日前，300MW以上大型火電機(jī)組均按整機(jī)自動化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自動發(fā)電控制（AGC）。但火電機(jī)組整機(jī)自動控制性能往往受各子控制系統(tǒng)（如主汽溫、燃燒控制系統(tǒng)等）性能的限制。因此，保證各子系統(tǒng)的控制性能滿足工藝流程控制精度的要求至關(guān)重要，大型火電機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)性能很難滿足工藝流程控制精度的要求，其原因是主蒸汽溫度的干擾因素很多、很頻繁、且擾動量很大，主蒸汽溫度的工作點(diǎn)一般既要考慮保護(hù)過熱器的安全，還要zui大限度地降低機(jī)組煤耗量和提高機(jī)組熱效率。因此，要求負(fù)荷擾動下，過熱器出口溫度的zui大動態(tài)偏差為±8℃;其它擾動下的zui大動態(tài)偏差為±5℃。顯然，這樣的控制要求是比較苛刻的。
　　
　　國內(nèi)機(jī)組目前采用的常規(guī)汽溫控制方案主要有串級控制系統(tǒng)、導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路控制系統(tǒng)、按溫差方式控制的分段控制系統(tǒng)等，但投運(yùn)效果均不太理想。原因是大容量鍋爐在不同運(yùn)行工況時，汽溫對象的時變性、非線性和大純滯后特性十分明顯，采用*控制理論和人工智能控制方法所研究的汽溫控制方案不少，但多數(shù)為仿真研究報(bào)道，真正應(yīng)用于現(xiàn)場的成果不多，且具有很大程度的針對性和局限性。
　　
　　300MW及以上大型發(fā)電機(jī)組均采用DCS控制系統(tǒng)，應(yīng)充分利用機(jī)組現(xiàn)有DCS資源，研究一種既簡單實(shí)用、又通用且性能優(yōu)良的汽溫智能控制系統(tǒng)，以*解決長期以來存在的汽溫控制問題十分必要。文中提出的基于對象特性預(yù)估補(bǔ)償?shù)哪：齈ID汽溫控制方案，經(jīng)300MW及以上容量火電機(jī)組汽溫控制的現(xiàn)場應(yīng)用表明，將多種控制策略有機(jī)地融合在一起，綜合應(yīng)用于汽溫控制系統(tǒng)中，相互協(xié)調(diào)、配合，以便從不同側(cè)面解決汽溫控制中的諸多問題，確實(shí)是解決此類問題行之有效的方案。
　　
　　一、基于對象特性預(yù)估補(bǔ)償?shù)哪：齈ID汽溫控制系統(tǒng)
　　
　　基于汽溫惰性區(qū)特性預(yù)估補(bǔ)償?shù)哪：齈ID汽溫控制系統(tǒng)原理框圖見圖1，　　
　　l.l反饋控制部分
　　
　　由圖1可知，該系統(tǒng)所采用的閉環(huán)控制方案是zui簡單的單回路PID控制，常規(guī)的串級控制系統(tǒng)雖依靠副回路可有效克服內(nèi)擾，但如果主、副2個控制器參數(shù)配合不好，控制效果也不理想，現(xiàn)場運(yùn)行已多次證實(shí)了這一點(diǎn)。因?yàn)槠麥貙ο蟮姆蔷€性和時變性已決定了在某一個運(yùn)行工況下確定的控制器*參數(shù)，當(dāng)運(yùn)行工況變化后，將不可能維持在*狀態(tài)。因此2個控制器參數(shù)間原來的配合關(guān)系很可能變得不協(xié)調(diào)，而影響控制效果，所以本方案采用了l個PID控制器。當(dāng)然，采用該反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提條件是汽溫惰性區(qū)特性能得到較好補(bǔ)償。
　　
　　1.2惰性區(qū)特性在線預(yù)估補(bǔ)償
　　
　　大純滯后系統(tǒng)的控制方案是采用Smith預(yù)估補(bǔ)償器，因它能實(shí)現(xiàn)動態(tài)特性的"*補(bǔ)償"，但這確實(shí)在具有時變非線性對象動態(tài)特性的汽溫控制系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)。本方案對于汽溫特性的補(bǔ)償采用的是Smith預(yù)估補(bǔ)償器的改進(jìn)方案，將原來的固定參數(shù)Smith預(yù)估補(bǔ)償器由在線智能預(yù)估模型所替代，其補(bǔ)償原理如圖2所示。　　
