热工调试系统主汽温优化控制

热工调试系统主汽温优化控制

刘英

(内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司内蒙古呼伦贝尔021000)

摘要：在火电厂的运行中,热工调试系统是其基本的操作系统。目前的热工调试主要涵盖了OPC服务器、图形软件、虚拟DPU、对象模型和控制算法接口等部件。而控制好系统的主汽温十分重要,主汽温偏低会影响系统运作效率,主汽温偏高又会影响系统安全性。本文将阐述这几个部件的具体功能,然后详细分析虚拟DPU,最后引出主汽温控制的具体措施。

关键词：热工调试系统；主汽温优化控制；分析

如果在机组运行过程中主汽温存在超温现象，就很可能因为金属温度过高而对设备安全性产生影响，而如果主汽温过低，就不能够保证机组的运行效率，对此，在实际运行过程中，就需要能够做好主气温的控制工作，保证其能够处于合理的范围之内。在机组实际运行过程中，其会受到很多因素的影响，如汽机负荷、给水流量、锅炉燃烧状况以及主蒸汽流量等，这部分因素的存在，很可能使主汽温出现较大的波动情况，尤其是在机组负荷快速降低的情况下，更是难以对主汽温进行控制。对此，我们则需要通过良好控制方式的应用在控制好主汽温度处于合理范围内的基础上保障机组的稳定运行。

一、热工调试系统

1.1热工控制系统结构

在热工调试系统中，其主要由对象模型、控制算法接口、性能评价、数据存储、虚拟DPU以及OPC服务器等组成。其中，虚拟DPU的功能是实现组态文件管理、组态建模以及组态文件的执行工作；对象模型能够在完成对象建模的同时将其以模型文件的类型储存在磁盘中，且根据控制策略的不同也可以根据实际情况选择不同的IO接口以及对象模型；OPC服务器的功能是实现对象模型同虚拟DPU之间的通讯，在实际运行中，DPU所发出的指令则会通过OPC传输到对象模型之中，并在处理完成后将对象相关数据反馈到DPU中；图形软件的功能主要是负责系统中曲线、报表以及数据的显示，使数据能够通过虚拟DPU的方式实现读取；控制算法接口则主要是帮助研究人员能够以自定义的方式对相关算法进行运用与控制，并通过动态库形式将其提供给DPU进行调用。在该系统中，主要具有以下特点：

（1）其能够对于每一个控制对象建立起针对性的模型，以此在保证模型独立性的基础上降低来自其他系统的干扰；其次，通过虚拟DPU技术的应用，实现了对组态的控制、在线调试以及文件操作等功能；

（2）通过控制算法接口程序的应用为系统控制策略的研究与开发提供了好的环境以及新的算法；

（3）其为我们提供了历史数据存储功能，能够帮助我们在需要时对历史数据进行调用与分析；

（4）其所具有的评价系统也能够实时的对该系统现时性能进行评价，以此帮助系统调试人员能够更好的对这部分数据进行参考；

1.2虚拟DPU技术

DPU(数据处理单元)是DCS中的一个站点，又称之为多用途控制器，主要负责系统中对于组态的控制以及数据的采集功能，在DCS中可以说具有非常重要的地位。构成方面，DPU主要由过程输出输出设备、功能处理器以及高速数据接口这几部分组成，具有较为复杂的特点，且在生产成本方面也非常昂贵。目前，很多DCS厂家都已经对自家的DPU软件进行了开发，以此实现系统的功能仿真功能。相对真实DPU，虚拟DPU技术则能够将DPU在非硬件环境中通过应用程序显示方式对其进行体现，即能够以软件方式对DPU所具有的功能进行实现，包括主要的YO通讯以及逻辑运算功能等。热控人员方面，其在虚拟DPU环境下所具有的操作基本同真实DPU环境所具有的操作情况一致，能够较好的对文件操作、在线调试以及逻辑组态等功能进行实现。而在时间响应方面，该方式同真实DPU相比则具有一定的差距，但对于我们对系统组态的研究与控制也能够较好的满足需求。根据上述特点，我们在实际应用中选择了虚拟DPU作为我们对电厂热工系统调试的组态环境。

