【摘 要】电厂锅炉，

作为火电厂三大主设备（锅炉、汽轮机、发电机）之一，是火力发电厂最重要的工业生产设备，在火电厂运行系统中，是提供动力的关键设备。对于大型锅炉机组来说，锅炉出口的过热蒸汽温度是蒸汽重要的质量指标，直接影响锅炉汽轮机的安全经济运行。目前，主蒸汽温度调节系统的控制器一般采用基于数学模型的常规PID控制器。但是主蒸汽温度PID调节具有响应速度慢，适应机组负荷能力差，调节品质差的一些负面特性，使得其控制难以达到令人满意的效果。现在简单介绍一下国内有关锅炉蒸汽温度控制研究的研究背景及意义。

【关键词】锅炉蒸汽温度控制；模糊神经网；动态矩阵控制；Matlab仿真

引言

21世纪的到来，人类将进入一个以知识经济为特征的信息时代，检测技术、计算机技术和通讯技术一起构成现代信息的三大基础。有的专家认为：在计算机和自动化领域，20世纪80年代的热点是个人计算机，90年代是计算机网络，而21世纪的热点必将是向传感、执行与检测方向发展。锅炉自动化控制系统作为传感、执行与检测技术的一个应用方面也必将跨入数字化、网络化和智能化时代。

一、选题背景

目前中国电力系统正经历着一场以市场经济为导向的巨大变革——以数字电力系统（DPS）为代表的计算机技术、通信技术、控制理论及信息处理技术、新材料、新工艺的高速发展。其中，发电环节的热力发电厂及其生产过程自控系统的技术更新速度大大加快，不同技术之间的相互渗透、相互融合也越来越普遍。电厂热力过程自动化的发展迎来了前所未有的机遇。

随着我国经济的高速发展，对重要能源“电”的要求快速增长，大容量发电机组的投入运行以及超高压远距离和直流输电的混和电网的建设，以三峡电网为中心的全国性电力系统的形成，电力系统的不断扩大，对其自动控制技术水平的要求也越来越高。同时，地方性的自备热电厂仍有长足发展，随着新建及改造工程的进行，其生产过程自动控制与时俱进，小容量机组“麻雀虽小，五脏俱全”，自备热电厂有其自身特点：自供电、与主电网的关系疏及相互影响小，供热及采暖季节性等，可以提供更多的应用、尝试新技术、新产品的机会和可能性。这样做的重要目标是提高和保证电力、热力及生产过程的安全可靠、经济高效。为了适应发展并实现上述目标，必须采取最新的技术和控制手段对电力系统的各种运行状态和设备进行有效的自动控制。

火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点能源工业之一。其单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，大型机组多至上千个参数需要监视、操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，单元机组自动化水平受到特别的重视。

锅炉控制系统的发展过程与其它事物样，也经历了由简单到复杂、由机械到电子的过程。锅炉自动化控制系统是根据要求或负载特性，自动对锅炉热工参数进行检测与显示、对锅炉的运行进行控制、并实施保护与联锁，以达到生产具有一定参数的蒸汽或热水、保证锅炉运行的安全性和经济性的自动控制系统，是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。锅炉控制系统具有提高锅炉输出参数的稳定性、保障操作人员及设备的安全、改善锅炉房的生产条件、减轻司炉人员的劳动强度、节约能源等优点。从某种意义上来说，自动控制系统的优劣决定了锅炉的安全性、经济性和锅炉的寿命。

我国目前电站锅炉中燃煤炉占有最大比重，锅炉是生产蒸汽的设备，其过热蒸汽温度是保证电站锅炉机组安全、稳定、经济运行的重要参数和指标之一。在火力发电厂中普遍实现热力过程自动化的今天，实现及做好过热蒸汽温度自动控制就如同其他重要参数：汽包水位控制、燃烧过程控制及协调控制等是必要和具重大意义的，实现电站热力过程自动化具有以下几方面优点：