　　由圖2可得知，當(dāng)“惰性區(qū)特性在線智能預(yù)估”模塊的動態(tài)特性W（s）能較準(zhǔn)確地表示汽溫對象惰性區(qū)動態(tài)特性W1（s）時，則可實(shí)現(xiàn)對汽溫動態(tài)特性的近似*補(bǔ)償。補(bǔ)償后的等效汽溫對象動態(tài)特性W*（s）為：　　
　　通過對典型工況下對象特性現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行模型辨識后得知，過熱汽溫對象惰性區(qū)（即屏式過熱器或高溫段過熱器）的動態(tài)特性是隨機(jī)組負(fù)荷變化的非線性多容對象，只要能根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化，在線預(yù)測過熱汽溫對象惰性區(qū)的動態(tài)特性，并及時修改Smith預(yù)估補(bǔ)償器模型的參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)惰性區(qū)特性的補(bǔ)償。
　　
　　系統(tǒng)辨識方法很多，除了以zui小二乘法（LS）為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)系統(tǒng)辨識方法外，近年來根據(jù)傳統(tǒng)辨識方法的不足和局限，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）、模糊理論、遺傳算法（GA）及小波變換等知識應(yīng)用于系統(tǒng)辨識中也取得了較好的辨識效果。但真正在生產(chǎn)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)中完成實(shí)時系統(tǒng)辨識任務(wù)，還存在諸如系統(tǒng)辨識所需計(jì)算時間較長、實(shí)時性差等許多制約其在線應(yīng)用的問題。所以，本文采用的是將不同負(fù)荷階段的大量現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線辨識后得到所對應(yīng)負(fù)荷工況的模型參數(shù)，然后整理成易于查找的表格形式存放于DCS中。在實(shí)時控制過程中，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷大小，從數(shù)據(jù)庫中提取對應(yīng)的模型參數(shù)，對Smith預(yù)估補(bǔ)償器模型進(jìn)行刷新。經(jīng)過在300MW機(jī)組上實(shí)際應(yīng)用表明，補(bǔ)償后的汽溫等效對象有效地減少了容積滯后，降低了對象階次，使控制系統(tǒng)的魯棒性明顯提高。
　　
　　1.3控制器參數(shù)的模糊調(diào)整
　　
　　汽溫對象惰性區(qū)動態(tài)特性的補(bǔ)償不可能達(dá)到"*補(bǔ)償"的效果，只能實(shí)現(xiàn)近似*補(bǔ)償。運(yùn)行工況變化時，汽溫導(dǎo)前區(qū)的動態(tài)特性也隨之改變。所以，控制器所面對的還是一個非線性、時變性的被控對象。要想保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能，*辦法就是跟隨對象的變化，及時調(diào)整控制器參數(shù)。本方案對控制器參數(shù)的在線調(diào)整包括2部分。
　　
　　首先，隨著機(jī)組在不同負(fù)荷階段主汽溫動態(tài)特性的變化，及時修改控制器的整定參數(shù)，以達(dá)到汽溫對象動態(tài)特性隨運(yùn)行工況的不同而變化時，控制系統(tǒng)的工作性能基本不變。然后，再根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的汽溫偏差及其變化速度的大小和方向，采用模糊推理規(guī)則在線調(diào)整控制器的比例增益。這樣，就可在各種運(yùn)行狀態(tài)下，均能使主蒸汽溫度工作在所要求的誤差范圍內(nèi)。理論分析和試驗(yàn)均表明，這種在線調(diào)整方式既簡單又能有效提高控制器的自適應(yīng)能力。
