員的操作經(jīng)驗(yàn)和操作過程應(yīng)用語言變量總結(jié)為若干條件語句，建立模糊關(guān)系，并且建立模糊的邏輯推理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜控制對象的控制。應(yīng)用模糊控制技術(shù)來控制電站鍋爐，不僅在仿真研究上取得了一定成果，在工程實(shí)踐中也取得了長足的進(jìn)展。相關(guān)的仿真研究有美國俄亥俄大學(xué)的研究人員設(shè)計應(yīng)用在流水量控制的模糊控制器。澳大利亞新南威爾士大學(xué)的科學(xué)家，通過對不同負(fù)荷運(yùn)行條件設(shè)計的局部線性控制規(guī)律進(jìn)行線性組合，構(gòu)造控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全局控制，實(shí)現(xiàn)對汽包水位的調(diào)節(jié)［4］。

4 結(jié)語

隨著改革開放的不斷深入，我國的火力發(fā)電機(jī)組鍋爐控制技術(shù)也得到了顯著提高，使得我國鍋爐行業(yè)的應(yīng)用從整體上得到了應(yīng)用。但鍋爐零件也不免存在著一些滯后性大、非線性、慣性大、不確定性等不利因素，導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)精確模型的良好控制。本文介紹了一些不依賴于鍋爐模型的新的控制技術(shù)：自適應(yīng)控制、神經(jīng)控制、預(yù)測控制、模糊控制，使得鍋爐控制朝向智能化方向發(fā)展。通過對鍋爐控制技術(shù)的非線性研究，能夠?yàn)樘岣呋鹆Πl(fā)電機(jī)組鍋爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性提供一種新的研究思路。

［1］韓忠旭，張智.狀態(tài)觀測器及狀態(tài)反饋控制在亞臨界鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，1999，19（11）：76-80.［2］范伊波，巨林倉，胡勇，等.基于自適應(yīng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的過熱氣溫智能控制［J］.動力工程，1998，18（2）：7-10.

［3］于達(dá)仁，徐志強(qiáng)，郭洪波，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦線性化方法的鍋爐主氣壓力控制［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2002，22（5）：143-147.

［4］劉禾，徐育新，侯國蓮，等.鍋爐過熱汽溫的預(yù)測智能控制［J］.熱能動力工程，1999，14（4）：281—283.

江清凌（1995.2-），女，華北水利水電大學(xué)，本科，研究方向熱能與動力工程。