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1、600MW600MW 机组汽包锅炉水位控制系统设计与仿真机组汽包锅炉水位控制系统设计与仿真一一 、选题背景和意义、选题背景和意义随着工业生产在规模扩大的同时,不断创新的生产设备,锅炉作为整个电厂的热源和动力,也向着大容量、高参数、高效率的不断发展扩大。目前,我国现有的工业锅炉几十万台,然而,由于技术落后,设备陈旧,低工作层次,锅炉工业炉和工业炉奋目前普遍存在热效率低,能耗高的问题。面对能源短缺的危机,釆用计算机控制锅炉和工业炉密是一个重要的节能措施,实践证明,采用计算机控制炉可以节省 510 %的能量。火电厂锅炉以其大容量,参数(压力,温度)一般高于工业锅炉,在火电厂作为关键的动力设备,锅炉技
2、术的进步对电力生产的发展有直接影响。同时,为了确保安全,稳定生产,锅炉设备的控制系统变得越来越重要。可见,加快工业锅炉的技术改造,迅速增加其自动化控制水平是一项紧迫的任务。其中,7_K 位、压力、温度为锅炉运行质量好坏的重要指标。水位过高,冲击分离器,以产生蒸汽带水的现象,水位太低,汽水循环系统受到影响,造成的局部过热致使金属管爆裂。因此,必须严格控制水位在规定范围内,确保该设备的正常运行。将水位、温度、压力控制在规定范围内刻不容缓。汽包水位是保证锅炉正常、安全运行的重要指标,水位过高产生蒸汽带水现象,水位过低则，影响汽水循环系统,致使高压金属管局部过热爆裂。采用自动控制系统将汽包水位保持在规
3、定范围之内,保证其它各工作部件的正运行。本文主要结合现场工作条件下介绍汽包锅炉水位控制系统软硬件的工作过程,同时简单介绍 6600MW 超临界机组汽包锅炉水位控制系统设计与仿真。二、国内研究现状二、国内研究现状作为火电厂行业发电设备之一,锅炉是一个多输入,多输出,多回路,非线性的相互关联的生产设备,输入和输出参数也相互交叉影响。锅炉控制系统调节对象较复杂,调节参数、被调节参数和错综复杂的扰动参数较多,因此必须依靠自动化装置的协调操作来代替人工操作,使气温气压保持在规定范围之内,蒸汽量可适应汽轮机工作所用的产量相适应;控制给水量使得汽包水位保持在正常水位运行从而保证合格的蒸汽品质;锅炉工作过程中
4、应稳定经济的燃烧,减小热量损失提高锅炉效率;自动控制系统应同时满足及时且准确的对锅炉工作系统进行自动调整。目前生产现场中均根据具体的生产要求和特点,在单回路的基础上考虑多变量的回路并加以修正。汽包锅炉水位的自动调节控制系统的作用即为将锅炉这样一个设备、参数较复杂的控制对象可以安全、可靠和经济的运行。随着电子计算机技术在锅炉自动控制系统中的广泛应用,现代以煤为燃料的大容量高参数再热锅炉的劳动条件、工作环境均得到一定程度的改善,其安全性和经济性也得到进一步的提髙。目前火电厂所使用 600MW 机组汽包锅炉水位控制理论如下:1.基于模糊 PID 控制的控制系统釆用模糊 PID 控制系统主要根据 PI
5、D 控制器的三个参数与偏差 e 和偏差的变化之间的模糊关系,在运行时不断检测 e 和偏差的变化,通过事先确定的cece关系,利用模糊推理的方法,在线修改 PID 控制器的三个参数,让 PID 参数可自整定。此控制系统原理简单、使用方便,而且具有更大的灵活性、适应性,控制精度也更高。2.基于集散控制的控制系统集散控制系统(DCS),被称为分布式控制系统,相对于集中控制系统的一个新的计算机控制系统而言,它是基于集中控制系统演变发展而来的。在系统的功能方面,DCS 和集中控制系统之间的区别不大,但实现方法是完全不同,该系统由工程师站,操作员站,现场控制器,通信网络和其他组件组合而成。目前使用较为广泛
6、的是由浙大中控研制开发的 JX 300DCS 集散控制系统,在该系统控制下,可以使汽包水位误差小于士 10mm,蒸汽压力误差小于士 0.05mPa,排放废气中含氧量从 2.5VOL%l%下降至 1.5VOL%0.4%,系统运行稳定、无振荡、蒸汽耗热量大大降低,可提高动态控制品质,改善劳动环境,经济效益较高。3.基于神经网络的控制系统现代科技应用中,科学家将神经网络控制系统也应用与锅炉控制系统中,起到了非常好的作用。神经网络控制具有很强的能力来逼近非线性函数,即非线性映射能力,该控制系统釆取这一独特优势,实现更好的控制能力。能够输入 ziJ出信息进行分析的神经网络系统,通过釆集、归纳、“自我学习
