技术与应用Ｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
摘要：过热器的工质出口温度是电厂锅炉机组的重要参数指标之一，出口温度过高或是过低都会对 汽轮机的运作造成影响，所以稳定的工质出口温度是整套机组正常经济运行的保证。针对某垃圾焚 烧发电厂的二期扩建项目，设计了串级ＰＩＤ控制方案取代单回路的ＰＩＤ控制设计，直接控制过热器 的出口温度，减少运行人员的工作量，提高自动化能力，加强了系统的抗扰动能力，使机组能够更 好的稳定运行。通过ＭＡＴＬＡＢ仿真，证明理沦的可行性，同时在实际应用中取得理想的效果。 关键词：过热器；温度控制；串级ＰＩＤ控制；ＭＡＴＬＡＢ仿真 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８８３Ｘ（２０１８）０８—００１８－０４ 收稿日期：２Ｏ１ ８－０７－３０
过热器温度的串级ＰＩ Ｄ控制系统设计
一、引言 亡］前世界电力的丰要来源是由电厂提供，所以电 Ｈ力工业 嘲民经济和社会发展中起着举足轻重
的作用。而随着我国经济实力的快速发展，对于电厂‘ 机组的要求也变得越来越高，发展方向朝着“大容量、
高参数、高自动化”转变¨】】。就自动化而言，为＇广提
高亡Ｉ动化程度．就耍从自动控制理论及控制方法等方 ｌ 入手。 电厂的种类有以下几种：火力发电厂、水力发电
』‘、风力发电 、核能发电』一。火力发电厂依靠煤、
油、天然气等自然资源作为燃料，随着人们对于环
境保护意识的提高，垃圾成为…种新的燃烧资源，焚 烧垃圾的垃圾发电』 的建设速度得到快速地发展，成
为很多地方的标杆 程。 火力发电厂的』：作原理是将燃料的化学能通过燃
烧转化为热能，通过锅炉将热能转化为水蒸气的热能，
水蒸气经过汽轮机，将热能转化为汽轮机的机械能，
通过汽轮机带动发电机，将机械能转化为电能。火 力发电厂的主要系统包括：燃烧系统、汽水系统、电
气系统和控制系统。燃烧系统的核心就足锅炉燃烧，
田 毳２０１８．０８Ｉ 李泽 电力试验研究院，天津３０００００
主蒸汽温度预测ＰＩＤ串级控制应用研究夏泽中。等
主蒸汽温度预测ＰＩＤ串级控制应用研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ—ＰＩＤ Ｃａｓｃａｄｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏ
ｆｏｒ Ｍａｉｎ Ｓｔｅａｍ
夏滑中 施三倍
（武汉理工大学自动化学院，湖北武汉４３００７０）
摘要：目前火电厂主汽温热工自动控制系统普遍使用的传统ＰＩＤ控制，难以在非线性、惯性、迟延、时变和扰动等特性下达到满意 的控制效果。给出了一种ＰＦＣ—ＰＩＤ串级控制方案，该方案采用双闭环控制，结合了传统ＰＩＤ控制和ＰＦＣ控制的优点，现实了鲁棒性、 精度和快速性等较好的控制效果。分析了该算法的原理和设计过程，ＭＡＴＬＡＢ仿真结果表明，其较传统的控制算法有更好的鲁棒性 和抗干扰性。预测ＰＩＤ串级控制算法对火电厂主汽温控制将有十分广阔的应用前景。 关键词：预测函数控制 主汽温控制系统串级控制仿真鲁棒性 中圈分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｃｈｅｓ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ ｃｏｎ— ｔｒｏｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｏｎ—ｌｉｎｅｒ，ｉｎｅｒｔｉａｌ。ｄｅｌａｙ，ｔｉｍｅ—ｖａｒｙｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｂｊｅｃｔ．Ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ＰＦＣ— ＰＩＤ ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｄｕａｌ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ＰＦＣ，ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ，ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｑｕｉｃｋ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｌｅ ｉｍｐｌｅ— ｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｏｂｕｓｔ— ｎｅｓｓ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ＰＩＤ ｃａｓｃａｄｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｉｌｌ ｂｒｉｎｇ ａ ｂｒｉｇｈｔ ｆｕ— ｔｕｒｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｆｏｓｓｉｌ—ｆｉｒｅｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＰＦＣ） Ｍａｉｎ ｓｔｅａｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ
浅析过热汽温串级控制的控制方案
过热汽温串级控制是一种重要的控制方式，可用于调节电站的发电过程。本文将从两个方面浅析过热汽温串级控制的控制方案。
一、控制模型过热汽温串级控制是基于PID控制方法的，通过PID控制器对控制对象进行调节。PID控制器包括三个部分，分别为比例、积分和微分。其中，比例控制器根据误差信号与设定值之间的差别来计算输出量，积分控制器维护一个累积误差的变量，并将其与比例控制器计算出的输出量相加，最终输出调节量。而微分控制器根据误差变化率的变化来计算输出量，用以预测未来的误差变化情况，从而更好地改善控制系统的稳定性。
过热汽温串级控制中，PID控制器通常通过串级的方式进行连接。该控制方式通常是将一个PID控制器插入另一个PID控制器的反馈路径中，以此方式逐层调节。首先，我们需要使用第一级PID控制器来实现对主蒸汽温度的调节。第二个PID控制器负责进一步调节再热蒸汽温度，以保持其稳定性。通过这种方式，系统可以快速地调整过热汽温度以保持其稳定性。
二、控制算法在过热汽温串级控制中，控制器的选择至关重要。控制器需要具有快速响应、准确性和可靠性，以确保系统的稳定性。目前，最常用的控制器算法是基于模型预测控制（MPC）的控制方式。 MPC控制器需要建立一个过热汽温度的动态模型，并通过该模型来预测未来的状态。在预测过程中，MPC控制器考虑了过去、现在和未来三个时段，根据这些信息对控制系统进行调节，以实现最优的温度控制。MPC控制器使用优化算法来搜索最优解，以尽可能地减小系统误差。
总体而言，MPC是一种有前途的过热汽温度控制方法，具有一定的优势和实用价值。然而，对于普通电站和控制系统的实际应用，MPC控制器的计算复杂度很高，需要大量的计算资源。因此，目前还需要针对MPC控制器展开更多的研究，以提高其效率和实用性。
综上所述，过热汽温串级控制是一种有效的控制方式，可以帮助调节电站发电过程的稳定性，优化系统的能耗效率。除了建立合适的控制模型外，我们还需要考虑控制器算法的优化，以提高系统效率和稳定性。在今后的实践中，我们将继续研究过热汽温串级控制方法，努力为控制系统的发展做出更多的贡献。
引 言
火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等，这些扰动会极大影响机组的平安、经济运行。本设计的工作意义是：大型火电厂锅炉过热汽温对电厂平安经济运行有着重要影响, 过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中温度最高点，如果蒸汽温度过高就会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，威胁机组的平安运行。如果过热蒸汽温度偏低，那么蒸汽含水量增加，会降低电厂的工作效率，甚至会使汽轮机带水，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命。所以控制好过热器出口温度非常重要。通常要求它的温度保持在额定值5范围内。
常规的蒸汽温度控制方案大致可分为两种: 一种是串级控制, 另一种是导前微分控制。目前该领域的控制方法有：过热汽温FPID(模糊PID)控制系统, 基于控制历史的过热汽温模糊串级控制系统，过热汽温鲁棒PID控制系统，但以上方法都只是理论研究，应用于实际生产之中的控制方式以传统方法为主。继续提高主汽温、再热汽温的控制品质，仍具有较高的理论与实用价值。本文以过热汽温串级控制系统的思路对被控对象进行研究与分析，针对被控对象的大延迟，不确定等特点，选择串级控制系统能够获得较好的抗干扰性能和动态特性。
第一章 单元机组燃烧系统
本课题研究对象为200MW单元机组过热汽温串级控制系统，锅炉为高温、亚临界压力、中间再热、自然循环、单炉膛前后对冲燃烧、燃煤粉汽包炉，下面将先介绍锅炉的燃烧系统。
1.1 燃烧室(炉膛)
炉膛断面尺寸为深12500mm、宽13260mm的矩形炉膛其深宽比为。这样近似正方形的矩形截面为四角布置切圆燃烧方式创造了良好的条件。从而使燃烧室四周的水冷壁吸热比拟均匀，热偏差较小。
燃烧室上部布置四大片分隔屏过热器，便于消除燃烧室上方出口烟气流的剩余旋转，减少进入水平烟道的烟气温度偏差。
汽包
汽包横向布置在锅炉前上方，汽包内径为1743，壁厚145mm，筒身长20500mm，筒身两端各与半球形封头相接，筒身与封头均用BHW-35钢材制成。汽包内部下方装有给水分配管。四根大直径下降管那么均匀布置在汽包筒身底部。给水分配管上的给水孔正好在下降管管座上方，可以防止汽包壁受到低温水冷的影响，使汽包上下壁温比拟均匀。下降管入口处装有十字形消涡器，以减少或消除下降管入口产生旋涡带汽，保证水循环平安。汽包内部装有轴流式旋风别离器、波浪形枯燥器、连续排污管、事故紧急放水管和加药管等。
