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1、内模控制在火电厂主汽温系统中的应用 摘 要：基于现代火电平安高效发展，主汽温系统作为火电厂重要系统之一。对内模系统研发有肯定的必要。蒸汽通过锅炉出口温度过高简单导致过热器和高压缸超过受热范围对设备损伤较大。主汽温偏低是，首先火电生产效益降低，增加煤炭运用量。其次缩短叶片的运用寿命。威逼机组运行平安。而内模限制系统很好的解决以上问题。抗干扰实力强、较好的跟踪性以及鲁棒性。本文主要介绍内模限制系统、PID串级限制系统以及对主汽温系统进行一个简介。通过分析内模限制、PID限制进行比较其精度高和鲁棒性。 关键词：内模限制；PID限制；主汽温系统；Matlab DOI：10.16640/ki.37-12
2、22/t.2022.23.132 1 绪论 针对火电厂主汽温系统的大拖延、大惯性特性时变和非线性动 态特性，基本有以下三种限制策略：1、提出了模糊自整定PID策略。包括串级PID限制系统、内模限制系统。内模限制系统比较简单满意火电的限制性能。而且操作简洁。粗调阶段基于发电机组负荷进行模糊预整定，细调阶段基于系统的被调性能指标进行再整定，依据运行工况的变更并消退各种不行预料干扰。然后创新性地应用到主汽温限制中。2、采纳T-S模糊模型描述困难的工况条件下，并把该工况条件作为系统的内部模型，然后T-S模糊模型对该工况求逆。能够建立基本模型。3、提出了基于粒子群优化算法设计优化PID限制器的方法。 2
3、 内模限制 内模限制室依据数学模型建立起的仿真软件。设计思路简洁、对火电厂的限制系统鲁棒性有很好的限制效果。从而稳定限制主汽温限制系统，达到平安运行标准及其经济的运行模式。已在工业生产过程中广泛运用。 主汽温度对象具有大延迟、大惯性等，可以实行基于阶跃响应的最小二乘方法，依据对象的阶跃响应曲线和最小偏差得到被控对象的模型。依据相关数据串级限制仿真系统调整时间为730S，而内模限制的调整时间为650S。可以看出来内模限制系统在超调量以及调整时间都优于串级PID限制系统。 虚线部分表示内模结构部分。数学模型建立起的仿真软件实现预期效果。内模限制包括：限制器、过程模型。 内模限制系统是建立在志向条件
4、下，在实际火电厂运行状况下，会产生肯定的误差。 内模限制器的设计。通过两方面对其分析，首先在不考虑鲁棒性及其不稳定因素设计限制器，二是通过加装滤波器，对动态性能和鲁棒性进行调整。（稳定限制器设计、滤波器设计） 3 主汽温限制系统任务和设计原则 在现代火电发展中，锅炉的过热器是由三部分组成：辐射过热器、对流过热器以及减温器。将饱和的蒸汽通过过热器加热，传送到汽轮机中带动叶片做功。主蒸汽自动限制系统是将主蒸汽的温度限制在肯定范围内530-545。 3.1 主气温是锅炉的重要指标 （1）主蒸汽气温过高，将导致锅炉受热面发生形变，影响运用寿命。甚至会发生管道爆裂等危急状况。在过热忱况下设备（气缸、气门
5、、喷嘴和叶片）机械强度明显降低，对设备损失较为严峻。 （2）气温过低不利于火电机组循环的热效率。增大煤炭的运用量，增加经济负担。主蒸汽气温过低蒸汽湿度增大，降低了汽轮机运转功率，而且还会对叶片产生侵蚀作用，加快设备老化，增加运行平安隐患。 （3）主蒸汽温度改变过大，简单产生设备之间体积发生改变，导致生产运行过程中猛烈振动，增加运行平安隐患。 3.2 主汽温控中的难点 主汽温限制是锅炉的各项限制中比较困难的任务之一，造成这些困难的缘由包括以下三点。 （1）主汽温改变的影响因素众多，比如负荷改变、送风改变、给水温度的改变、减温水量的改变、火焰中心位置的改变、流经过热器的烟气温度及流速改变、锅炉受热
6、面结垢等等。 （2）在各类扰动下，被控对象有非线性、时变等特点，增大了限制的难度。 （3）主汽温大拖延、大惯性带来的限制困难，特殊是随着机组容量和参数的增加，受热面比例增大，使得拖延和惯性更大，进一步加大了限制的难度。 3.3 主气温限制系统的设计原则 以下四点设计原则：（1）影响过热汽温改变的因素许多（如负荷，烟气等），选择变更烟气量或烟气温度（如变更喷燃器角度）作为汽温调整手段时，过热汽温的动态特性较好，但实现起来比较麻烦，并可能会造成与燃烧限制系统的相互干扰。（2）当前，多采纳喷水减温的方法作为限制汽温的手段。对于维持汽温这一要求而言，被控对象主汽温在限制作用下具有大延迟、大惯性的特性，
