本發(fā)明涉及火力發(fā)電鍋爐主蒸汽溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種鍋爐主蒸汽溫度多參量智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鍋爐作為火力發(fā)電過(guò)程中的三大重要設(shè)備(鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī))之一，是最重要的生產(chǎn)設(shè)備，在電廠運(yùn)行過(guò)程中，是為汽輪機(jī)提供動(dòng)力的關(guān)鍵。

在發(fā)電過(guò)程中，鍋爐過(guò)熱器末級(jí)出口的主蒸汽(又稱為過(guò)熱蒸汽)溫度是鍋爐機(jī)組的重要控制參數(shù)，其控制品質(zhì)的好壞直接影響整個(gè)機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于電廠鍋爐過(guò)熱器在運(yùn)行過(guò)程中，其溫度已接近過(guò)熱器金屬最高承受溫度，蒸汽溫度過(guò)高會(huì)使過(guò)熱器管道強(qiáng)度降低，使用壽命減少，長(zhǎng)期超溫10～20℃運(yùn)行，其壽命將縮短一半，長(zhǎng)期處在超溫下會(huì)造成過(guò)熱器變形而爆管，影響其安全；蒸汽溫度過(guò)低，整個(gè)機(jī)組循環(huán)熱效率隨之降低，通常蒸汽溫度每降低5～10℃，其效率降低約1％。對(duì)汽輪機(jī)而言，過(guò)高的主蒸汽溫度會(huì)造成汽輪機(jī)高壓缸渦輪受到的熱應(yīng)力過(guò)大而損壞；過(guò)低的主蒸汽溫度會(huì)使通過(guò)汽輪機(jī)最后幾段葉片蒸汽的濕度增加，造成葉片磨損。此外，溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鍋爐和汽輪機(jī)的金屬管道及零部件產(chǎn)生金屬疲勞，也會(huì)導(dǎo)致渦輪缸和轉(zhuǎn)子的脹差變化，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重震動(dòng)，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。因此過(guò)熱器出口的最終主蒸汽溫度必須嚴(yán)格地控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。通常要求不超過(guò)額定值的-10～+5℃，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行偏差波動(dòng)范圍不超過(guò)±5℃。主蒸汽的額定運(yùn)行溫度通常在500℃以上。

從圖1可以看出，包含給水系統(tǒng)和主蒸汽系統(tǒng)，所述主蒸汽系統(tǒng)包括依次連接的鍋爐汽包、一級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)減溫器、屏式過(guò)熱器、二級(jí)減溫器、二級(jí)過(guò)熱器和集汽聯(lián)箱。兩級(jí)減溫器位于兩級(jí)過(guò)熱器之間，其目的是保證各級(jí)蒸汽溫度在正常范圍內(nèi)，保證蒸汽管道不被損壞，并使最終的主蒸汽溫度參數(shù)達(dá)到要求的值。從汽包出來(lái)的飽和蒸汽先經(jīng)過(guò)一級(jí)過(guò)熱器，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)減溫器減溫，最終從二級(jí)過(guò)熱器輸出得到所需的主蒸汽。通過(guò)調(diào)節(jié)兩級(jí)減溫器的減溫水流量實(shí)現(xiàn)對(duì)各減溫器出口蒸汽溫度的獨(dú)立控制，兩級(jí)減溫器的減溫水來(lái)自給水母管。由于鍋爐汽包液位采用調(diào)節(jié)主給水閥的開(kāi)度進(jìn)行控制，鍋爐給水泵在工頻狀態(tài)下定量供水，此方式下能保證給水母管水壓波動(dòng)較小，對(duì)減溫水流量的干擾也小，兩級(jí)減溫器出口蒸汽溫度能滿足控制要求，并使最終的主蒸汽溫度偏差不大，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽溫度的控制。但在這種工作方式下，因?yàn)殄仩t產(chǎn)生的最大蒸汽量約為220t/h，每臺(tái)鍋爐給水泵功率約為1000kw，當(dāng)主給水調(diào)節(jié)閥不全開(kāi)時(shí)，會(huì)在閥前后產(chǎn)生較大壓差，導(dǎo)致節(jié)流損失太大。

