（北方联合电力丰镇发电厂 内蒙古丰镇市 012100）
摘要：随着社会的不断进步与发展，人们对电力的需求也越来越大，对其使用的质量和安全要求也越来越高。其中，主蒸汽温度是火电厂锅炉运行中检测和控制的主要参数，直接影响到发电的经济型和安全性。传统的火电厂主蒸汽温度控制系统大多采用常规的PID串级控制策略。
关键词：主蒸汽温度；自调整模糊PID控制；专家变参数PID控制
前言：
主蒸汽系统包括从锅炉过热器出口联箱至汽轮机进口主汽阀的主蒸汽管道、阀门、疏水装置及通往用新汽设备的蒸汽支管所组成的系统。主蒸汽温度变化的影响因素比较复杂，传统的火电厂主蒸汽温度控制系统大多采用常规的PID串级控制策略。本文就其主蒸汽控制系统的改善进行论述。
一、主蒸汽控制系统改善
基于模糊控制和专家控制的主蒸汽温度串级PID控制，采用自调整模糊控制的输出作为副PID调节器的前馈信号，当主蒸汽温度实际值与设定值偏差较大时，根据偏差大小以及偏差变化率的大小，自调整副调PID控制将迅速增大或者减小减温水调节阀的开度来抑制主蒸汽温度的大幅波动，保证控制系统响应的快速性；串级主PID调节器采用专家变参数控制，当主蒸汽温度偏差不太大时，根据主蒸汽温度的偏差和偏差的变化方向来自动调整PID的参数，以保证较好的控制精度及稳定性。
二、自调整模糊PID控制
1）模糊集和论域的确定。主蒸汽温度自动控制系统采用偏差ｅ和偏差的变化率eｃ作为系统的输入量，选择控制量的变化为输出量的二维模糊控制器。模糊控制器的输入量是主蒸汽温度与设定温度之差（即偏差ｅ）和偏差的变化率eｃ。在不同工况下，偏差ｅ和偏差变化率eｃ的作用程度是不同的，引入一个加权因子ａ来区分两者的不同作用程度，输出量是减温水调节阀门开度ｕ。
在主蒸汽温度自动控制系统中，偏差ｅ所对应的论域为Ｅ变化率eｃ所对应的论域为Eｃ，输出量ｕ所对应的论域为Ｕ，将它们都分为７档：负大（NB）、负中（NM）、负小（NS）、零（ZO）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PB），与此对应的量化论域均为[－９，－６，－３，０，＋３，＋６，＋９]。
2）自调整模糊控制规则。模糊控制器的控制性能除了与比例因子、量化因子有关外，主要还受控制规则的影响。利用语言归纳手动控制策略的过程，就是建立模糊控制器的控制规则的过程。自调整模糊控制采用如下解析表达式：ｕ＝－int{ａ×ｅ＋１－ａ×eｃ}。式中ａ为加权因子，采用下式计算：ａ＝１－ａ０/ｋ）６×|ｉ|＋ａ０，其中，ｉ为[－９，－６，－３，０，＋３，＋６，＋９]，０＜ａ０＜１，０＜ｋ＜１，当ａ０＝0.5，ｋ＝0.8时，加权因子ａ的论域为[0.875，0.75，0.625，0.5，0.625，0.75，0.875]。ａ０和ｋ需要根据实际自动控制系统的优化调整来确定。
采用自动调整加权因子的模糊控制系统，能够随着工况的变化，采用不同的控制策略来快速消除误差，使系统尽快达到稳定状态，完全体现了现场工作人员的控制策略，是一种具有高智能优化特点的控制方法。
三、专家变参数PID控制
1）专家变参数PID控制的实现方法。当系统超调较大时自动提高PID的比例作用和积分作用，使系统的偏差快速减小，当偏差较小时自动降低PID的比例作用和积分作用，使得系统较快达到稳态。对于变参数PID控制，需要依据控制专家的经验知识和经验数据来确定PID参数的分段情况和各段参数。根据误差以及其变化率，分段线性式变参数PID控制可分为以下３种情况：