7、假如只依据汽温偏差来变更喷水量往往不能满意生产上的要求，因此，在设计限制系统时，应当加入比过热汽温提前反映扰动的前馈补偿信号，如负荷前馈信号，导前汽温信号等。当扰动产生后，过热汽温还未发生明显改变的时候就进行调整，及早地消退扰动对汽温造成的影响，以便有效地限制汽温的改变。（3）尽量采纳快速测量元件，选择正确的安装位置，以削减限制通道的滞后和惯性。由于限制通道的滞后和惯性，不能刚好反映温度的突然改变，因此也就不能刚好地发出限制信号，造成限制系统稳定性差和限制质量不好。（4）对于现代大型锅炉，由于过热器管道加长，结构变得困难，其滞后和惯性大大增加，为了完成限制主汽温柔爱护过热器两个任务，多采纳分段
8、汽温限制系统。 由于各种锅炉过热器的结构存在差异，所以它们的动态特性和静态特性也有差异，因而，过热汽温的自动限制系统大致可分为：串级汽温限制系统，采纳导前汽温微分信号的双冲量汽温限制系统，相位补偿汽温限制系统和分段汽温限制系统。 目前，在火力发电厂的主汽温限制系统设计中，多数是采纳的串级限制系统和采纳导前汽温微分信号的双回路汽温限制系统。 4 仿真探讨 主汽温限制系统是火电厂中重要的限制系统之一。锅炉主气温是影响电厂运行过程重的重要指标。主气温过高，简单烧坏过热器，引起过热器爆管严峻事故。主气温过低，会降低运行效率，增加经济效益而且存在平安隐患。每降低5-10，热效率降低在1%，增加经济负担，
9、煤炭运用量增大。并且温度过低会侵蚀叶片，加快设备老化程度。先通过探讨内模限制IMC应用在主汽温上，从而本质上解决了很大一部分平安问题。将内模限制IMC当作串级限制系统重的主调整器，通过仿真试验表明IMC比串级PID性能更加优越。 4.1 串级限制系统 导前区是一个快速环节，利用的是纯比例限制，常规PID限制器的整定方法回路得串级限制。 4.2 鲁棒性分析比较 为了进行鲁棒性分析，分为以下两种状况：内扰，外扰。在两种状况下对象参数改变分别对串级PID限制系统和内模限制系统进行仿真比较。 5 总结 火电厂的主汽温是大惯性、大滞后的对象，并且通过动态特性随机组的符合的改变发生改变，运行过程中干扰因素
10、多。从以上的论文数据显示实际的PID主汽温限制系统实例来看，并不能很好的限制效果。在充分考虑主汽温是大惯性、大滞后、鲁棒性的因素特性，故研发出内模限制系统，该系统能很好的识别模型后，就能求出内模限制器。而且能精确推断出来。依据内模限制原理，设计限制器采纳了Matlab软件进行仿真。对更好地探讨不确定大延迟对象的限制有一点意义。 本文主要对以下三点工作： （1）介绍现代火电背景下，研发内模限制系统的重要性。锅炉主汽温限制策略探讨，综述了引起锅炉温度改变的因素、限制的必要性、以及平安经济问题。 （2）系统的介绍了主汽温限制系统的任务、设计原则以及主要难点。 （3）基于内模限制理论，利用最小二乘识别
11、出模型，求取内模限制器，对内模限制系统和串级限制系统PID系统进行比较。从数据表明内模限制系统优于串级限制系统PID。 参考文献： 1王加璇，姚文达.电厂热力设备及运行J.北京：中国电力出版社，19101. 2陈夕松，汪木兰.过程限制系统J.北京：科学出版社，2022. 3杨平，张甲丞，徐春梅.火电厂主汽温内模限制的仿真试验探讨J.华东电力，2022，36（06）. 4于湘涛，刘红军，王晓慧，李峰.基于内模PID限制的火电厂主汽温限制系统J.自动化技术应用，3003，22（07）：50-52. 作者简介：张方（11018-），男，浙江余姚人，本科，助理工程师，项目经理，探讨方向：电厂自动化。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页