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的要求，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多鍋爐逐步在進(jìn)行變頻節(jié)能改造，即向給水泵增加變頻器裝置，然后將主給水調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，通過(guò)檢測(cè)汽包液位，根據(jù)液位偏差通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)給水泵頻率控制給水量從而控制汽包液位。但這種改造后的運(yùn)行方式帶來(lái)了新的問(wèn)題，調(diào)節(jié)過(guò)程中，母管水壓會(huì)隨鍋爐蒸汽量的變化而出現(xiàn)波動(dòng)，減溫水閥流量干擾也會(huì)隨之變大，導(dǎo)致各減溫器出口蒸汽溫度控制精度變差。由于目前的這種控制方式并沒(méi)有將所需的主蒸汽溫度直接納入控制系統(tǒng)中，這樣各控制段蒸汽溫度偏差累積最終會(huì)造成出口主蒸汽溫度偏離所需溫度值。

實(shí)際過(guò)程中，各控制段采用的是簡(jiǎn)單的常規(guī)pid控制，當(dāng)主蒸汽溫度偏離所需溫度值范圍時(shí)，通過(guò)人工觀察最終主蒸汽溫度的值，由人工手動(dòng)分段設(shè)定各減溫器出口蒸汽溫度的控制值，來(lái)間接控制最終主蒸汽溫度，因此對(duì)操作人員的要求很高，不僅需要豐富的相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且還必須具備熟練的操控水平，如果控制不及時(shí)，也很難在短時(shí)間內(nèi)將主蒸汽溫度穩(wěn)定在所需的溫度范圍內(nèi)，顯然這種控制方式難以達(dá)到對(duì)主蒸汽溫度的精確控制。通過(guò)查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，目前國(guó)內(nèi)的鍋爐主蒸汽溫度基本都是采用這種控制方式，即現(xiàn)在的控制方式不能滿足精確自動(dòng)控制的要求。

由于鍋爐主蒸汽溫度控制過(guò)程中還存在被控對(duì)象慣性和延遲性較大，以及蒸汽流量、煙氣熱量、減溫水流量波動(dòng)等各種干擾影響，這些因素共同作用更加降低了對(duì)主蒸汽溫度的可控性指數(shù)?；谏鲜鱿到y(tǒng)及缺陷，又不能對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的變動(dòng)，無(wú)法對(duì)鍋爐汽包和一級(jí)減溫器、二級(jí)減溫器進(jìn)行獨(dú)立供水，鍋爐主蒸汽溫度控制缺陷無(wú)法得到改變。

要想確保主蒸汽溫度的控制達(dá)到安全穩(wěn)定，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化控制越來(lái)越重要。為此，如何實(shí)現(xiàn)蒸汽生產(chǎn)過(guò)程中主蒸汽溫度的穩(wěn)定，提高主蒸汽溫度控制質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鍋爐主蒸汽溫度多參量智能控制系統(tǒng)，控制迅速，主蒸汽溫度穩(wěn)定，溫度誤差小，可靠性高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種鍋爐主蒸汽溫度多參量智能控制系統(tǒng)，包括給水系統(tǒng)和主蒸汽系統(tǒng)，所述主蒸汽系統(tǒng)設(shè)置有鍋爐汽包，以及鍋爐汽包輸出蒸汽氣路上依次設(shè)置的一級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)減溫器、屏式過(guò)熱器、二級(jí)減溫器、二級(jí)過(guò)熱器和集汽聯(lián)箱，在所述一級(jí)減溫器的蒸汽輸出口處設(shè)置有第一溫度監(jiān)測(cè)器，在所述二級(jí)減溫器的蒸汽輸出口處設(shè)置有第二溫度監(jiān)測(cè)器，所述二級(jí)過(guò)熱器蒸汽輸出口設(shè)置有第三溫度監(jiān)測(cè)器，所述給水系統(tǒng)包括水箱，所述水箱中的水經(jīng)給水機(jī)泵輸送到所述鍋爐汽包，所述水箱中的水還經(jīng)給水機(jī)泵、一級(jí)減溫水流量閥輸送到一級(jí)減溫器，所述水箱中的水還經(jīng)給水機(jī)泵、二級(jí)減溫水流量閥輸送到所述二級(jí)減溫器，其關(guān)鍵在于：

