主汽温模糊控制算法在电厂的应用

主汽温模糊控制算法在电厂的应用

北京和立时系统工程有限公司在mac系统算法中增加了燃烧模糊控制和主汽温模糊控制两个算法模块，并利用镇海电厂-5号能够进行修复的可能性，以实现其主汽温模型控制算法的组态，并将其与传统的pid控制进行了交换。并对甲二级减温进行调试，调节品质优于常规PID控制。1主汽温模糊控制算法经典控制理论和现代控制理论是建立在系统的精确数学模型基础之上的。而电厂主汽温系统并不能用数学模型精确描述，一般都简化为二阶系统。同时，主汽温系统和主汽压力系统是多变量耦合系统，并且具有大延迟的特点，利用常规PID控制无法解决系统小的超调量和响应快速性的矛盾。主汽温模糊控制算法完成的是一种仿人工智能工作。有经验的汽温操作人员将其在长期工作中积累的经验针对测量的温度值和温度变化进行比较分析、模糊推理，从而判定应该对被控对象做如何调整。在模糊自动控制中将操作人员的经验进行分析，去粗取精，总结出用计算机语言实现的控制规则，从而在执行控制动作时实现精确调节，这就构成了主汽温模糊控制算法的核心。可以看出，模糊控制系统是一种智能控制系统，而实现这种智能控制是以模糊数学作为理论基础的。在MACS控制系统中，对某些控制模糊控制可以取代常规PID算法，达到更佳的调节品质，解决系统小的超调量和响应快速性的矛盾。新的算法比老的算法在系统暂态过程中增加了导前汽温和燃料量的作用。在系统暂态过程中，主汽温模糊控制算法可以用以下公式表示：其中,Xc是主汽温模糊决策控制量,即模糊控制算法的输出，也是执行器的指令信号。Xc0是基本控制量，是操作人员通过精心手操使温度控制平稳时，再将控制器由手动投入到自动时刻的执行器的指令信号。Xe是对应于温度偏差△E的模糊控制量，△E的模糊控制量由若干数列组成，各数列的数值根据偏差的不同形成不同的层次，构成温度偏差的论域，根据不同的偏差选取不同的数列的值作为模糊控制量。Xv对应于温度偏差一次变化率△Ve的模糊控制量，Xvv对应于温度偏差二次变化率△VVe的模糊控制量，△Ve、△VVe分别对应温度偏差一次变化率的论域、温度偏差二次变化率的论域。Xcaa对应于导前温度偏差△E的模糊控制量，DPS表示燃料量的偏差。Ke、Kv、Kvv、Kcaa、Kp分别是温度偏差、温度偏差一次变化率、温度偏差二次变化率、导前温度偏差、燃料量偏差的控制系数，称为控制权值。控制权值是非线性的，Ke在Ke0（基本偏差控制权值）基础上随温度偏差的增大而增大，Kv、Kvv分别在Kv0、Kvv0的基础上随温度偏差的增大而减小。这样，就可以实现仿人工智能的模糊控制，能够及时、快速的响应系统扰动。在系统稳态过程中，温度偏差在死区范围以外，而温度偏差的一次变化率非常小的时刻（算法中称为重调阶段），主汽温模糊控制算法采取以下公式消除静差：Krst是温度偏差重调控制权值。可以看出，此刻的控制类似积分控制，Xc0将不断更新，而在暂态过程中Xc0是定值。通过不断的作用，进一步消除静差，最终偏差和一次变化率都进入到死区，调节过程结束。为了进一步增强主汽温模糊控制器的响应速度，还增加了导前温度前馈、汽包压力前馈功能。由于主汽温系统是一个慢速系统，因此模糊控制器的运算周期为5秒。在MACS系统主汽温模糊控制算法在线参数修改栏中，可以在线修改的参数为：(1)偏差死区；(2)偏差变化率死区；(3)温度偏差基本控制权值；(4)温度偏差一次变化率基本控制权值；(5)温度偏差二次变化率基本控制权值；(6)温度偏差重调控制权值；(7)导前温度控制权值；(8)汽包压力控制权值；(9)手动变化率；(10)输出上限；⑾输出下限。2甲乙模糊控制优化方案2为了保证常规控制和模糊控制的连续性，在控制算法组态中增加了模糊控制和常规控制切换逻辑，运行人员可以方便的选择两种方式运行。