1）提高机组运行的安全可靠性。安全可靠性是机组运行的首要要求，热力系统复杂，需要监视、控制的项目多，靠人来监视和操作，不仅劳动强度大，而且常常难以胜任，同时极易因误操作而造成事故，采用自动化控制系统来完成监视和操作大大提高机组运行的安全可靠性。

2）提高机组运行的经济性。自动化控制系统能保证机组在良好状态下运行，因此，可以减少事故停机的损失和设备检修费用，可提高热效率，降低供电热耗和煤耗。

3）减少运行人员，提高劳动生产率。

4）改善劳动条件。实现生产过程自动化，可使运行人员从繁忙的体力劳动和紧张的精神负担中解脱出来，值班员除在机组启停时有些操作外，正常运行时只需在控制室内集中监视主设备及自动化仪表的运行情况。

在我们国家，现有中小型锅炉三十多万台，在每个工矿企业单位，锅炉都是作为将一次能源——煤、石油、天然气转换为二次能源——蒸汽的重要设备，因此其工作情况的好坏直接关系到能源的利用率高低。在当前社会，节约能源，改善环境是每个部门乃至每个公民关心的大事，所以说保证锅炉能够安全、有效、经济的运行变得尤为重要。然而现如今许多中小型企业的锅炉生产还在实行人为操作，不仅工作人员的劳动条件差，劳动强度大，而且使锅炉的热效率很低，资源浪费严重。即使有些单位采用锅炉生产自动控制，但是，由于种种原因，控制系统也不能很好的满足生产需要，因此设计一套切实可行的自动控制系统方案势在必行。针对中小型锅炉自身的特点研究出一套行之有效的控制方法并应用在控制过程当中对推动电力热工自动控制在我国的普及应用也具有重大的意义。

二、研究目的和意义

实现火力发电机组的自动控制，是保障设备安全，提高机组经济性，减轻劳动强度及改善劳动条件的重要技术措施。火力发电机组控制的中心问题是：一方面要求机组迅速地跟踪电网负荷的变化，另一方面在负荷变化时要保证机组的稳定运行，特别是保持主要参数（主蒸汽压力、主蒸汽温度、汽包水位等）的波动不超出运行规程规定的限值。但火电厂动力装置是一个高度复杂、大滞后和非线性的多变量控制对象，传统的控制方式主要是常规PID控制，并以它固有的简单性，通用性和鲁棒性等特点，始终在电厂控制过程中占首要地位。针对电厂热工控制过程的特殊性，将先进的控制方法应用到生产过程控制中是目前研究的热点。

锅炉机组的非线性、大滞后等特性，使得传统的PID控制不能满足控制所要求的性能指标，以锅炉蒸汽温度为例，目前大型火电机组中锅炉过热汽温控制系统及协调控制系统等关键控制系统品质大多不理想，究其原因，主要是被控对象的动态特性具有非常大的滞后。但为了设备安全，还必须严格控制过热器的温度。对于发电厂中的中、高压锅炉，过热蒸汽温度偏差不允许超过设计值的。若过热汽温过高可能会使过热器、汽轮机高压缸等设备过热变形而造成损坏，过热汽温过低又会降低机组的热效率。所以提高蒸汽温度的控制水平，直接关系到设备的安全和系统的生产效率。

目前，主蒸汽温度调节系统的控制器一般采用基于数学模型的常规PID控制器。而主蒸汽温度PID调节响应速度慢，适应机组负荷能力差，调节品质差。因而，对蒸汽温度控制系统的改进一直就没有间断，包括线性和非线性模型的建立及各种控制方法，如串级控制、预测控制、最优控制、神经网络控制、鲁棒控制、容错控制、自整定控制等。为了更好的控制蒸汽温度，一般采用串级控制，但由于锅炉系统的大滞后，非线性等特性，在某些情况下单纯的串级控制控制效果不是特别理想，因此文中提出一种模糊神经网络技术控制方法，最终达到节能低耗、提高生产效率的目的。