所述主蒸汽系統(tǒng)還設(shè)置有主蒸汽控制系統(tǒng)，所述主蒸汽控制系統(tǒng)包括內(nèi)?？刂破?、減溫控制模塊、第三干擾模塊和內(nèi)部模型模塊；所述內(nèi)?？刂破鳙@取第一差值信號(hào)δt1并輸出主蒸汽溫度控制信號(hào)t1；所述減溫控制模塊根據(jù)所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1逐級(jí)對(duì)所述一級(jí)減溫器、二級(jí)減溫器的減溫過(guò)程進(jìn)行控制，從而改變所述二級(jí)過(guò)熱器輸出蒸汽的二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度值t3；所述第三干擾模塊采集第三干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)d0并輸出第三干擾信號(hào)g，該第三干擾信號(hào)g與所述二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度值t3作差后得到所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0；所述內(nèi)部模型模塊獲取所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1并輸出跟蹤溫度信號(hào)t0’；所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0和所述跟蹤溫度信號(hào)t0’作差后得到第二差值信號(hào)δt2，該第二差值信號(hào)δt2與主蒸汽設(shè)定溫度信號(hào)t作差后得到所述第一差值信號(hào)δt1。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)最終主蒸汽溫度的直接控制，通過(guò)擬合計(jì)算得到其內(nèi)部模型，根據(jù)內(nèi)?？刂圃頊p小由于主蒸汽溫度傳輸過(guò)程中形成的純滯后對(duì)控制效果的影響，使溫度調(diào)節(jié)響應(yīng)更及時(shí)。減小控制過(guò)程中時(shí)滯的影響，上述方案在主回路中采用內(nèi)?？刂品绞綄⒆罱K主蒸汽溫度納入控制系統(tǒng)中，對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行穩(wěn)定。并對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行干擾控制，提高主蒸汽溫度穩(wěn)定性。累積誤差小，控制可靠，魯棒性強(qiáng)。

進(jìn)一步地，所述第三干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)d0為流經(jīng)所述鍋爐汽包輸出的蒸汽流量信號(hào)。

采用上述方案，利用外環(huán)主回路將主蒸汽溫度直接納入了控制系統(tǒng)中，減小了各控制段獨(dú)立控制情況下的偏差累積。通過(guò)外環(huán)主回路對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行直接控制。

再進(jìn)一步描述，所述減溫控制模塊包括第一減溫控制模塊和第二減溫控制模塊，所述第一減溫控制模塊獲取所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1，并對(duì)所述一級(jí)減溫器的減溫過(guò)程進(jìn)行控制，從而改變所述一級(jí)減溫器輸出蒸汽的第一減溫溫度值t1，所述第一減溫控制模塊還根據(jù)第一減溫溫度值t1生成第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3；所述第二減溫控制模塊獲取所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3，并對(duì)所述二級(jí)減溫器的減溫過(guò)程進(jìn)行控制，從而改變所述二級(jí)減溫器輸出蒸汽的第二減溫溫度值t2，進(jìn)而改變所述二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度值t3，所述第二減溫控制模塊還根據(jù)所述二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度值t3生成所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)，將對(duì)一級(jí)減溫器、二級(jí)減溫器的控制作為單獨(dú)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，分別用來(lái)快速穩(wěn)定兩級(jí)減溫器出口蒸汽溫度，二級(jí)減溫器的蒸汽溫度設(shè)定值由一級(jí)減溫器輸出的蒸汽溫度給定，一級(jí)減溫器溫度設(shè)定值由主控制器隨動(dòng)給定。累積誤差小，控制可靠。

再進(jìn)一步描述，所述第一減溫控制模塊包括第一減溫控制器、第一補(bǔ)償模塊和第一干擾模塊，所述第一減溫控制器獲取第三差值信號(hào)δt3并輸出第一減溫控制信號(hào)a，所述一級(jí)減溫水流量閥根據(jù)所述第一減溫控制信號(hào)a來(lái)改變閥門(mén)開(kāi)度，從而改變一級(jí)減溫水流量，進(jìn)而改變所述第一溫度監(jiān)測(cè)器采集的所述第一減溫溫度值t1；所述第一干擾模塊獲取第一干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第一干擾信號(hào)d，所述第一蒸汽監(jiān)測(cè)溫度與所述第一干擾信號(hào)d作差后得到所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3；所述第一補(bǔ)償模塊獲取第一補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第一補(bǔ)償信號(hào)c，所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1與所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3、第一補(bǔ)償信號(hào)c依次作差后得到所述第三差值信號(hào)δt3。