1.3对象仿真技术

对象仿真技术是利用数值模拟方法对火电厂的对象进行实时动态仿真，为了满足不同热工过程研究对象的需要，对每一个热工调节对象分别建模，各热工对象之间的影响以参数的形式接入到系统中去。传热系数与蒸汽流量的0.8次方成正比关系.通过求解方程组，可以计算出过热器的烟气出口温度，蒸汽出口温度和金属平均温度.减温器为汽水混合的过程，减温器模型算法为：hmix=（hsWs+hjWj）/（Ws+Wj）。式中，hmix为汽水混合物的焓，kJ/kg；hs为热蒸汽焓，kJ/kg；hj为减温水焓，kJ/kg；Ws为减温器蒸汽流量，kg/s；为减温器减温水流量，kg/s。

每个过热器模块均引用过热器算法，不同过热器模型的参数不同.模块之间通过输入和输出关联，上一级过热器计算的蒸汽温度和烟气温度作为输入引入到下一级过热器模块.顶棚过热器的进口蒸汽温度tsin取自锅炉分离器出口蒸汽温度，进口烟气温度tgin来自于炉膛出口烟温，过热蒸汽流量Ws取决于给水流量和汽机的用汽量，烟气流量Wg取决于锅炉送风量和燃料量，这些量以函数的形式引入到系统中，模拟过热器变工况动态特性。

1.4热控自动化控制设备技术升级与创新

火电厂中的热控自动化控制设备区别于控制、警报系统，该系统主要是为了在后台向火电厂中的其他系统提供保护，进而保证火电厂运行的可靠性以及职工人员的人身安全。基于此，该设备是以控制系统、热工保护系统以及一些安全技术为前提运行的。现如今热控自动化控制设备兼容了智能化的数控技术能够保证火电厂运行的安全。所以，务必要将传统热控设备技术进行升级与改造，以此实现电力生产的安全化。

二、主汽温控制策略

过热汽温具有一定的滞后特征，一般情况下，我们会通过预估控制器的应用对其实现控制。在传统类型的预估器中，其所具有的稳定性相对较差，需要通过滤波器的加入使系统所具有的稳定性能够得到改善。

（1）控制器是在以往控制基础上添加了两个过滤器Fr与F，其中Fr加入的目的是对设定值输入情况进行改善，而过滤器F的加入则能够对控制器自身特陛起到改善的效果。

（2）将该复位补偿器视做在Pl控制器基础上对cI进行添加，p是cI积分项，能够起到对复位的设置效果，可以说是该补偿器中非常重要的一个部分。对于该种优化方式来说，其同传统PI相比在实际开展复位操作时能够使相位提前50度，尤其在频率较低的情况下能够获得更好的效果。

（3）带滤波器和复位控制史密斯预估控制策略结构带滤波器和复位控制的的史密斯预估控制器由两部分组成，分别为外部的史密斯预估(FSP)结构图以及虚线框内的PI+CI复位补偿器结构图。通过该种控制策略的应用，不仅能够具有复位控制以及滤波控制的优点，也能够在实现小超调、快速响应功能的基础上获得更好的鲁棒预测能力。

三、仿真结果

在开发的热工控制调试系统中，进行了过热汽温控制策略的研究.首先建立了锅炉的过热汽温仿真模型，然后分别建立了传统PID控制策略和带滤波器和复位控制的史密斯预估控制策略，并在虚拟DPU中进行组态和调试，对两种控制策略的调节特性进行了比较和分析.从控制系统的响应曲线中可知，带滤波器和复位控制的史密斯预估控制策略超调量最小，调节时间最短，对于大滞后热工过程，此算法具有优良的控制品质，其控制效果明显优于常用的PI控制算法.

结束语

可以说，热工调试系统是现今火电厂生产中非常重要的一个环节，对于生产的稳定性、高效性具有十分积极的作用。在上文中，我们对热工调试系统主汽温优化控制进行了一定的研究，获得了较好的控制效果。

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