前馈控制在电厂的实践与应用

【摘 要】本文介绍了前馈控制的原理，指出了前馈控制与反馈控制之间的差别，并探讨了静态前馈和动态前馈在实际工程中的应用。

【关键词】前馈控制；反馈控制；控制回路；静态前馈；动态前馈

1.系统介绍

1.1概述

福建大唐国际宁德发电厂一期工程为两台600MW超临界参数燃煤发电机组，在典型控制回路中采用了静态前馈和动态前馈技术。一些过程控制中，在静态前馈控制进行“粗调”的基础上，反馈控制只是对偏差稍加校正，进行“细调”就可以达到控制目标。在大迟延、大滞后过程控制中，根据扰动因素，加入动态前馈，既克服了反馈控制需待偏差产生之后才发出控制作用以至于不及时或者过调的缺点，又保证了控制效果，使控制质量大大提高。

1.2前馈控制原理

前馈控制以不变性原理为理论基础，其是预先测出影响过程的主要扰动因素，再根据对象的物质平衡条件，计算出适应扰动的调节量然后进行控制，即扰动一出现，就立即进行校正并被抵消掉，其能够很好地解决复杂难控过程。另外，前馈控制可分为静态和动态两类。

1.3前馈控制与反馈控制的差别与联系

前馈控制是开环控制，其效果不通过前馈来加以检验；而反馈控制是闭环控制，其需要通过反馈来加以检验。前馈控制力求控制的准确性，要达到高度的静态准确性，这在实际过程控制中是难以做到的。实际中，如果通过构建前馈-反馈控制系统，能很好地解决扰动补偿和扰动引起被调量变化时的反馈检验，控制效果就更为理想。

2.静态前馈在几个典型控制回路中的应用

静态前馈控制的最高境界就是达到精确控制，反馈调节只是辅助手段，但是这在实际过程控制中扰动因素往往很多，我们最多就一两个主要扰动进行前馈控制，这当然不能补偿其他扰动引起的被调量的变化，因此，静态前馈控制就不能达到精确控制。我们可以运用前馈-反馈控制系统来控制生产过程，前馈控制可以较为准确的粗调，反馈来细调，能够起到很好的控制效果。

2.1送风控制回路

为了使锅炉适应负荷的变化，必须同时改变送风量和燃料量。送风控制系统的最终任务是达到最高的锅炉热效率。本厂由于设计上的原因，采用送风机动叶控制热二次风母管风箱压力，燃烧器二次风门控制每层燃烧器的二次风流量。这样设计有一个优点，就是单台给煤机的煤量发生变化时，所需的二次风量就相应改变，对应的该层二次风调门动作，同时氧量对其进行修正。由于该层的二次风流量发生变化，二次风箱母管压力就相应改变，送风机动叶就动作，维持二次风箱压力在设定值附近。

锅炉负荷对所需风量的扰动最大，为了能满足完全燃烧所需的空气量，所以采取负荷作为送风机控制的前馈。

存在的问题：由于PID输出范围设置不合适，导致设定值与反馈值偏差较大，送风自动出现较大问题。2008年11月21日，3号炉送风机调节调节出现较大偏差，机组负荷471MW，设定值为1.06Kpa，反馈值为1.84Kpa，偏差为0.78Kpa。出现这么大的偏差是因为，PID输出范围为0―100，它的下限设的太高，偏差出现时，PID输出往下走，到零时，尽管偏差越来越大，但是下限被限死了，以至于不能调节，这时只是前馈在起作用，直接在送风机的输出。

处理方法：把PID输出范围为0―100更改为-10―100，之后就调节正常了。

2.2负压控制回路

负压系统通过控制烟道引风机静叶开度调节引风量和炉膛负压，同时可将送风量作为前馈，即送风量改变的同时引风量也发生变化，以此可控制炉膛压力，保障燃烧过程。

本厂采用空预器出口母管左右侧热二次风流量总和作为负压控制回路的前馈，当风量发生变化时，直接作用于引风机静叶调节，反馈控制再做“细调”，这样可以很好的控制炉膛负压。

