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【摘要】：火电厂大机组的主蒸汽压力和温度是两个主要参数，对热力设备的安全、经济运行至关重要。随着机组容量的增大，对象的可控性逐渐恶化，调节过程的稳定性降低，暂态过程的动态偏差、静态偏差及过渡过程时间均大大增加，危及机组的安全、经济运行。改善调节品质非改进控制设备、修正整定参数所能奏效，采用前馈信号也不能解决实质性问题。在锅炉控制中的主蒸汽压力、温度控制系统中采用模糊策略代替PI规律，调节品质有显著改善，取得了预期效果。本文简述火力发电厂主蒸汽压力和温度参数的优化控制方案。
关键词：压力；温度，控制量；模糊控制。
引言：
大容量热工调节对象还是一个非线性、时变性、大迟延的对象。采用惯用的PI规律进行自动调节难以达到预期结果，不能满足热力过程的要求，其设计品质（静态和动态）达不到运行人员精心操作所能保持的变化范围。在自动调节系统中，采用模糊策略，模仿有经验的人工操作，已成为改善调节品质的有力手段和必然趋势。模糊控制策略舍弃了惯用的PI规律，模仿值班员的识别、判断、操作过程，具有简明、确切及迅速等人工智能特点，较PI规律具有广泛的适应性。模糊控制策略允许调节工具提高动作幅度，迫使暂态过程的最大偏差缩小至最低限度；调节工具的动作又能适可而止，甚至适当回落，等待被控制量恢复至正常范围，避免调节过程因调节工具动作过度而产生的振荡，使克服扰动的暂态过程时间大大缩短，有效地提高了调节品质。
一、 控制系统概述
1.主蒸汽压力控制系统
以汽轮机调速汽阀前的主蒸汽压力为被控制量，经变送器（T）将压力信号变换为4～20mA DC信号，经模数变换卡（A/D）将模拟量变换为数字量，输入模糊控制系统（数字计算机）输出模糊控制量，经数模变换卡件（D/A）将数字量变换为模拟量（4～20mA），以转速控制器改变给煤浆泵的传动比，使送入炉膛的水煤浆量随着电负荷而增减，机组的输入与输出间的能量达到新的平衡，维持主蒸汽压力于给定值附近。在稳定工况下，要求压力偏差△P，≯±0.1MPA。
2. 主蒸汽温度控制系统
用热电偶测量主蒸汽温度及减温器后汽水混合温度，经温度变送器输出0～100mA DC信号，A/D卡件接受主蒸汽温度信号（T）、减温器后汽水混合温度信号（TA）及主蒸汽压力信号（PS），主蒸汽温度为被控制量，其它两个信号作为前馈信号。模糊控制系统输出的模糊控制量经D/A变换卡件、A/M切换、磁放大器。驱动执行器带动减温水调节阀改变减温水流量，改变过热蒸汽温度的降低幅度，维持锅炉出口的主蒸汽温度在允许范围内。按锅炉设计确定减温器的最大降温幅度为20℃左右（额定负荷下），最大减温水流量为15t/h，减温水温度为170℃。减温水流量调节阀的工作特性对调节品质有相当影响，如存在漏流量大、线性度差及来回变差大等问题，模糊控制程度中须采取相应对策来克服上述问题的影响。
3.模糊控制策略
建立被控制量及各个前馈变量的偏差等偏差论域由5个数列组成，每个数列分21个等级：
A数列：A1，A2……A20，A21
B数列：B1，B2……B20，B21
C数列：C1，C2……C20，C21
D数列：D1，D2，……D20，D21
E数列：E1，E2 ……E20，E21
P0T0-分别为主蒸汽压力及主蒸汽温度给定值；Xa、Xb、Xc-分别为被控制量的偏差、变化速率和二次变化率；Oa、Ob、Oc-分别为被控制量的偏差、变化率和二次变化对应的模糊控制量；Ka、Kb、Kc-分别为Oa、Ob、Oc的权值；X-最终决策控制量；K1、K2-前馈信号权值；r-被控制量变送器斜率；P、T-被控制量（主蒸汽压力及主蒸汽温度）；Pd、Dd-主蒸汽压力控制系统的前馈变量（汽包压力及主蒸汽流量）；TA、PA-主蒸汽温度控制系统的前馈变量（减温器后汽水混合温度及主蒸汽压力）
变化率及二次变化率论域由3个数列组成，每个数列分21个等级；
F数列：F1，F2……F20，F21
G数列：G1，G2……G20，G21
H数列：H1，H2……H20，H21
控制系统的输出控制量论域由1个数列组成，分21个等级；
O数列：O1，O2……O20，O21
