火电厂自控系统的PID控制研究

工作点的现象，影响PID参数整定结果和系统品质。

现阶段，PID控制器的参数的整定逐渐采用自整定技术，基于模糊理论自整定PID控制器的结构，本文设置的模糊自整定PID控制器具有不依赖精确数学模型进行模糊控制的能力，并且具有控制精度高、PID控制器结构简单等优点，模糊PID控制器输入偏差变化率ec和被控参数的偏差e，模糊PID控制器输出三个参数的修正量（比例系数、积分系数以及微分系数），通过对被控参数的偏差、偏差变化率进行检测，然后再利用模糊理论进行推理，能够对PID控制器的参数进行调节，以此满足不同时刻被控参数偏差与偏差变化率对PID参数自整定的实际需求，同时，该系统还具有良好的静态特性和动态特性。

2 锅炉汽包液位调节系统的分析

汽包液位会对锅炉运行的安全性和稳定性产生一定的影响，当汽包液位降低至一定高度后，很容易导致锅炉出现爆裂的现象，影响水循环系统的正常运行，甚至会出现干锅的现象；一旦汽包液位上升到一定的高度，很容易导致汽水分离装置出现问题，当蒸汽出现过饱和问题时，将会导致液态的水进入到蒸汽系统中，不仅会对蒸汽的质量产生一定的影响，还会加快锅炉结垢。由此可见，无论汽包液位过高或者过低都会造成不良的影响，甚至引发事故。同时，当锅炉负荷增加后，还会发生更多的化学反应，在反应的过程中产生更多的热能，会降低汽包压力。由于锅炉汽包液体的沸点受到压力的影响，压力越高则沸点越高，压力越低则沸点越低，锅炉内的液体会出现剧烈沸腾的现象，导致锅炉内的水位提高，影响锅炉水循环的正常运行。因此，为了使锅炉的进水量、储水量处于相对平衡的状态，应该对汽包的液位进行合理的调整，始终保持汽包液位在中位线附近浮动。三冲量调节是汽包液位调节系统的关键环节，即蒸汽量调节、汽包液位调节以及给水量调节，采用该控制回路进行汽包液位调整，能够有效地解决汽包液位虚假的问题。PID调节节点公式表示为：

当锅炉负荷增加时，汽包液位会出现虚假上升的现象，但是当负荷增加时，F汽、L液会增大，以此保证PID调节节点不发生变化，以此避免主给水阀出现变动，采用该调节控制回路进行汽包液位控制，能够有效地解决虚假液位的现象。此外，当水蒸发量增加时，汽包液位会随着水蒸发量的增加而降低，根据公式可知，PID调节节点会增加，主给水阀会变大，增加给水量，实现进出水量的平衡，保证汽包液位始终处于平衡状态。

3 蒸汽温度自动调节系统的分析

蒸汽温度会影响燃料的化学反应，进而影响燃料化学能转化成电能的效率，如果蒸汽的温度低于一定值，将会减弱驱动汽轮机的动力，降低发电系统的发电率；如果蒸汽温度超过一定值，并且温度超过了过热器管道的承受范围，将会损坏过热器管道，影响火电厂发电进程，甚至还会造成严重的安全事故。因此，在火电厂自动控制系统中，必须采用PID控制技术进行蒸汽温度的调节。影响蒸汽温度的因素主要包括温度、压力和主蒸汽流量，其中对蒸汽温度影响最大的是主蒸汽流量，随着负荷的上升，过热蒸汽的流速与流量增加，延迟时间、时间常数、静态增益等都会降低，会对对象的特性产生很大的影响。由此可见，主蒸汽温度系统属于多模型

系统。

多模型系统的创建过程表现为：以主蒸汽温度系统为对象，确定工作变量，例如输出、输入以及状态变量等；对工作空间进行分解，通常划分成n个操作子空间（n由对象的非线性决定，n不能过少，如果过少，则不能够真实、准确地反映对象的动态特性；n不能过多，如果过多，则设计和计算过程复杂），为每一个操作子空间创建相应的过程局部数学模型，通过加权把所有的局部模型转换成全局非线性模型。假设Y为全局工作空间，Yi表示局部工作空间，局部工作空间传递函数公式表

示为：

式中：U（s）表示多模型控制系统的控制器综合输出；Gi（s）在第i个局部空间辨识获得；Yi（s）表示局部模型输出。

采用模糊隶属函数的加权求和法创建多模型调度机制，也就是用隶属度数ai（v）表示局部模型，全局多模型公式表示为：

即通过局部模型的加权和，获得全局多模型。

文章以某锅炉为例，创建5个局部工作点（负荷介于30%～100%）的主蒸汽温度对象模型，其动态特性数学模型参数表现为：负荷30%，导前区的动态特性参数为8.07/（1+24s）2，惰性区的动态特性参数为1.48/（1+46.6s）4；负荷44%，导前区的动态特性参数为6.65/（1+21s）2；惰性区的动态特性参数为1.66/（1+39.5s）4，负荷62%，导前区的动态特性参数为4.35/（1+19s）2，惰性区的动态特性参数为1.83/（1+28.2s）4；负荷88%，导前区的动态特性参数为2.01/（1+16s）2，惰性区的动态参数为2.09/（1+22.3s）4；负荷100%，导前区的动态参数为1.58/（1+14s）2，惰性区的动态参数为2.45/（1+15.8s）4。PID控制器控制回路的固定参数KI为0.04，KP为1.1，外回路PID控制器的公式表示为：

对上述5种典型的工况进行计算，PID控制器的参数如表1所示：

4 结语

火电厂自动控制系统中PID控制的应用能够对火电厂的整个生产流程进行控制，避免各种干扰因素对PID参数整定产生影响，显著地提高了火电厂自动控制系统运行的安全性和可靠性，在提高火电厂发电效率的同时降低了运行成本。

参考文献

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[4] 武彬，张栾英.模糊自整定PID控制在主汽温控制中的应用[J].计算机仿真，2015，32（2）.

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作者简介：李刚（1988-），男，重庆人，大唐陕西发电有限公司渭河热电厂助理工程师，研究方向：热控。

（责任编辑：黄银芳）

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