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自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用
摘要：随着计算机技术的不断发展，自动控制理论日趋成熟，自动化机械设备已广泛应用于人们日常生活的方方面面，尤其是在火电厂中的运用，对我国电力事业的现代化发展，做出了巨大的贡献。本文介绍了我国火电厂现阶段热工自动化应用现状，以及自动化控制理论在火电厂应用技术的最新进展,提出了今后自动控制理论在该领域的发展趋势，以期与同行交流。
关键词:自动控制 火电厂 热工自动化 应用
近年来,我国在自动控制技术领域的研究取得了长足的进展，其研究成果不断被应用在生活生产的各个方面.火电厂热工自动化作为一种自动控制技术,其融合了热能工程技术、计算机信息技术以及智能仪表仪器等相关技术,可实现对火电厂生产过程的各类参数进行实时监控。这一技术的运用，将有助于提高该行业的生产效率，提高企业利润,有效降低人力物力成本，实现火电企业的现代化革新与可持续发展。
一、 火电厂热工自动化发展现状
自动控制通常是指在企业生产过程中，采用自动化仪器设备代替部分甚至是全部人工操作，并依靠这些仪器设备进行自动生产，达到甚至超过人工操作的目的.自动控制理论早在上世纪前期就已经被提出，经过几十年的发展,其主要分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个不同阶段。其中经典控制理论主要以传递函数理论为基础，通过建立系统的数学模型，研究系统运行的状态和规律，从而实现自动控制.而现代控制理论中，线性控制和优化估值是其理论基础，从而使得火电厂在发电过程中实现对过程的自控。智能控制综合了前两者的优势，主要以数值计算.逻辑运算为理论基础,实现对复杂系统的精确控制.
在我国火电企业中，自动化控制理论主要运用于热工自动化中，如图1所示.
图1 火电厂自动化系统
进入21世纪后，我国的火电企业一直致力于实现火电生产的数字化和智能化，10年前，人们提出了SIS概念，并逐步走向成熟,实现产业化。目前在建或已经使用该系统的电厂就有近300家,并取得了一定的经济效益.但与DCS系统相比，任然存在较大的差距。
现阶段，我国火电厂热工自动化主要涉及自控、自检、自保和报警四个方面.其中自动检测主要是指利用自动化仪器实时检测火电厂气压、温度、流量等参数,保证相关设备正常运行。自动控制主要是贯穿整个生产过程的自动化检测处理等一些列过程，包括当生产设备出现故障时,自动保护装置将开启。对故障进行诊断，对发现的重大问题立即报警，同时关停设备，将损失降到最小.
二、 热工自动控制系统在火电厂的作用
（一)热工自动调节理论
随着我国自动化技术的发展，火电厂热工自动化技术也得到了相应的发展。目前我国火电产中多为基于PID调节器的控制设备。随着计算机技术的发展,DCS系统的发明，集现代控制论和智能控制论的有点于一身，极大提高了其性能。例如何同祥提出的利用Smith预估控制实现对时滞特性过热气温控制;韩忠旭提出的PID控制与状态反馈相结合的控制系统，实现了对锅炉气温的精确控制;杨平利用广义预测控制（GPC）成功实现对锅炉气压的测控;邱忠宇提出利用模糊神经网络算法实现对火电汽轮机故障诊断的新技术等.随着相关技术的不断发展，越来越多的公司研发出更加先进的控制模块技术。例如德国西门子公司实现了模糊控制软件模块与DCS的结合，从而实现了用户的直接调用。随着技术的进步和人们对相关研究的投入不断加大，越来越多的先进控制策略逐渐从理论走向实践，形成了自动调节理论的多元化发展。
（二） 扩展管理信息系统
自动化控制系统离不开计算机技术，它是以该技术为基础，发展起来的一种综合信息管理控制系统。DCS系统作为现行热工自动控制市场中的成熟产品，其成功的架构模式赢得了市场的认可，得到了人们的好评。再结合PLC的优点，使得其实现了系统的自我扩展，适用性更为广泛。
（三） 利于积累高级算法模块
随着自动化技术的发展，使得系统的高级算法模块日益丰富。以ZT600系统为例，该系统实现了障碍的自我报警和检修.这使得生产信息能够与计算机进行快速对接，从而提高生产效率。
三、 自动控制的具体运用
随着自动化技术的不断进步发展，火电企业也在不断创新技术，以期实现热工自动化以及电力生产全过程的自动化.其以自动控制理论为基础，结合计算机技术，热能工程技术，信息技术与现代仪器仪表技术，实现了对火电企业生产过程的智能化管理与检测，降低了企业运营成本。尤其是在一些高危工作岗位,最大限度地减少了对人的危害，对于实现未来完全意义上的无人化生产提供了理论和技术储备。就目前而言，自动控制技术主要是在以下两方面的运用。
（一)主蒸汽压力调节
主蒸汽压力是火电厂发电机组正常运行的重要参数之一，其压力值的大小将直接决定机组负荷的大小。蒸汽压力主要受到燃料调节、引风送风调节系统的影响这三个系统共同组成锅炉燃烧调节系统.因此，在调节主蒸汽压力时，应注意调节的结果需使能量平衡.其具体的调试方法主要有串级调节和串级模糊调节两种，前者以自动控制理论为基础，利用Matlab软件，进行优化处理，根据系统特点进行调试.
（二） 主蒸汽压力LQ次优调节
由于火电厂锅炉容量较大,热惯性较强，因此，在调节过程中，往往会出现较为明显的时滞情况。这将或多或少对系统的稳定性造成影响，使火电厂锅炉运行出现安全隐患问题。而PID调节器和Smith预估器能够很好的解决这一问题,根据自动控制理论，主蒸汽压力LQ在优化过程中，会不断降低维度，从而达到最优化调控目的。但是，这两种方法自身也存在着缺点，例如鲁棒性差、调节精度低，所以要实现最优的控制方案，就必须对系统进行不断地优化。
四、自动化控制理论与电气热工控制一体化发展趋势
在上世纪90年代我国火电企业主要使用在国际上广泛使用的DCS系统，其中300MW以上机组的DCS系统全被国外控制，国产的DCS系统目前只能满足200MW以下容量的机组，这使得我国的火电自动化装备发展进程严重受限.经过国家的大力支持，采取引进吸收的策略，如今我国的火电厂自动化生产面貌发生了巨大的改变。综合分析，其未来的发展方向将向着微型化、数字化、智能化方向发展.与此同时，这也表明了以后其控制工作中心的发展方向。但在今后较长的一段时间里，DCS和PLC的组合形式仍是发电机组控制的首选,同时与电气部分相结合，实现对锅炉、汽轮机、发电机一体化控制。
结束语：
随着自动控制理论在火电厂的应用，使得火电企业在生产过程中，实现了对生产过程的智能检测和控制，有利于提高火电企业的生产效率，缩减人力物力成本，为火电企业的现代化转型提供了技术支撑，为我国火电事业的发展做出理论指导。
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