2.3一次风压控制回路

为了稳定燃烧，必须稳定燃烧着火点，为此要保证在任何负荷下均有一定的一次风压。在不同负荷下，需要的风压也不一样，风压低了，磨煤机易发生堵煤，风压高了，一次风机易发生喘振，所以合理的控制好一次风压，显得尤为重要。

本厂采用锅炉负荷作为静态前馈，不同负荷对应于不同的一次风机动叶开度，反馈控制再做“细调”，达到控制好一次风压的目的。

2.4汽机锅炉主控制回路

本厂负荷控制中的前馈控制是按负荷指令进行的。前馈控制的主要作用是使补偿对象动态特性的迟延和惯性加快负荷响应，在变负荷过程中起“粗调”作用。这样，当负荷需求变化时，调门开度可以及时响应，以提高负荷控制质量。与此同时，通过锅炉主控的前馈控制器立即改变锅炉主控指令，使燃烧率相应改变。

本厂汽机主控控制功率，锅炉主控控制主汽压力，通过蒸汽流量作为锅炉输入能量的需求信号，采取锅炉跟随的协调控制方式来实现机炉间的基本协调。蒸汽流量是根据调节级压力计算出来的，但是调节级压力并不总是能代表汽轮机的能量需求，所以，采取负荷指令与蒸汽流量叠加，作为锅炉主控的前馈加入到输出信号中，用能量需求信号来及时调整锅炉燃烧，能够达到良好的控制效果。

3.动态前馈在几个典型控制回路中的应用

由于锅炉主汽温和再热汽温的影响因素较多，本厂锅炉主蒸汽通常采取二级减温分段控制，再热汽温采取喷水减温、再热烟气挡板调节来控制。控制策略上，我们对减温水采取串级回路控制，加入温度微分前馈；再热烟气挡板控制为单回路，加入温度微分和总煤量微分前馈，再加入负荷静态前馈，这样能够很好的控制蒸汽温度。

3.1再热汽温控制回路

对于再热汽温的控制，本厂运用了动态前馈和静态前馈，结合反馈控制，投入再热烟气挡板自动，较好的控制住了再热汽温。一定负荷下，再热烟气调节挡板的开度也不尽相同，所以采用锅炉负荷作为静态前馈。采用本侧末级再热汽温微分作为前馈。由于再热烟气调节为大迟延、大滞后环节，当末级再热汽温有变化趋势时，再热挡板就需要动作，这样能快速的控制再热汽温。

总煤量的变化，带来的就是烟气热流量的变化，它对再热汽温的影响很大，所以采用总煤量的微分作为前馈。当煤量增加时，挡板往关小方向动作，煤量减少时，挡板往开大方向动作，这样基本上克服了煤量变化所带来的扰动。启停磨煤机或机组投入AGC期间，投入再热烟气调节挡板调节能较好的控制再热汽温。

3.2过热汽温控制回路

本厂过热器设计两级喷水减温，以减小过热器温度迟延，提高过热汽温控制品质。

一级减温的被调量是一减过热器出口汽温，导前信号是一级减温器出口汽温。采用一减过热器出口汽温变化率和锅炉负荷作为主调的前馈。当一减过热器出口汽温出口温度具有变化的趋势，温度动态前馈输出给副调，副调产生偏差，一减调门动作，提前增大（减小）喷水，达到预先控制汽温的目的。

当锅炉负荷发生变化时，烟气流量就发生变化，因此对过热汽温的影响较大，故采用锅炉负荷作为前馈。如图3所示。同样，二级减温采用二减过热器出口汽温变化率和锅炉负荷作为主调的前馈，能够很好的控制主汽温度。

4.结语

一些过程控制中，在静态前馈控制进行“粗调”的基础上，反馈控制只是对偏差稍加校正，进行“细调”就可以达到控制目标。在大迟延、大滞后过程控制中，根据扰动情况，加入动态前馈，可以很好的克服扰动，既克服了反馈控制需待偏差产生之后才发出控制作用以至于不及时或者过调的缺点，又保证了系统的误差控制的准确性，使控制质量大大提高。

由于前馈控制的大量运用，本厂生产过程自动控制较为良好，各项生产指标正常，这与自动控制水平的提高和控制策略的良好运用是分不开的。

【参考文献】

[1]刘吉臻.协调控制与给水全程控制[M].中国电力出版社，1993.

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