采用上述方案，當(dāng)?shù)谝桓蓴_信號(hào)d和第一補(bǔ)償信號(hào)c對(duì)一級(jí)減溫器作用時(shí)，第一減溫控制器迅速作出反應(yīng)，并且內(nèi)?？刂破?、第二減溫控制模塊也作出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，使得兩級(jí)減溫器出口蒸汽溫度快速穩(wěn)定在同一溫度。削弱了一級(jí)減溫器減溫過(guò)程對(duì)主蒸汽溫度的影響。

再進(jìn)一步描述，所述第一干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻所述一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值，或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻流經(jīng)所述一級(jí)減溫水流量閥的水流量信號(hào)差值；所述第一補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻所述一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值，或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻流經(jīng)所述一級(jí)減溫水流量閥的水流量信號(hào)差值。

采用上述方案，針對(duì)不同的實(shí)際情況，避免流經(jīng)一級(jí)減溫水流量閥的水流量信號(hào)差值或者一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值對(duì)減溫過(guò)程造成的波動(dòng)，當(dāng)存在水流量差值或者蒸汽量差值時(shí)，對(duì)一級(jí)減溫器的減溫過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償和干擾，增強(qiáng)一級(jí)減溫器的減溫控制穩(wěn)定性。

再進(jìn)一步描述，所述第二減溫控制系統(tǒng)包括第二減溫控制器、第二補(bǔ)償模塊和第二干擾模塊，所述第二減溫控制器獲取第四差值信號(hào)δt4并輸出第二減溫控制信號(hào)b，所述二級(jí)減溫水流量閥根據(jù)所述第二減溫控制信號(hào)b來(lái)控制閥門(mén)開(kāi)度，從而改變二級(jí)減溫水流量，進(jìn)而改變所述第二溫度監(jiān)測(cè)器采集的所述第二減溫溫度值t2；所述第二干擾模塊獲取第二干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第二干擾信號(hào)f，所述第二減溫溫度值t2與所述第二干擾信號(hào)f作差后得到所述第二減溫蒸汽溫度信號(hào)t4；所述第二補(bǔ)償模塊獲取第二補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第二補(bǔ)償信號(hào)h，所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3與所述第二減溫蒸汽溫度信號(hào)t4、第二補(bǔ)償信號(hào)h依次作差后得到所述第四差值信號(hào)δt4。

當(dāng)?shù)诙蓴_信號(hào)f和第二補(bǔ)償信號(hào)h對(duì)二級(jí)減溫器作用時(shí)，第二減溫控制器迅速作出反應(yīng)，并且內(nèi)模控制器、第一減溫控制器也作出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，使得兩級(jí)減溫器出口蒸汽溫度快速穩(wěn)定在同一溫度。削弱了二級(jí)減溫器減溫控制過(guò)程對(duì)主蒸汽溫度的影響。

再進(jìn)一步描述，所述第二干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻所述二級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值，或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻流經(jīng)所述二級(jí)減溫水流量閥的水流量信號(hào)差值；所述第二補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻所述二級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值，或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻流經(jīng)所述二級(jí)減溫水流量閥的水流量信號(hào)差值。

針對(duì)不同的實(shí)際情況，避免流經(jīng)二級(jí)減溫水流量閥的水流量信號(hào)差值或者二級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值對(duì)減溫過(guò)程造成的波動(dòng)，當(dāng)存在水流量差值或者蒸汽量差值時(shí)，對(duì)二級(jí)減溫器的減溫過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償和干擾，增強(qiáng)二級(jí)減溫器的減溫控制穩(wěn)定性。

再進(jìn)一步描述，所述主蒸汽系統(tǒng)還設(shè)置有自適應(yīng)pid修正模塊，所述自適應(yīng)pid修正模塊以輸入溫度偏差e和偏差變化率ec作為輸入，所述自適應(yīng)pid控制器輸出參數(shù)增量信號(hào)δk至所述內(nèi)模控制器；

