自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究孙纪禹

孙纪禹

摘要：自动控制理论自从提出到至今，其理论水平和应用水平不断提高，应用范围也不断扩大，尤其是近十几年电子信息技术以及自动化的水平不断提高，自动化被大量地应用于经济生产活动中。本文将根据自动控制理论，结合火电厂的热工自动化系统，，就热工仪器、主蒸汽压力等角度分析自动控制理论在火电厂中的应用，进行深刻的探讨与研究。

关键词：自动控制理论；火电厂；热工自动化；应用研究

引言

电，是社会生产和生活中离不开的重要物质，对经济发展和社会其他方面的发展起到了巨大的作用，电力的生产是一个相当复杂的过程，而传统的人工模式控制由于很难处理和解决一些在电力生产过程中的难题，因此近年来随着国家科技能力的不断进步，自动控制系统也被广泛地应用于电力生产过程和监督管理之中，自动控制系统的应用，大大降低了火电厂运作所需要的成本的同时提高了火电厂的运作效率，与此同时提高工作的安全性，有利于保障生命财产安全，自动控制理论以及自动化系统的应用，为火电的生产和管理起到了很好的保障作用。

一、自动控制理论的简要介绍

自动控制理论在发展初期，主要应用于工业生产方面的控制系统，它以反馈作为基层起到自动调节的作用，即车间机器运行的时候，通过设置特定的装备或者系统让机器在运作时按照已经设定好的信息来运作，从而降低人工成本，通过设备达到更好地效果[1]。随后在二战时间，雷达追踪、大型武器自动定位，运输工具自动驾驶等系统的研制，进一步推动了自动控制理论的发展，随后其理论不断的完善，经过不断的发展和总结，自动控制理论已经从经典控制理论到现代控制理论，从简单地传递函数到之后的很多的变量参数之间达到最优控制，自动控制理论水平的不断提升，自动控制设备也在不断更新换代，它控制的精准程度和设备自身性能也相应不断提高。时至今日，自动控制理论还在持续的进步，自动化设备也在更大范围地使用。

二、火电厂热工控制系统主要构成

自动控制理论在火电厂热工自动化的应用中，主要通过电子计算机网络系统和自动化设备互相结合，从而达到对火电生产起到控制和管理作用，这种系统的应用有利于提高火电厂的生产和工作效率，并且通过仪器精准地监测和控制，可以有效地保障生产安全，降低火电的成本[2]。自动控制系统主要由控制系统和反馈系统相组合而成，反馈系统根据设备感受单位的情况，并及时反馈，控制系统根据所反馈到的数据做出判断，对生产进行及时地调整。在整个火电厂的自动控制系统中，热工控制系统具有重要且不可替代的作用，它主要通过感受物件、中间单元和调节、执行单元对燃烧系统中煤粉底料的位置、汽水系统中蒸汽压力、温度等数据进行监督、反馈、控制以及调整，保证火电生产处于一个最好的状况。当火电的生产出现不正常的情况时，热工控制系统可以通过相关单位进行感应和报警，随后根据之前工作人员设置好的信息进行自动调节和控制，从而对火电的生产起到保护作用。

三、校正热工仪器的非线性特征

在火电厂热工自动控制系统的组成中，热工仪器必不可少，为了降低热工仪器的非线性特征对仪器测量的参数带来的影响，提高生产的稳定性，主要通过对热工仪器的非线性特征进行校正来解决所带来的问题。在进行校正工作时，目前主流是两种方法，一种是采取模拟线性化的方法，需要在自动控制装备上运用模拟电路的方法，将输出的信号做线性处理，当然这是传统的模拟仪表；现在随着科技水平的飞速发展，大多数火电厂转为采用智能仪表，通过将收集的信号转化为确定的的数字量再查询表达到信号输出的目的，通过数据表达从而实现信号线性化[3]。当然除了校正非线性特征的方式，还有像降低仪表的检测内容、缩小检测范围或者是采用非线性刻度仪器的方式，来降低由于以其自身精准度的问题所带来的数据误差。近年来，随着经济和科学技术的持续快速发展，更多高端的解决非线性误差的方法也不断研究和应用于自动管理之中。