7、”等功能,产生相应的隶属函数和模糊规则对控制系统的要求进行实时处理。其次,神经网络釆用并行分布式信息处理方式,处理难以用经典模型或描述的过程或系统,其信息综合能力较强,不仅适用于过程控制,同样也适用于实时控制。4.基于专家控制的锅炉控制系统在锅炉控制系统中的一些控制对象,其控制性能指标、实时性及可靠性的要求较高,同时为满足其性价比的要求,可以将专家控制系统简化,相当于专家控制器。该控制器通常由知识库、控制规则集、推理机制、信息采集和处理结构组成,其中包含了大量的在该领域的知识和专家水平经验,利用人类专家的知识和解决问题的思维方式来处理高层次的问题5。通过一个或多个专家所提供的专业知识内容,通过
8、推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以解决那些需要人类专家才能处理好达到较满意的控制复杂的问题。基于专家控制的锅炉控制系统控制性能较好,动态性能也更好,简单易懂,相较于传统 PID 参数调节也更简易、方便。综合目前的研究情况及应用情况来看,已具有较强自学习能力的神经网络控制系统及具有较强知识表达能力的人工模糊智能 PID 控制仍占据重要地位。该两种控制精度较高,反映较灵敏,且相对性价比较低,是锅炉水位控制系统中的核心控制方式。3 3、国外研究现状国外研究现状在国外对电站锅炉 600MW 机组水位控制系统的研究中，主要以将各种控制方法用于实际系统中为主，如鲁棒控制，人工神经网络控制以及模糊控制等
9、。Adarsha Swarnakar 等人提出一种使用输出反馈的线性矩阵不等式解法(LMI)，对锅炉的给水系统进行控制，作者首先讨论了输出反馈应用在线性矩阵不等式解法中对系统稳定性的影响。随后对锅炉汽水系统(包括上升管，下降管系统以及汽包）进行机理建模，并将得到的微分方程变换成状态空间形式，并使用输出反馈的线性矩阵不等式求解器进行求解，结果显示系统具有较强的稳定性和较好的控制效果。P.K.Saha 及 Mohammed Shoib 等人在文中将人工神经网络方法应用到 ZIA 肥料有限公司的一台小型锅炉上，作者为该汽包锅炉建立了集中控制系统，包括风油配比，燃烧控制以及锅炉给水控制，结果显示，人工
10、神经网络控制方法效果优于于传 PID 控制策略。A.M.Prokhorenkov，A.S.Sovlukov 等人将模糊控制策略用到锅炉的集中控制系统中，并在国家区域供热公司 TEKOS 下属的 Severnaya 供热站用锅炉进行实验研究，该电站采用 TDC-3000 控制系统。结果显示模糊控制具有较优的控制效果。4 4、未来发展趋势未来发展趋势随着测量技术和计算机信号、控制策略处理技术的不断提高，600MW 锅炉汽包水位控制将不再是一个难以应对的棘手问题。针对不同的机组设备，一定会有一套适合的参数，一套完整的逻辑来完成汽包水位自动控制的系统的稳定、准确、快速动作，较好的实现自动控制的最终目的
11、。5 5、参考文献参考文献1、热工自动控制系统 文群英主编 中国电力出版社；2、李晓燕,孙建平,李伟,王立军,韩猛. 汽包锅炉给水串级三冲量控制系统J. 机械工程与自动化. 2010(01)3、王卓,付冬梅,刘德军. 锅炉汽包水位控制系统的研究J. 自动化仪表. 2006(11)4、胡伟,王福忠,余发山,闫有运. 工业锅炉汽包水位模糊 PID 控制策略的研究J. 焦作工学院学报(自然科学版). 2001(04)5、8 黎兵,李夔宁. 汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的 MATLAB 仿真J. 东北电力技术. 2006(06) 6、热工过程自动调节 丁轲轲主编 中国电力出版社；7、热工控制系统 边立秀主编 中国电力出版社；8、热工自动控制系统 李遵基主编 中国电力出版社；9、自动控制原理 于希宁主编 中国电力出版社；10、孙民爱,郭富丰,朱景军. 汽包水位控制及变参数调节在金山热电厂的应用J. 内蒙古科技与经济. 2012(13)11、钟荡宇. 加热炉汽化系统汽包水位控制方法J. 黑龙江科技信息. 2013(15) 12、 高宏彪. 锅炉汽包水位测量选择及应用J. 管道技术与设备. 2009 (05)13、7 李会军,赵东升. 火电厂汽包水位测量误差分析及措施J. 华北电力技术. 2007(01)