所述輸入溫度偏差e為所述主蒸汽設(shè)定溫度信號(hào)t與所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0的差值；所述偏差變化率

通過(guò)上述設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)主回路控制器參數(shù)的在線實(shí)時(shí)修正。通過(guò)引入模糊智能在線修正單元，對(duì)主蒸汽溫度偏差進(jìn)行分析，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行工況變化使主蒸汽溫度偏離設(shè)定值范圍時(shí)，通過(guò)模糊智能在線修正單元給出相應(yīng)的控制器參數(shù)修正值，并與主控制器原有的基本參數(shù)設(shè)定值疊加后得到新的控制器動(dòng)態(tài)設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器參數(shù)的動(dòng)態(tài)修正。經(jīng)過(guò)參數(shù)修正后的控制器根據(jù)輸入偏差運(yùn)算后輸出合適的控制量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以此對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行控制，從而改善常規(guī)控制方式在工況變化時(shí)，固定的控制器參數(shù)不能較好地控制主蒸汽溫度的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

本發(fā)明的有益效果：

采用兩級(jí)控制，將對(duì)一級(jí)減溫器、二級(jí)減溫器的控制作為兩單內(nèi)環(huán)控制回路，分別用來(lái)快速穩(wěn)定兩級(jí)減溫器出口蒸汽溫度，二級(jí)減溫器的蒸汽溫度設(shè)定值由一級(jí)減溫器出口蒸汽溫度給定，一級(jí)減溫器溫度設(shè)定值由內(nèi)?？刂破麟S動(dòng)給定。能快速消除減溫水流量波動(dòng)等干擾因素引起的主蒸汽溫度波動(dòng)，使系統(tǒng)快速穩(wěn)定。保證了兩控制段噴水減溫器有效配合。

通過(guò)外環(huán)主回路將主蒸汽溫度直接納入了控制系統(tǒng)中，減小了各控制段獨(dú)立控制情況下的偏差累積。

主回路采用內(nèi)?？刂品绞?，將兩單內(nèi)環(huán)回路等效為廣義的被控對(duì)象，通過(guò)擬合計(jì)算得到其內(nèi)部模型，根據(jù)內(nèi)模控制原理減小由于主蒸汽溫度傳輸過(guò)程中形成的純滯后對(duì)控制效果的影響，使溫度調(diào)節(jié)響應(yīng)更及時(shí)。

實(shí)現(xiàn)主回路控制器參數(shù)的在線實(shí)時(shí)修正。通過(guò)引入自適應(yīng)pid在線修正模塊，對(duì)主蒸汽溫度偏差進(jìn)行分析，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行工況變化使主蒸汽溫度偏離設(shè)定值范圍時(shí)，通過(guò)自適應(yīng)pid在線修正模塊給出相應(yīng)的控制器參數(shù)修正值，并與內(nèi)?？刂破髟械幕緟?shù)設(shè)定值疊加后得到新的控制器動(dòng)態(tài)設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器參數(shù)的動(dòng)態(tài)修正。經(jīng)過(guò)參數(shù)修正后的控制器根據(jù)輸入偏差運(yùn)算后輸出合適的控制量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以此對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行控制，從而改善常規(guī)控制方式在工況變化時(shí)，固定的控制器參數(shù)不能較好地控制主蒸汽溫度的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的單座燃煤鍋爐主蒸汽生產(chǎn)工藝示意圖；

圖2是本發(fā)明的主蒸汽生成工藝流程圖；

圖3是本發(fā)明的內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)框圖；

圖4是本發(fā)明內(nèi)?？刂圃韴D；

圖5是本發(fā)明內(nèi)?？刂频刃ЫY(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明的鍋爐主蒸汽溫度雙單內(nèi)環(huán)串級(jí)控制系統(tǒng)框圖。

圖7是本發(fā)明自適應(yīng)pid修正模塊組成框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式以及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

從圖1和圖2可以看出，一種鍋爐主蒸汽溫度多參量智能控制系統(tǒng)，包括給水系統(tǒng)和主蒸汽系統(tǒng)，所述主蒸汽系統(tǒng)設(shè)置有鍋爐汽包，以及鍋爐汽包輸出蒸汽氣路上依次設(shè)置的一級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)減溫器、屏式過(guò)熱器、二級(jí)減溫器、二級(jí)過(guò)熱器和集汽聯(lián)箱。