　　
　　1.4前饋控制部分
　　
　　為使該系統(tǒng)在受到蒸汽側(cè)和燃燒側(cè)的干擾時也能保證汽溫動態(tài)偏差在規(guī)定范圍內(nèi)，引入2個前饋控制信號，即鍋爐負(fù)荷指令的微分前饋控制信號和鍋爐熱量的比例微分前饋控制信號，如圖1所示。
　　
　　鍋爐負(fù)荷指令前饋信號的引入為的是在鍋爐負(fù)荷要求信號變化時，根據(jù)其變化速率形成一定的減溫水動態(tài)超調(diào)量，以滿足汽溫在負(fù)荷指令變化的動態(tài)過程中對減溫水量的需求，提高汽溫控制系統(tǒng)抵抗負(fù)荷側(cè)干擾的能力。隨著鍋爐負(fù)荷指令變化過程的結(jié)束，該前饋信號消失，所以該前饋信號只是在鍋爐負(fù)荷指令變化過程中起作用。
　　
　　根據(jù)鍋爐熱量的前饋信號經(jīng)PID控制器運(yùn)算后改變減溫水的大小，其作用等效為鍋爐熱量的PD前饋。該信號既可根據(jù)鍋爐熱量給出相應(yīng)的減溫水量，又可根據(jù)爐膛熱負(fù)荷的變化速度及時調(diào)整減溫水的變化量，以提高汽溫控制系統(tǒng)抵抗燃燒側(cè)干擾的能力。
　　
　　二、現(xiàn)場投運(yùn)效果
　　
　　該方案應(yīng)用于300MW及以上容量的機(jī)組，先后在配有直吹式和中儲式制粉系統(tǒng)的鍋爐主汽溫控制中取得了很好的控制效果。經(jīng)一系列現(xiàn)場調(diào)試，定值擾動和負(fù)荷擾動試驗(yàn)，機(jī)組啟、停磨煤機(jī)的考驗(yàn)后，證明其控制品質(zhì)不僅滿足各種工況的運(yùn)行要求，且超過了工藝流程所要求的標(biāo)準(zhǔn)。在5℃的定值擾動下，過熱器出口汽溫波動的zui大偏差±1℃;在15%ECR以上幅度，3%ECR/min速率的負(fù)荷擾動下，過熱器出口汽溫波動的zui大動態(tài)偏差小于±4℃，zui大靜態(tài)偏差小于±1.5℃。300MW機(jī)組在負(fù)荷擾動下的部分現(xiàn)場運(yùn)行記錄曲線如圖3所示。　　
　　1——主蒸汽溫度；2——機(jī)組實(shí)際負(fù)荷；3——鍋爐負(fù)荷指令
　　
　　圖3300MW機(jī)組在負(fù)荷擾動下的現(xiàn)場運(yùn)行記錄曲線
　　
　　三、結(jié)論
　　
　　基于特性預(yù)測補(bǔ)償?shù)哪：齈ID汽溫控制系統(tǒng)將*控制理論、智能決策方法與經(jīng)典的反饋、前饋控制方案有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了對大型火電機(jī)組過熱蒸汽溫度的有效控制。該方案中所采用的各種前饋、反饋與*控制方法和智能決策手段均具有其針對性，可根據(jù)實(shí)際機(jī)組汽溫動態(tài)、靜態(tài)特性的差異將這些控制策略合理、有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到*效果。這些控制策略之間不存在相互干擾，是一個相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體。試驗(yàn)運(yùn)行表明，各控制策略之間具有相對的獨(dú)立性、互補(bǔ)性和相容性。同時，該系統(tǒng)還具有非常實(shí)用和通用的特點(diǎn)，適用于不同容量、不同類型（如直吹式或倉儲式制粉系統(tǒng)）的機(jī)組。該方案的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，基本不需硬件投入，只需利用原機(jī)組配有的DCS就可經(jīng)組態(tài)后實(shí)現(xiàn)全部控制功能。該系統(tǒng)可在不同類型的DCS上實(shí)現(xiàn)，具有較好的推廣應(yīng)用前景。