四、调节主蒸汽压力的方式

在整个火电生产中，主蒸汽无疑是最重要的一个部分，火电机组将磨煤机磨碎的煤粉运送到炉内燃烧，从而将煤中所蕴含的大量的化学能通过这种方式转变为电能，从而向外界输送电力资源。主蒸汽对火电机在运行过程中内在的负荷和压力起着重要的调节作用，当然火电机的工作运行是否符合规定的安全生产的要求，其生产是否控制了成本，锅炉在运行时在内部的能量是否是均衡的状态等等情况，都可以通过检测主蒸汽压力来监督和调节。在对主蒸汽压力进行调节时，主要是通过调节控制锅炉燃烧的燃烧系统进行调节，将引风量、送风量以及燃料量进行调节，从而影响锅炉内部的负荷、内压和含氧量，达到调节主蒸汽压力的目的[4]。

（一）串级调节的方式

在对主蒸汽压力进行调节时，可以经过多种方式，首先是串级调节的方式。PID式的串级调节大方式主要是用中间的被动变化量作为锅炉内膛的辐射型号，依托Matlab进行相对仿真的探究。这种PID调节方式不同于以热量信号为基础的调节系统，它不像后者那样调节效果不明显，PID调节可以有效地克服燃料内绕带来的作用，与此同时更可以有效地改善调节系统稳定性。当然它还有一定的缺陷，由于PID式串级调节系统主要将中间变量作为随机量，因此存在很大的变数，除去主分量之外，随机变量的存在势必会导致误差增加，从而致使串级调节系统在应用时会存在一定的误差。

其次是串级模糊调节，由于以PID为基础的串级调节系统在实际使用中会存在一定的误差，这就催促了串级模糊调节方式，通过采取将模糊滤器增添到原来的串级模糊调节系统中，将中间的调量进行判别，区分是主变量还是随机变量引起的，从而对调节系统进行一定的调节。串级模糊系统的应用，大大优化了火电厂对主蒸汽压力的调节与控制。

（二）LQ次优化调节

在火电生产中，锅炉往往都是相当大的，为了保证更大产电需要，容量庞大的锅炉致使其自身拥有非常大的热惯性，这就导致调节系统在调节时存在一定的滞后性，当系统对主蒸汽压力进行调节时，有可能出现调节过量从而造成主蒸汽压力的上升，影响生产安全。因此科研人员根据这个问题研制出了LQ次优化调节的PID调节器，它可以对主蒸汽压力调节所出现的问题进行最大程度的解决，由于它性能稳定，调节便捷，也是目前火电厂在实际工作中运用最多的调节器。

五、主蒸汽温度的调节

在实际生产过程中，除了要对主蒸汽压力进行监控之外，还有主蒸汽的温度，这也是一个重要的监控数据。对于火电机组而言，温度毫无疑问是一个重要的关键问题，温度过高或者是过低都会对火电机组带来损害，影响到过热器、汽轮机、高压缸等设备，或者是导致金属过于受热而产生变形，对生产带来重大影响，甚至是直接威胁到工作人员的生命安全。因此在整个火电厂的热工控制系统之中，对温度的调节也是自动化调节系统的一个重点。

六、结束语

综上所述，随着自动控制理论的不断完善，自动化控制系统也日渐更加高级，火电厂要不断强化自身的自动控制系统，根据实际情况完善对蒸汽压力、温度的调节，降低由于不及时的调节所带来的没必要成本损耗，提高电力生产的效率以及电力的质量，让火电的生产更加高效化、经济化，为经济发展和人民生活源源不断地提供电力物质保障。

参考文献

[1]甘雷尚.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究[J].企业技术开发,2016,35(8):61-61.

[2]关高健.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究[J].工程技术:文摘版,2016(8):00147-00147.

[3]张战强.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究[J].内燃机与配件,2018(4).

[4]宁中伟.试论火电厂热工自动化中自动控制理论的应用[J].科技创新与应用,2017(33):149-149.