從圖1還可以看出，在所述一級(jí)減溫器的蒸汽輸出口處設(shè)置有第一溫度監(jiān)測(cè)器，在所述二級(jí)減溫器的蒸汽輸出口處設(shè)置有第二溫度監(jiān)測(cè)器，所述二級(jí)過(guò)熱器蒸汽輸出口設(shè)置有第三溫度監(jiān)測(cè)器，所述給水系統(tǒng)包括水箱，所述水箱中的水經(jīng)給水機(jī)泵輸送到所述鍋爐汽包，所述水箱中的水還經(jīng)給水機(jī)泵、一級(jí)減溫水流量閥輸送到一級(jí)減溫器，所述水箱中的水還經(jīng)給水機(jī)泵、二級(jí)減溫水流量閥輸送到所述二級(jí)減溫器。

優(yōu)選地，在鍋爐汽包蒸汽輸出口處設(shè)置有第一蒸汽流量計(jì)。在一級(jí)減溫器的蒸汽輸出口處設(shè)置有第二蒸汽流量計(jì)。在二級(jí)減溫器的蒸汽輸出口處設(shè)置有第三蒸汽流量計(jì)。

優(yōu)選地，在一級(jí)減溫器的減溫水管道上設(shè)置有第一減溫水流量計(jì)。在二級(jí)減溫器的減溫水管道上設(shè)置有第二減溫水流量計(jì)。

從圖3可以看出，所述主蒸汽系統(tǒng)還設(shè)置有主蒸汽控制系統(tǒng)，所述主蒸汽控制系統(tǒng)包括內(nèi)?？刂破?、減溫控制模塊、第三干擾模塊和內(nèi)部模型模塊；所述內(nèi)模控制器獲取第一差值信號(hào)δt1并輸出主蒸汽溫度控制信號(hào)t1；所述減溫控制模塊根據(jù)所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1逐級(jí)對(duì)所述一級(jí)減溫器、二級(jí)減溫器的減溫過(guò)程進(jìn)行控制，從而改變所述二級(jí)過(guò)熱器輸出蒸汽的二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度值t3；所述第三干擾模塊采集第三干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)d0并輸出第三干擾信號(hào)g，該第三干擾信號(hào)g與所述二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度值t3作差后得到所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0；所述內(nèi)部模型模塊獲取所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1并輸出跟蹤溫度信號(hào)t0’；所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0和所述跟蹤溫度信號(hào)t0’作差后得到第二差值信號(hào)δt2，該第二差值信號(hào)δt2與主蒸汽設(shè)定溫度信號(hào)t作差后得到所述第一差值信號(hào)δt1。

其中，結(jié)合圖4可知內(nèi)模控制原理，將圖4作等效變換，得到等效結(jié)構(gòu)圖。詳見(jiàn)圖5。

閉環(huán)系統(tǒng)有：

如果模型匹配，即gp(s)＝gm(s)時(shí)，式(1)可簡(jiǎn)化為：

y(s)＝gc(s)gp(s)r(s)+[1-gc(s)gm(s)]gd(s)d(s)(2)

此時(shí)如果滿足則有：

公式(3)表明，內(nèi)?？刂破髂軌?qū)崿F(xiàn)對(duì)參考輸入的無(wú)偏差跟蹤。然而理想控制器特性是在存在且控制器gc(s)可以實(shí)現(xiàn)的條件下得到的。然而由于控制過(guò)程中時(shí)滯和慣性環(huán)節(jié)的存在，中將出現(xiàn)純超前和純微分環(huán)節(jié)，因此常規(guī)的內(nèi)?？刂破骺砂聪铝蟹椒ㄔO(shè)計(jì)：

1)將gm(s)分為兩項(xiàng)，即:

gm(s)＝gm+(s)gm-(s)(4)

其中：gm+(s)為模型中包含純滯后和不穩(wěn)定零點(diǎn)的部分，gm-(s)為模型中的最小相位部分。

2)求取內(nèi)模控制器：

gc(s)＝f(s)/gm-(s)(5)

