火電廠再熱氣溫控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

　　在火電廠過程控制系統(tǒng)中，再熱汽溫存在大時滯、時變性和大干擾的缺點，而且具有不確定性和非線性。常規(guī)汽溫控制系統(tǒng)在機組穩(wěn)定運行時，一般能將汽溫控制在允許范圍內(nèi)。當運行工況變化較大時，常規(guī)PID控制器往往整定不良，使控制品質(zhì)變差。
　　
　　預測控制是近年發(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)的預測控制算法，其算法簡單、計算量小、魯棒性強，適用于有純滯后、開環(huán)漸進穩(wěn)定的zui小相位系統(tǒng)。預測控制汲取優(yōu)化控制的思想，利用滾動的有*段優(yōu)化取代一成不變的全局優(yōu)化；通過實際反饋信息基礎(chǔ)上的反復優(yōu)化，能顧及到不確定性的影響并及時加以糾正。DMC算法比只依靠模型的一次優(yōu)化更能適應(yīng)實際過程，有更強的魯棒性。
　　
　　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，本文采用DMC-PID串級控制。實踐證明，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態(tài)特性
　　
　　本文采用某火力發(fā)電廠300MW機組再熱汽群制對象的動態(tài)特性模型。為了盡快使蒸汽流量擱試驗為階躍擾動，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%，負荷由250MW變?yōu)?17MW，蒸汽流量改變136t/h，記錄蒸汽流量擾動曲線。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的負荷工況下，再熱器控制切換解動控制，使給水流量迅速減少92t/h（10%），記錄射流量擾動曲線。通過試驗曲線求得再熱汽溫控制勝在給水流量擾動下的遲延時間和響應(yīng)速度從而求出再熱汽溫控制對象在給水流量擾動下的傳遞函數(shù)為：
　　
　　二、動態(tài)矩陣控制（DMC）
　　
　　2.1預測模型
　　
　　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*力強而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一；而預測控制，特別是動態(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魯棒性的特性。將兩者的優(yōu)勢互補，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進行控制，這是控制的第2個層次。
　　
　　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，DMC-PID控制砒比傳統(tǒng)PID-PID控制具有恢復時間快、振動幅度小的特點。仿真結(jié)果表明，基于DMC-PID的再熱汽溫控制系統(tǒng)具有很強的抗*力，其控制品質(zhì)得到很大改善。　　
　　為驗證基于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)的負荷工況點由原來的37%負荷變?yōu)?0%負荷，即汽溫控制系統(tǒng)的數(shù)學模型參數(shù)發(fā)生變化，則同時對原系統(tǒng)和變參數(shù)系統(tǒng)進行仿真，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，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滯、時變性和大干擾特點，本文介紹了DMC-PID串級控制技術(shù)在火電廠再熱汽溫自動控制系統(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，具有良好的動態(tài)靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)和較強的魯棒性，在再熱器汽溫控制系統(tǒng)中是非常有應(yīng)用價值的。