模糊控制的语言规则是一个多级条件语句，可有XE×OE×XV×OV+XVV×OVV的一个模糊子集表示.输入与输出间的模糊关系矩阵为RE＼RV及RW。
RE=MAX[MIN（XE，OE）]
RV=MAX[MIN（XV OV]
RW=MAX[MIN（XW OW]
即RE=XE XOE
RV=XJXO
RW=XJXOW
用最大隶属度原则表示论域中各数列间每个等级的隶属性（符号及数量）。若偏差变量XE在A数列中的隶属性为：
AXE=[1，0，…，0，0]
AXE=[0，1，…，0，0]
AXE=[0，0，…，0，1]
则相应的控制量为：
AOE= [0，0，…，0，1]
AOE=[0，0，…，1，0]
AOE=[1，0，…，0，0]
偏差论域中，A数列各元素对于被控制量偏差的隶属度与输出论域中各元素对于相应控制变量的隶属度的相互关系可表述如下：
控制系统的最终输出须对各个模糊控制量及前馈变量进行权值匹配，即模糊决策。计算最终的表达式如下：
主蒸汽压力控制系统：
Xe=OE+Ke+OV×KV+OVVKVV+ΔPD×K1+ΔPS×K2+XCO
主蒸汽温度控制系统
Xe=OE+KE+OV×KV+OVVKVV+ΔTA×K1+ΔPS×K2+XCO
采用上述策略和決策，对于有自平衡能力及无自平衡能力的热工对象，均可获得稳定的调节过程。如权值配置适宜，可暂态过程不出现振荡，衰减率接近最大值（ψ=1），达到稳态值的时间最短，暂态偏差最小，调节过程最佳。但具有自平衡能力的对象，如主蒸汽温度温度控制及汽轮机调速汽门开度不变条件下的主蒸汽压力控制，会出现静态偏差，即被控制量达不到给定值或越过允许的死区，应进行必要的重调，静差消除后，重调过程结束，重调只起辅助作用。
二、结论
模糊控制规律可模仿有经验的人工操作，对大迟延、非线性和时变性等被控制对象具有广泛的适应性。在控制策略中加入人工智能，远比固定的PI规律灵活、可靠。在火电厂热力过程自动控制中应用模糊控制技术具有广阔前景，是提高调节品质的有效途径，有利于安全经济运行，降低煤耗，节约能源。
参考文献：
【1】曾光奇，胡均安，王东，刘春玲 主编，《模糊控制理论与工程应用》，华中科技大学出版社，2006-08-01；
【2】电力行业热工自动化技术委员会，《火力发电厂分散控制系统典型故障应急处理预案》，中国电力出版社，2012-06-01；
【3】电力行业热工自动化技术委员会，《和利时MACSV6系统》，中国电力出版社，2012-06-01；
关键词：压力；温度，控制量；模糊控制。
引言：
大容量热工调节对象还是一个非线性、时变性、大迟延的对象。采用惯用的PI规律进行自动调节难以达到预期结果，不能满足热力过程的要求，其设计品质（静态和动态）达不到运行人员精心操作所能保持的变化范围。在自动调节系统中，采用模糊策略，模仿有经验的人工操作，已成为改善调节品质的有力手段和必然趋势。模糊控制策略舍弃了惯用的PI规律，模仿值班员的识别、判断、操作过程，具有简明、确切及迅速等人工智能特点，较PI规律具有广泛的适应性。模糊控制策略允许调节工具提高动作幅度，迫使暂态过程的最大偏差缩小至最低限度；调节工具的动作又能适可而止，甚至适当回落，等待被控制量恢复至正常范围，避免调节过程因调节工具动作过度而产生的振荡，使克服扰动的暂态过程时间大大缩短，有效地提高了调节品质。
一、 控制系统概述
1.主蒸汽压力控制系统
以汽轮机调速汽阀前的主蒸汽压力为被控制量，经变送器（T）将压力信号变换为4～20mA DC信号，经模数变换卡（A/D）将模拟量变换为数字量，输入模糊控制系统（数字计算机）输出模糊控制量，经数模变换卡件（D/A）将数字量变换为模拟量（4～20mA），以转速控制器改变给煤浆泵的传动比，使送入炉膛的水煤浆量随着电负荷而增减，机组的输入与输出间的能量达到新的平衡，维持主蒸汽压力于给定值附近。在稳定工况下，要求压力偏差△P，≯±0.1MPA。
2. 主蒸汽温度控制系统
