模糊控制在火力電廠300MW機組煤粉爐爐側(cè)系統(tǒng)設計中的實踐與驗證

1、模糊控制在火力電廠300MW機組煤粉爐爐側(cè)系統(tǒng)設計中的實踐與驗證    摘要：目前我國火力電廠300MW機組存在的最大問題就是工作效率不高，完全不能達到設計時的要求與標準，究其原因就是在穩(wěn)定性、均勻性等方面的控制性能不高。而在煤粉爐控制過程中，則受到眾多因素的干擾與影響，使控制系統(tǒng)不能很好地發(fā)揮其應有的作用。模糊控制系統(tǒng)作為一種有效的自動控制方式，對于提高煤粉爐工作效率、控制系統(tǒng)的可靠性等方面都有著相當積極的意義。本文通過對模糊控制的介紹及其在實際操作中的應用設計作簡單論述。 關(guān)鍵詞：火力電廠；300MW機組；煤粉爐；模糊控制；系統(tǒng)設計；實踐；驗證 中圖

2、分類號：TM73文獻標識碼：A文章編號：1009-0118（2012）05-0221-02 隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，在城市建設中對于電力資源的需求缺口也日益增大，基于此，中小型火力電廠的建設項目也逐年增加。與此同時，如何提升火力電廠的工作效率成了電力企業(yè)急需解決的重大課題之一，將模糊控制理論應用到火力電廠300MW機組煤粉爐控制系統(tǒng)中就是一個比較科學合理的控制方法。 一、模糊控制概述 所謂模糊控制理論就是非線性控制的一種，發(fā)展于21世紀的70年代，作為新型的控制計算法，它并不需要詳細知曉控制對象的數(shù)學模型結(jié)構(gòu)，同時相比于普通的控制系統(tǒng)來說，它具有的魯棒性更強、穩(wěn)定性更好。模糊控制能夠在控制

3、過程中自動尋找最優(yōu)化的控制方案，即自尋優(yōu)的特點。 模糊控制的技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)為： （一）它在解決傳統(tǒng)計算方法問題的同時，又將傳統(tǒng)計算方法優(yōu)點保留下來，從而使得整個控制系統(tǒng)在硬件上得到了最大優(yōu)化，能夠?qū)⒋髴T性、純滯后原因造成的系統(tǒng)運行中的不良影響進行有效消除。另外對系統(tǒng)壓力變化、煤種變化所造成的影響也能夠通過模糊控制的自動修正功能進行解決。 （二）模糊控制所提供的最優(yōu)控制解決方案并不是一個固定值，也不依靠系統(tǒng)控制人員進行預設的，而是根據(jù)系統(tǒng)運行的實際情況并利用在線搜索的方式為系統(tǒng)提供一個最切合實際的控制方案。 （三）模糊控制與偏差反饋控制相比，在控制量給定值的預設上有所不同，模糊控制以自動搜索手段實

4、現(xiàn)了對象控制參數(shù)最優(yōu)化。 （四）實現(xiàn)模糊控制，并不需要全面了解對象的所有參數(shù)，而是只要掌握控制對象特性中的時變要素，就能對其進行控制，并自動尋找最優(yōu)化控制方案，相較于最優(yōu)控制方案，較為簡便。 二、模糊控制在火力電廠300MW機組煤粉爐爐側(cè)系統(tǒng)設計中的實踐 目前我國火力電廠在控制方面主要存在的問題有自動調(diào)節(jié)手段落后與使用煤種類變化波動大，使得設計的機組并不能夠按照設計的要求達到發(fā)電標準，工作效率低下。 （一）設計目標 本系統(tǒng)設計目標為保護環(huán)境、節(jié)能降耗，同時提高300MW機組的工作效率。整體系統(tǒng)包括兩方面的內(nèi)容：1、利用風煤比的在線自動尋優(yōu)方法與風煤比最佳自學習體系，從而使粉煤爐能夠始終維持在最

5、優(yōu)工作狀態(tài)之下；2、將引風控制、一次風壓控制、送風控制以及粉煤爐的負荷控制的控制回路集成于微機控制系統(tǒng)之中，即圖1，從而協(xié)同控制系統(tǒng)的原模擬調(diào)節(jié)設備對粉煤爐共同實施控制與實時監(jiān)測，使粉煤爐保持穩(wěn)定可靠的運行狀態(tài)。 圖1控制系統(tǒng)方案圖 （二）方案的設計及實現(xiàn) 1、負荷控制系統(tǒng)。負荷控制系統(tǒng)起到的是通過燃料量的調(diào)節(jié)使主汽壓力保持穩(wěn)定的作用，本設計中的負荷控制系統(tǒng)基于經(jīng)典模糊控制理論，利用爐內(nèi)輻射信號，即可以將入爐燃料變化快速反應出來的信號以中間調(diào)節(jié)量的形式實現(xiàn)，從而設計了串級雙閉環(huán)且?guī)е悄芊e分的模糊控制系統(tǒng)，即圖2： 圖2鍋爐燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 在原理圖中，E與Er分別表示爐膛斷面的輻射能量值與其

