火電廠再熱氣溫控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　在火電廠過程控制系統(tǒng)中，再熱汽溫存在大時(shí)滯、時(shí)變性和大干擾的缺點(diǎn)，而且具有不確定性和非線性。常規(guī)汽溫控制系統(tǒng)在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，一般能將汽溫控制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)運(yùn)行工況變化較大時(shí)，常規(guī)PID控制器往往整定不良，使控制品質(zhì)變差。
　　
　　預(yù)測控制是近年發(fā)展起來的一類新型控制方法。DMC（dynaitllcmatrixcontrol）算法是基于對象階躍響應(yīng)的預(yù)測控制算法，其算法簡單、計(jì)算量小、魯棒性強(qiáng)，適用于有純滯后、開環(huán)漸進(jìn)穩(wěn)定的zui小相位系統(tǒng)。預(yù)測控制汲取優(yōu)化控制的思想，利用滾動(dòng)的有*段優(yōu)化取代一成不變的全局優(yōu)化；通過實(shí)際反饋信息基礎(chǔ)上的反復(fù)優(yōu)化，能顧及到不確定性的影響并及時(shí)加以糾正。DMC算法比只依靠模型的一次優(yōu)化更能適應(yīng)實(shí)際過程，有更強(qiáng)的魯棒性。
　　
　　為了克服再熱器出口汽溫的純滯后性、大慣性環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)，本文采用DMC-PID串級控制。實(shí)踐證明，該方法可以有效提高控制精度并降低煤耗。
　　
　　一、再熱器控制對象的動(dòng)態(tài)特性
　　
　　本文采用某火力發(fā)電廠300MW機(jī)組再熱汽群制對象的動(dòng)態(tài)特性模型。為了盡快使蒸汽流量擱試驗(yàn)為階躍擾動(dòng)，將DEH切至硬手操并采用快速回路操作，通過直接改變調(diào)門開度來改變蒸汽流量。調(diào)門開度由30%變?yōu)?4%，負(fù)荷由250MW變?yōu)?17MW，蒸汽流量改變136t/h，記錄蒸汽流量擾動(dòng)曲線。根據(jù)淞曲線求得的再熱汽溫控制對象傳遞函數(shù)為：
　　
　　在250MW的負(fù)荷工況下，再熱器控制切換解動(dòng)控制，使給水流量迅速減少92t/h（10%），記錄射流量擾動(dòng)曲線。通過試驗(yàn)曲線求得再熱汽溫控制勝在給水流量擾動(dòng)下的遲延時(shí)間和響應(yīng)速度從而求出再熱汽溫控制對象在給水流量擾動(dòng)下的傳遞函數(shù)為：
　　
　　二、動(dòng)態(tài)矩陣控制（DMC）
　　
　　2.1預(yù)測模型
　　
　　在DMC中，過程模型采用非參量形式的階躍響應(yīng)來　　
　　三、再熱汽溫仿真研究
　　
　　3.1DMC·PID串級控制系統(tǒng)
　　
　　傳統(tǒng)PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便和抗*力強(qiáng)而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一；而預(yù)測控制，特別是動(dòng)態(tài)矩陣控制，具有建模簡單、可直接處理帶有純滯后的被控對象、跟蹤性能良好和對模型失配有較強(qiáng)魯棒性的特性。將兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)，可以構(gòu)造出性能比較完善的新型控制器結(jié)構(gòu)。利用PID控制良好的抗干擾性，首先形成PID閉環(huán)控制，這是控制的第1個(gè)層次，包含被控對象zui易發(fā)生干擾的部位；再將這一閉環(huán)系統(tǒng)和被控對象一起作為廣義對象，用通常的DMC進(jìn)行控制，這是控制的第2個(gè)層次。
　　
　　與傳統(tǒng)的PID串級系統(tǒng)相比較，兩者在內(nèi)環(huán)控制上是相同的，即均采用PID調(diào)節(jié)器；而在外環(huán)控制上,DMC-PID串級控制以DMC算法取代了傳統(tǒng)的PID算法。所設(shè)計(jì)的再熱器出口溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。　　
　　由圖3（a）可知，系統(tǒng)分別在t=150s加入給水流量，在t=300s加入蒸汽流量擾動(dòng)，DMC-PID控制砒比傳統(tǒng)PID-PID控制具有恢復(fù)時(shí)間快、振動(dòng)幅度小的特點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，基于DMC-PID的再熱汽溫控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗*力，其控制品質(zhì)得到很大改善。　　
　　為驗(yàn)證基于DMC-PID的再熱汽溫控制系統(tǒng)魯棒性，將再熱汽溫控制系統(tǒng)的負(fù)荷工況點(diǎn)由原來的37%負(fù)荷變?yōu)?0%負(fù)荷，即汽溫控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)發(fā)生變化，則同時(shí)對原系統(tǒng)和變參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，由如圖3（b）所示的仿真結(jié)果曲線可以看出，對于變參數(shù)控制時(shí)，DMC-PID控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)PID-PID控制相比，其具有快速、平穩(wěn)、無差跟蹤的特性和更瀕魯棒性。
　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　針對再熱汽溫存在大時(shí)滯、時(shí)變性和大干擾特點(diǎn)，本文介紹了DMC-PID串級控制技術(shù)在火電廠再熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過DMC-PID串級控制系統(tǒng)與PID-PID串級控制系統(tǒng)控制效果的仿真比較可以看出，DMC-PID串級控制系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗*力等方面都明顯優(yōu)于PID-PID串級控制系統(tǒng)。DMC-PID控制方法結(jié)合飯測控制和串級控制的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的動(dòng)態(tài)靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)和較強(qiáng)的魯棒性，在再熱器汽溫控制系統(tǒng)中是非常有應(yīng)用價(jià)值的。