（1）当Ｍ１≤|ｅ|＜Ｍ２，并且ｅ×ｅｃ＞０时，说明系统误差的绝对值较大，并且误差在朝偏差绝对值增大方向变化。此时，应将PID的积分作用加强，即减小积分时间常数Ｋｉ，使偏差绝对值尽快减小。（2）当|ｅ|≥Ｍ２，并且ｅ×ｅｃ＞０时，说明系统误差的绝对值很大，并且误差在朝误差绝对值增大方向变化。此时，需同时加强PID的比例作用和积分作用，即需要增大比例系数Ｋｐ，减小积分时间常数Ｋｉ，以达到迅速调整误差，使误差绝对值以最大速度减小，避免出现很大的超调。（3）在其他情况时，PID参数取初始值，即当|ｅ|＜Ｍ１，尽管误差绝对值朝增大的方向变化，或者误差绝对值朝减小的方向变化，不管误差多大，Ｋｐ和Ｋｉ均取初始值。
2）PID参数Ｋｐ和Ｋｉ的确定。在自动控制PID自动调节过程中，作用在PID上的参数由下式确定：Ｋｐ＝AKp0；Ｋｉ＝BKi0。式中：Ａ和Ｂ为可变参数，Kp0为PID比例系数的初始值，Ki0为PID积分时间的初始值。专家变参数PID控制在不同阶段采用不同的控制参数：在偏差初始形成阶段，即|ｅ|从零增大到Ｍ１的过程，Ｍ１的值需要根据实际调节情况确定，这里取Ｍ１＝３，在该范围内误差较小，不需要改变PID的初始调节参数，此时取Ａ＝１、Ｂ＝１，系统采用常规的PID参数进行调节，保证被控制量稳定在允许的范围内；在偏差较大阶段，即Ｍ１≤|ｅ|＜Ｍ２，此时需要加强积分作用来减小误差；在误差很大阶段，即|ｅ|≥Ｍ２，需要同时加强比例作用和积分作用来快速减小误差；在误差绝对值减小阶段，为了避免自动调节出现振荡，将PID调节自动转为常规调节方式。
变参数PID控制的各个参数不仅要依据专家的经验数据来确定，还需要根据现场调整的情况进行修正。根据实际调节情况划分不同的调节区间，以及根据PID自动调节的指标来修正Ａ和Ｂ，最终达到一个理想的调节品质。
四、现场应用情况及效果
某热电厂2号机组的主蒸汽温度控制采用三级减温方式，备用级采用常规的单级PID控制，一级和二级减温采用串级PID控制。后根据原主蒸汽温度的调节情况，对主蒸汽温度自动控制进行了优化设计，将自调整模糊控制和专家控制应用到主蒸汽温度的自动控制系统中。
对备用级、一级和二级减温水调节都增加了燃料前馈信号，一定程度上提高了主蒸汽温度的调节效果，但是在负荷变化较大时，主蒸汽温度还是常常出现超调现象。为了进一步提高对主蒸汽温度的控制效果，在一级和二级减温水串级PID控制中加入了自调整模糊控制方法和专家控制方法，主蒸汽温度自调整模糊控制与专家变参数串级PID控制系统结构见图所示。自调整模糊控制的输出作为副PID调节器的前馈信号，当主蒸汽温度实际值与设定值偏差较大时，根据偏差大小以及偏差变化率的大小，自调整副PID控制将迅速增大或者减小减温水调节阀的开度来抑制主蒸汽温度的大幅波动，保证控制系统响应的快速性。串级主PID调节器采用专家变参数控制，当主蒸汽温度偏差不太大时，根据主蒸汽温度的偏差和偏差的变化方向来自动调整PID的参数，以保证较好的控制精度及稳定性。
五、小结
总之，为保证其使用的安全性和系统的稳定性。该调节控制方法不仅在机组稳态时有很好的调节品质，而且在机组负荷或燃料性质变化等复杂工况时同样具有很好的调节品质。大大提高了主蒸汽温度控制系统的稳定性和抗干扰能力。
参考文献：
[1]王文兰，孔昭东，刘剑恒．火电厂主汽温的西门子控制策略应用研究[J].电力自动化设备2011，31．
[2]朱北恒．火电厂热工自动化系统试验[Ｍ].北京中国电力出版社2006．
论文作者:李志宏,武侠
论文发表刊物:《电力设备》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/12/23
标签：蒸汽论文; 偏差论文; 温度论文; 误差论文; 参数论文; 模糊论文; 绝对值论文; 《电力设备》2015年5期供稿论文;