6、給定值，而PT與PTr則分別表示主蒸汽壓力值與其給定值。對蒸汽壓力擾動進行處理是外環(huán)起到的作用，并以主蒸汽壓力的變化率C與偏差值E為依據(jù)，就能夠得到火力輻射圖值平均灰度數(shù)據(jù)的變化趨勢，即代表粉煤爐內(nèi)的輻射能水平值的變化趨勢；而對煤質(zhì)變化或給煤量的干擾進行消除則是內(nèi)環(huán)起到的作用，它以外環(huán)控制給出的灰度數(shù)據(jù)作為依據(jù)，計算出灰度數(shù)據(jù)的變化率與偏差值，再借助模糊控制器提供的功能，獲得給煤電機轉(zhuǎn)速變化的結(jié)果；而基于粉煤爐運行規(guī)則，對鍋爐進行增減負荷時的風煤比增減實現(xiàn)則是負荷規(guī)則調(diào)節(jié)器所起到的作用。而通過火力檢測系統(tǒng)則能計算出現(xiàn)場爐膛斷面的輻射能量值，表現(xiàn)為灰度值數(shù)據(jù)。雖然爐膛斷面的輻射能量會隨爐膛高度改

7、變而改變，但只要粉煤爐上于穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)，其輻射能量的總和值就不會有太大變化。 通過這樣連接的模糊控制結(jié)構(gòu)，大幅度減少了模糊控制規(guī)則的數(shù)量，與此同時還有著降維的功能。 2、一次風壓控制系統(tǒng)。在粉煤爐膛內(nèi)，燃料會根據(jù)位置的不同而呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，即使達到最佳風煤比也不能完全保證風力布局在爐膛內(nèi)的合理性，這樣一來，一、二次風壓比例的合理控制對粉煤爐實現(xiàn)燃燒的高效率就產(chǎn)生了相當重要的作用。通常來說，一次風壓控制系統(tǒng)的任務包括使燃燒區(qū)域的邊角產(chǎn)生均勻的二次風量、在規(guī)定的范圍內(nèi)控制一次風壓。 3、送風控制系統(tǒng)。送風控制系統(tǒng)能夠?qū)⒎勖籂t的工作效率提升并將鍋爐的燃燒狀態(tài)始終處于最為經(jīng)濟的狀態(tài)下，要達到這個目

8、標，就要讓燃料與空氣始終保持在一個恰當?shù)谋壤隆?其中氧量設定值就是指煙氣含氧量的最佳值，它的獲得是以粉煤爐熱負荷變化的情況，并利用風煤比在線搜索以及風煤比最佳自學習系統(tǒng)得到的；其內(nèi)環(huán)由PLC負責，即利用簡單模糊的控制設備，以送風量設定值偏差與實測值為依據(jù)，將送風門的開度值計算出；而外環(huán)則是上位機負責，即利用PI調(diào)節(jié)設備，并以給粉機的轉(zhuǎn)速反饋以及氧量為依據(jù)，從而得出送風量設定數(shù)值。 4、自學習系統(tǒng)。所謂自學習系統(tǒng)，就是當粉煤爐在運行狀態(tài)下，分析整理操作人員的相關(guān)操作、運行數(shù)據(jù)，同時對處于各類帶有普遍性質(zhì)的最佳粉煤爐工作狀態(tài)時呈現(xiàn)出來的煙氣含氧量以及風煤比進行學習。如此一來，在粉煤爐實際運行之

9、中，系統(tǒng)就能夠以鍋爐當前所處的工作狀態(tài)為基礎(chǔ)，依據(jù)其學習的成果對煙氣含氧量以及送風量進行合理確定，換言之，就是使鍋爐始終處于最佳工作狀態(tài)。整個學習的過程的形式是不間斷在線學習方式，只有當系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，系統(tǒng)微調(diào)才會借助在線搜索策略得以實現(xiàn)。這里所提到的在線搜索策略其實就是通過煤粉爐響應送風攝動信號的一個過程，這個過程的目標是對當前風煤比的狀態(tài)進行判定，從而使學習結(jié)果得到更優(yōu)化、合理化。舉個簡單的例子，當系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)下時，發(fā)出送風攝動的信號并加以觀察，如果爐膛的煙溫提升，則表示剛剛施加的風煤比相較于當前值要更優(yōu)，而如果發(fā)送的是反向攝動信號，如果經(jīng)觀察并沒有在兩個方向使指標更優(yōu)化，

10、則表示先前的風煤比已經(jīng)處于最優(yōu)狀態(tài)，也就是說，這個自學習系統(tǒng)使整個控制系統(tǒng)具備了很強的自適應性能。 （三）控制策略 這個控制系統(tǒng)的策略共分為四類，分別是自控系統(tǒng)全面參與的策略，即中控機呈現(xiàn)閉環(huán)運行模式，各高級控制策略均處于運行狀態(tài)，從而使整個系統(tǒng)的運行更為協(xié)調(diào)并處于最佳工作狀態(tài)；下位機參與的策略，即全部PLC設備均呈現(xiàn)閉環(huán)運行模式，控制二次風門、送風總門、引風導葉以及給粉機轉(zhuǎn)速均通過簡易智能控制或是常規(guī)控制實現(xiàn)；手動運行模式，即PLC呈現(xiàn)出開環(huán)運行模式，二次風門、送風總門、引風導葉以及給粉機轉(zhuǎn)速均通過手動無級調(diào)節(jié)控制中心的CRT加以實現(xiàn)；原有操控系統(tǒng)，即傳統(tǒng)操作控制模式，并沒有自動控制系統(tǒng)參與其中。 （四）效果評估與驗證 1、該設計的控制策略具有較高的可靠性與性價比，操作人員可根據(jù)粉煤爐的不同工作狀態(tài)選擇自動控制的模式，從而使粉煤爐更為經(jīng)濟、安全以及穩(wěn)定。 2、將該系統(tǒng)設計進行相關(guān)鑒定試驗后，試驗結(jié)果表明在模糊控制狀態(tài)下的粉煤爐工作效率較之前提升2.93%，節(jié)約標準煤用量3.28%，如以耗煤量15萬噸/每年，250元/每噸為例，那么一年將可以節(jié)省成本達120余萬元。 參