用热电偶测量主蒸汽温度及减温器后汽水混合温度，经温度变送器输出0～100mA DC信号，A/D卡件接受主蒸汽温度信号（T）、减温器后汽水混合温度信号（TA）及主蒸汽压力信号（PS），主蒸汽温度为被控制量，其它两个信号作为前馈信号。模糊控制系统输出的模糊控制量经D/A变换卡件、A/M切换、磁放大器。驱动执行器带动减温水调节阀改变减温水流量，改变过热蒸汽温度的降低幅度，维持锅炉出口的主蒸汽温度在允许范围内。按锅炉设计确定减温器的最大降温幅度为20℃左右（额定负荷下），最大减温水流量为15t/h，减温水温度为170℃。减温水流量调节阀的工作特性对调节品质有相当影响，如存在漏流量大、线性度差及来回变差大等问题，模糊控制程度中须采取相应对策来克服上述问题的影响。
3.模糊控制策略
建立被控制量及各个前馈变量的偏差等偏差论域由5个数列组成，每个数列分21个等级：
A数列：A1，A2……A20，A21
B数列：B1，B2……B20，B21
C数列：C1，C2……C20，C21
D数列：D1，D2，……D20，D21
E数列：E1，E2 ……E20，E21
P0T0-分别为主蒸汽压力及主蒸汽温度给定值；Xa、Xb、Xc-分别为被控制量的偏差、变化速率和二次变化率；Oa、Ob、Oc-分别为被控制量的偏差、变化率和二次变化对应的模糊控制量；Ka、Kb、Kc-分别为Oa、Ob、Oc的权值；X-最终决策控制量；K1、K2-前馈信号权值；r-被控制量变送器斜率；P、T-被控制量（主蒸汽压力及主蒸汽温度）；Pd、Dd-主蒸汽压力控制系统的前馈变量（汽包压力及主蒸汽流量）；TA、PA-主蒸汽温度控制系统的前馈变量（减温器后汽水混合温度及主蒸汽压力）
变化率及二次变化率论域由3个数列组成，每个数列分21个等级；
F数列：F1，F2……F20，F21
G数列：G1，G2……G20，G21
H数列：H1，H2……H20，H21
控制系统的输出控制量论域由1个数列组成，分21个等级；
O数列：O1，O2……O20，O21
模糊控制的语言规则是一个多级条件语句，可有XE×OE×XV×OV+XVV×OVV的一个模糊子集表示.输入与输出间的模糊关系矩阵为RE＼RV及RW。
RE=MAX[MIN（XE，OE）]
RV=MAX[MIN（XV OV]
RW=MAX[MIN（XW OW]
即RE=XE XOE
RV=XJXO
RW=XJXOW
用最大隶属度原则表示论域中各数列间每个等级的隶属性（符号及数量）。若偏差变量XE在A数列中的隶属性为：
AXE=[1，0，…，0，0]
AXE=[0，1，…，0，0]
AXE=[0，0，…，0，1]
则相应的控制量为：
AOE= [0，0，…，0，1]
AOE=[0，0，…，1，0]
AOE=[1，0，…，0，0]
偏差论域中，A数列各元素对于被控制量偏差的隶属度与输出论域中各元素对于相应控制变量的隶属度的相互关系可表述如下：
控制系统的最终输出须对各个模糊控制量及前馈变量进行权值匹配，即模糊决策。计算最终的表达式如下：
主蒸汽压力控制系统：
Xe=OE+Ke+OV×KV+OVVKVV+ΔPD×K1+ΔPS×K2+XCO
主蒸汽温度控制系统
Xe=OE+KE+OV×KV+OVVKVV+ΔTA×K1+ΔPS×K2+XCO
采用上述策略和決策，对于有自平衡能力及无自平衡能力的热工对象，均可获得稳定的调节过程。如权值配置适宜，可暂态过程不出现振荡，衰减率接近最大值（ψ=1），达到稳态值的时间最短，暂态偏差最小，调节过程最佳。但具有自平衡能力的对象，如主蒸汽温度温度控制及汽轮机调速汽门开度不变条件下的主蒸汽压力控制，会出现静态偏差，即被控制量达不到给定值或越过允许的死区，应进行必要的重调，静差消除后，重调过程结束，重调只起辅助作用。
二、结论
模糊控制规律可模仿有经验的人工操作，对大迟延、非线性和时变性等被控制对象具有广泛的适应性。在控制策略中加入人工智能，远比固定的PI规律灵活、可靠。在火电厂热力过程自动控制中应用模糊控制技术具有广阔前景，是提高调节品质的有效途径，有利于安全经济运行，降低煤耗，节约能源。
参考文献：
【1】曾光奇，胡均安，王东，刘春玲 主编，《模糊控制理论与工程应用》，华中科技大学出版社，2006-08-01；
【2】电力行业热工自动化技术委员会，《火力发电厂分散控制系统典型故障应急处理预案》，中国电力出版社，2012-06-01；
【3】电力行业热工自动化技术委员会，《和利时MACSV6系统》，中国电力出版社，2012-06-01；