式中f(s)為低通濾波器，其形式為

其中λ濾波參數(shù)，是內(nèi)?？刂破鲀H有設(shè)計(jì)參數(shù)。

考慮一階時(shí)滯過(guò)程內(nèi)模pid控制器的設(shè)計(jì)

被控對(duì)象傳遞函數(shù)模型：

取濾波器為：

由式(5)可得內(nèi)?？刂破鳛椋?/p>

相應(yīng)的反饋控制器為：

為使式(10)具有pid控制器的形式，用一階taylor級(jí)數(shù)逼近時(shí)滯項(xiàng)

e^-τs＝1-τs(11)

故可得內(nèi)模pid控制器形式如下：

顯然式(12)具有pi控制器的形式。

在本實(shí)施例中，減溫控制模塊包括第一減溫控制模塊和第二減溫控制模塊，第一減溫控制模塊包括第一減溫控制器、第一補(bǔ)償模塊和第一干擾模塊，所述第一減溫控制器獲取第三差值信號(hào)δt3并輸出第一減溫控制信號(hào)a，所述一級(jí)減溫水流量閥根據(jù)所述第一減溫控制信號(hào)a來(lái)改變閥門(mén)開(kāi)度，從而改變一級(jí)減溫水流量，進(jìn)而改變所述第一溫度監(jiān)測(cè)器采集的所述第一減溫溫度值t1；所述第一干擾模塊獲取第一干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第一干擾信號(hào)d，所述第一蒸汽監(jiān)測(cè)溫度與所述第一干擾信號(hào)d作差后得到所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3；所述第一補(bǔ)償模塊獲取第一補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第一補(bǔ)償信號(hào)c，所述主蒸汽溫度控制信號(hào)t1與所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3、第一補(bǔ)償信號(hào)c依次作差后得到所述第三差值信號(hào)δt3。其中主蒸汽溫度控制信號(hào)t1作為被減數(shù)，第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3、第一補(bǔ)償信號(hào)c作為減數(shù)。

所述第二減溫控制系統(tǒng)包括第二減溫控制器、第二補(bǔ)償模塊和第二干擾模塊，所述第二減溫控制器獲取第四差值信號(hào)δt4并輸出第二減溫控制信號(hào)b，所述二級(jí)減溫水流量閥根據(jù)所述第二減溫控制信號(hào)b來(lái)控制閥門(mén)開(kāi)度，從而改變二級(jí)減溫水流量，進(jìn)而改變所述第二溫度監(jiān)測(cè)器采集的所述第二減溫溫度值t2；所述第二干擾模塊獲取第二干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第二干擾信號(hào)f，所述第二減溫溫度值t2與所述第二干擾信號(hào)f作差后得到所述第二減溫蒸汽溫度信號(hào)t4；所述第二補(bǔ)償模塊獲取第二補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出第二補(bǔ)償信號(hào)h，所述第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3與所述第二減溫蒸汽溫度信號(hào)t4、第二補(bǔ)償信號(hào)h依次作差后得到所述第四差值信號(hào)δt4。其中第一減溫蒸汽溫度信號(hào)t3作為被減數(shù)，第二減溫蒸汽溫度信號(hào)t4、第二補(bǔ)償信號(hào)h作為減數(shù)。

在本實(shí)施例中，第一干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相鄰兩個(gè)時(shí)刻所述一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值δd1。

在本實(shí)施例中，所述第一補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相鄰兩個(gè)時(shí)刻所述一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值δd1。

其中，一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值δd1＝d1i-d1(i-1)，其中d1i為時(shí)刻ti的一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)，d1(i-1)為時(shí)刻ti-1的一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)。

在本實(shí)施例中，第二干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相鄰兩個(gè)時(shí)刻所述二級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值δd2。

在本實(shí)施例中，所述第二補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)或?yàn)橄噜弮蓚€(gè)時(shí)刻所述二級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值δd2。

相鄰兩個(gè)時(shí)刻所述二級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)差值δd2＝d2i-d2(i-1)，其中d2i為時(shí)刻ti的一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)，d2(i-1)為時(shí)刻ti-1的一級(jí)減溫器蒸汽輸出口的蒸汽流量信號(hào)。

