火力发电机组锅炉控制技术的新进展

【摘 要】近年来，国家经济和科技不断发展，国内外的火力发电机组控制技术也得到了显著提高。研究表明现阶段火力发电组锅炉控制技术存在着惯性大、不确定性等因素，使得传统的控制方法不能够完整的对建立的数学模型进行精确的控制和解析。本文从非线性角度介绍了一些不依赖于锅炉模型的新的控制技术，能够很好的控制锅炉，有利于从整体上提高锅炉机组的性能，具有很大的研究意义。

【关键词】火力发电 锅炉 控制技术

随着信息技术的不断提高，在火力发电系统中引入了计算机技术，从而为火力系统的控制提供了更加复杂的控制策略。随着发电机组的数学模型趋于精确化，由于锅炉系统零部件具有非线性、不确定性、惯性大等问题，使得传统的控制技术难以实现对其进行精确的控制。自20世界90年代以来，各国广泛的开发新技术，研究新的控制方法。特别是模糊控制、自适应控制、神经控制、预测控制等技术的研究最为广泛，逐渐成为了各国研究火力发电机组锅炉控制技术的热点。

1传统控制技术的局限性

现阶段火力发电机组的锅炉控制技术是由PI算法的多个单输入和单输出的反馈回路构成，在预定的负荷工作点整定控制器的参数并将其固定。由于现在的电网负荷需求的波峰和波谷差很大，难以避免的使用容量较大的机组参与调峰。为了能够高效的参与负荷的调度，火力火电机组的控制必须在调度周期内适应负荷变动和随机波动。随着工作点的不断变化，在负荷调度中，传统的控制技术中的零件的非线性降低了发电机组的运行性能。锅炉机组是一个复杂的非线性系统，各个通道之间都存在着耦合和惯性滞后，这些原因导致了控制困难。另外，发电机组正在朝着大容量、高参数等方向发展，锅炉运行的安全性对火力发电机组的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度的控制性能提出了更高的要求。因此，传统的火力发电机组锅炉控制技术不能够满足锅炉的运行安全性指标，也不能够解决零件非线性等不利因素造成的影响，为此人们研究了各种各样的新的控制策略来解决控制中出现的问题[1]。

2研究新技术的意义

火力发电机组传统的控制方法具有单一性，输入和输出都不能满足当前锅炉控制的新要求，通过研究新技术能够更好的服务于锅炉控制行业，此外由于控制技术是一种综合性技术，研发出新的锅炉技术，能够带动其它相关行业的发展，从而从根本上能够促进社会经济的发展，提高社会生产力水平。

3 锅炉的新技术

3.1 自适应性控制

自适应性顾名思义是指实时跟踪系统的运行状态并且不断的变更各个控制器的参数，能够解决动态特性变化的过程控制问题。当机组在电网负荷在大范围变动条件下运行时，自适应性为多输入和多输出的非线性火力发电机组。这样能够为发电机组提供高效的控制策略。

通过自适应性控制解决煤炭的性质、管束老化等问题对锅炉蒸汽温度动态特性的影响问题，运行结果表明自适应性控制比传统的单输入 、单输出控制要有明显的高效性。另外，美国弗吉尼亚工学院的研究人员设计的自适应性控制器，能够控制锅炉的汽包水位，研究仿真结果表明，控制性能明显的高于传统的PI单输入和单输出控制。通过这些研究实例也可以得出自适应性控制能够较好的解决非线性问题，效果比传统的控制技术优越[2]。

3.2神经控制

神经控制是通过建立神经网络进行控制的技术。由于神经网络具有非线性映射能力和函数逼近能力，因此这种控制能够对锅炉中的非线性建模和控制提供良好的控制工具。希腊国立工业大学等人提出的汽包锅炉控制方案，能够通过误差反向传播算法对锅炉动态特性进行逆向研究，建立逆向的神经动态控制器，，通过对汽包锅炉压力控制进行仿真表明，这种控制器的响应时间要明显比传统的控制技术短。德国工业大学的相关研究人员采用将复杂系统分解的方法，采用多智能体系统来控制锅炉的燃烧过程。研究实例表明，通过利用神经网络的自组织和自学习的能力，能够发现机组运行数据中的动态信息，补偿对象的非线性，克服不确定性的影响，能够将系统进行线性耦合[3]。

3.3 预测控制

在热工程控制中，普遍存在着系统的惯性较大，滞后性较大，以及非线性等因素导致难以建立精确的数学模型，这样传统的控制技术难以解决非精确模型的控制，导致控制出现偏差。而预测控制对模型的精度没有很高的要求，鲁棒特性较好，能够很好的解决这些问题，因此预测控制在热工程技术中有着广泛的应用。通过预测控制技术能够实现对200MW汽包锅炉过热蒸汽压力的自调整控制，研究的仿真结果表明：在大范围运行条件下，预测控制能够明显的提高控制性能。英国的贝尔法斯特大学的研究人员基于广义的预测控制设计变量大的预测控制器，对运行范围内负荷速率变动较大时主蒸汽压力和温度进行仿真，结果表明：此类控制器的性能明显优于传统单输入和单输出控制器性能。

3.4 模糊控制

所谓模糊控制是指将工作人员的操作经验和操作过程应用语言变量总结为若干条件语句，建立模糊关系，并且建立模糊的逻辑推理，从而能够实现对复杂控制对象的控制。应用模糊控制技术来控制电站锅炉，不仅在仿真研究上取得了一定成果，在工程实践中也取得了长足的进展。相关的仿真研究有美国俄亥俄大学的研究人员设计应用在流水量控制的模糊控制器。澳大利亚新南威尔士大学的科学家，通过对不同负荷运行条件设计的局部线性控制规律进行线性组合，构造控制系统实现全局控制，实现对汽包水位的调节[4]。

4结语

随着改革开放的不断深入，我国的火力发电机组锅炉控制技术也得到了显著提高，使得我国锅炉行业的应用从整体上得到了应用。但锅炉零件也不免存在着一些滞后性大、非线性、惯性大、不确定性等不利因素，导致传统的控制技术难以实现精确模型的良好控制。本文介绍了一些不依赖于锅炉模型的新的控制技术：自适应控制、神经控制、预测控制、模糊控制，使得锅炉控制朝向智能化方向发展。通过对锅炉控制技术的非线性研究，能够为提高火力发电机组锅炉控制系统的稳定性、安全性、高效性提供一种新的研究思路。

参考文献：

[1]韩忠旭，张智.状态观测器及状态反馈控制在亚临界锅炉蒸汽温度控制系统中的应用[J].中国电机工程学报，1999，19（11）：76-80.

[2]范伊波，巨林仓，胡勇 等.基于自适应神经元网络的过热气温智能控制[J].动力工程，1998，18（2）：7-10.

[3]于达仁，徐志强，郭洪波 等.基于神经网络解耦线性化方法的锅炉主气压力控制[J].中国电机工程学报，2002，22（5）：143-147.

[4]刘禾，徐育新，侯国莲 等.锅炉过热汽温的预测智能控制[J].热能动力工程，1999，14（4）：281―283.

作者简介：江清凌（1995.2-），女，华北水利水电大学，本科，研究方向热能与动力工程。