在系统某站中增加了两个方案页，一是甲二级减温模糊控制逻辑，另一是乙二级减温模糊控制逻辑，并对其他涉及到的方案页进行了小的修改。主要改动的逻辑做如下说明：(1)增加了部分测点逻辑量增加8点：数值量增加6点：(2)由于电磁干扰、系统测点分辨率等因素，主汽温存在0.5度左右的频繁波动，影响到模糊控制对温度偏差变化率的正确判断，因此增加了一阶惯性环节对甲乙主汽温度进行滤波，一阶惯性模块增益为1，时间常数为6。(3)上述两方案页页运算周期为2秒。(4)增加甲乙模糊控制手操器，和常规控制手操器切换运行，并相应增加跟踪、强制手动等相关逻辑。(5)对甲乙常规控制手操器强制手动逻辑进行修改。原逻辑存在以下问题：当强制手动开关为1或外部硬手操器为手动时，将手操器由自动切到手动；但是当强制手动开关恢复为0或外部硬手操器恢复为自动时，甲乙常规控制手操器自动恢复到自动状态，而处于安全考虑此时应该为手动状态。(6)在M/A二级减温控制手自动切换画面中，增加了甲乙模糊/常规控制开关。操作员现在可以在工艺系统图中进行模糊控制切投。正确的操作为：将模糊/常规控制开关按钮打到模糊，在模糊控制手操器上投自动，即进入模糊控制运行方式；将模糊/常规控制开关按钮打到常规，在常规控制手操器上投自动，即进入常规控制运行方式。3系统负荷变化情况由于乙二级减温控制中减温水调节门存在较严重的漏流，虽然对其控制参数进行了整定，但是这里只对甲二级减温控制的调节进行阐述。调试期间进行了参数整定、模糊控制器算法修改等工作。在2002年10月26日进行了扰动实验，结果令人满意。实际参数整定数值如下：实验分3个工况。(1)正常稳定工况经过25分钟的时间，负荷在180MW上下波动，最高183.5MW，最低178.5MW，乙侧主汽温度设定值为534℃，乙侧主汽温度最高为534.76℃，最低为532.32℃，最大正偏差为0.76℃，最大负偏差为1.68℃，满足系统调节品质要求。导前温度最高为484.46℃，最低为479.87℃。(2)升负荷变化经过5分钟的时间，负荷由139MW上升到169MW，负荷上升了30MW，平均升负荷速率为6000kW/min，乙侧主汽温度设定值为535℃，乙侧主汽温度最高为536.58℃，最低为533.71℃，最大正偏差为1.68℃，最大负偏差为1.23℃。(3)降负荷变化经过3分20秒的时间，负荷由165MW下降到145MW，下降了20MW，平均降负荷速率为6000kW/min，乙侧主汽温度设定值为534.5℃，乙侧主汽温度最高为545.66℃，最低为530.75℃，最大正偏差为1.16℃，最大负偏差为3.75℃。4机组的改进建议采用模糊控制解决了强化控制作用与动态过程稳定性之间的矛盾。当扰动发生时，因控制作用强，能最大限度的抑制动态偏差，使过渡过程短并保持过程的稳定，提高了调节品质。由于模糊控制适应能力强，具备抗大扰动的能力，因此实际上温度偏差大报警切手动的逻辑没有必要。因为模糊控制能够全程模拟熟练操作员精心手操的过程，即使由于煤种变化、压力突变、负荷突变等各种大的扰动，也不必解除自动，因为它已经模拟人进行了全开或全关等超强的动作。但是应当指出，理想的温度参数是要通过稳定的燃烧来控制的。对于本台机组，有以下几方面影响到温度参数的品质，希望能够改进。(1)送风量调节过快和送风偏小造成温度偏低并且变化过快。送风量偏小，是影响温度参数品质的主要原因，温度偏低后造成减温水挡板长期关闭，没有调节裕度，由于减温水本质是减温作用，因此没有调节裕度后就已经丧失了快速升温的能力。另外，送风调节过频繁，造成负荷变化后烟气量较大的扰动，影响汽温的稳定性。这里建议优化送风量调节参数，一是增加送风量，二是使送风调节缓慢一些。(2)不同方式的吹灰操作造成对温度很大的扰动，单纯靠减温水挡板无法克服。(3)较大的负荷波动也会对调节品质造成不良的影响。(4)执行机构