在本實(shí)施例中，第三干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)d0為流經(jīng)所述鍋爐汽包輸出的蒸汽流量信號(hào)。

從圖6可以看出，所述主蒸汽系統(tǒng)還設(shè)置有自適應(yīng)pid修正模塊，所述自適應(yīng)pid修正模塊以輸入溫度偏差e和偏差變化率ec作為輸入，所述自適應(yīng)pid控制器輸出參數(shù)增量信號(hào)δk至所述內(nèi)?？刂破?；

所述輸入溫度偏差e為所述主蒸汽設(shè)定溫度信號(hào)t與所述主蒸汽實(shí)際溫度信號(hào)t0的差值；所述偏差變化率

從圖6可以看出，自適應(yīng)pid在線修正模塊的工作原理是：首先根據(jù)操作人員的經(jīng)驗(yàn)制定推理規(guī)則，然后將輸入蒸汽溫度偏差信號(hào)模糊化處理后，在模糊智能在線修正單元中依據(jù)該規(guī)則推理運(yùn)算出相應(yīng)的決策結(jié)果，并將該結(jié)果反模糊化等處理后得到所求參數(shù)修正值，即主回路內(nèi)模pid控制器的參數(shù)修正值，將該修正值與內(nèi)模pid基本設(shè)定值疊加后作為內(nèi)模pid新的動(dòng)態(tài)設(shè)定值，從而完成對(duì)控制器參數(shù)的在線修正。參數(shù)修正的表達(dá)式如下

kp＝k′p+δkp

ki＝k′1+δki

kd＝k′d+δkd

式中k′p、k′i、k′d為控制器基本設(shè)定值，δkp、δki、δkd為修正值，kp、ki、kd為修正后的控制器動(dòng)態(tài)設(shè)定值。

其中，本方案設(shè)計(jì)的推理規(guī)則是：

1)當(dāng)e為nb且ec也為nb時(shí)，即偏差為負(fù)大且有繼續(xù)偏大的趨勢(shì)，實(shí)測(cè)主蒸汽溫度高于設(shè)定值540℃且偏差繼續(xù)增大，為盡快消除已有負(fù)大偏差及變大的趨勢(shì)，需要增大控制器比例p的參數(shù)值，為防止積分飽和需減小積分i的值，為避免過(guò)大超調(diào)，微分d取較小值或零，即δkp為pb，δki為nb，δkd為ps，這樣使得控制器參數(shù)處在控制要求內(nèi)，使得主蒸汽溫度快速穩(wěn)定。

2)當(dāng)e為zo且ec為ns時(shí)，即偏差為零且有增大趨勢(shì)，實(shí)測(cè)主蒸汽溫度等于設(shè)定值540℃但有上升趨勢(shì)，此時(shí)應(yīng)增大控制器p的值提高響應(yīng)速度，適當(dāng)減小積分i的值提高系統(tǒng)穩(wěn)定性能，微分環(huán)節(jié)取適當(dāng)值減小穩(wěn)定時(shí)的振蕩，即δkp為ps，δki為ns，δkd為ns。

3)當(dāng)e為pb且ec也為pb時(shí)，即偏差為正大且有增大趨勢(shì)，實(shí)測(cè)主蒸汽溫度低于設(shè)定值540℃且有繼續(xù)減小趨勢(shì)。為消除已有的正大偏差并抑制偏差的進(jìn)一步變大，需減小控制器p的值，并增大控制器積分和微分的值，使系統(tǒng)獲得較好的穩(wěn)態(tài)性能，即δkp為nb，δki為pb，δkd為pb。

逐條分析各種情況，可得到控制器參數(shù)模糊智能在線修正單元的模糊規(guī)則表，如下表1～3所示：

表1δkp的模糊規(guī)則表

表2δki的模糊規(guī)則表

表3δkd的模糊規(guī)則表

在本方案中，e和ec為輸入溫度偏差和偏差變化率，e和ec為模糊化處理后的溫度偏差和偏差變化率。nb(負(fù)大，negativebig)、nm(負(fù)中，negativemedium)、ns(負(fù)小，negativesmall)、zo(零、zero)、ps(正小，postivesmall)、pm(正中，postivemedium)、pb(正大，postivebig)。

應(yīng)當(dāng)指出的是，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改性、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。