基于事件触发机制的火电厂主蒸汽温度控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于火电厂控制技术领域，具体涉及一种基于事件触发机制的火电厂主蒸汽温度控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]改革开放以来，经济得到飞速发展，同时也带来了日益严重的环境污染和能源消耗问题。其中电力行业尤为严重，特别是大容量的发电机组的不断建设，提高运行效率和经济性成为迫切的需要。火力发电是指利用煤炭等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的总称;火力发电机组主要包括锅炉、汽轮机、发电机、磨煤机、一次风机和DCS控制系统等设备;磨煤机将煤块研磨成煤粉，由一次风机提供一定压力、一定流量的一次风，将煤粉干燥并送入锅炉炉膛，煤粉在炉膛内燃烧并将释放出的热量传递给水，将水加热成一定温度和压力的蒸汽，输出至汽轮机，汽轮机将蒸汽的能量转换为机械能，驱动发电机发电。协调控制是指将锅炉控制和汽轮机控制两个子系统作为一个整体、互相协调配合地进行控制，使锅炉和汽轮机尽快地共同适应电网负荷变化的需要，又共同保持机组安全、稳定运行。其中，锅炉主蒸汽温度(即主汽温)是影响火电厂热效率的一个重要因素，过高或过低都会影响机组的安全经济运行，调节主蒸汽温度的目的是在各种工况下主汽温都能维持较小的波动范围，以提高主蒸汽温度的设定值，进而达到更高的热效率。随着高参数、大容量机组逐步参与电网调峰，机组负荷会发生大幅度变动，主蒸汽温度也将承受剧烈变化。优化主汽温预测控制方法，提高控制精度和稳定性，能够减少爆管事故的发生，提高机组变负荷快速响应能力，对于机组的长期安全、经济运行具有重要意义。在计算机技术发展迅速的今天，许多先进控制方法的提出和应用为此提供了很好的启示作用。
[0003]目前火电厂常规的主蒸汽温度控制一般结合前馈补偿和串级控制系统等策略，且串级控制系统的设计方法是:其主、副控制器采用PID(比例-积分-微分)控制器，且由于主汽温控制对象有较大的迟延和惯性存在，所以其主控制器采用PID(比例-积分-微分)控制规律，副控制器一般采用PI(比例-积分)或P(比例)控制规律，副控制器接受导前汽温信号和主控制器输出信号。当过热汽温升高时，主控制器输出减小，副控制器输出增加，减温水量增加，过热汽温下降。在主、副控制器均具有PI控制规律的情况下，主、副控制器的输入偏差均为零。因此可以认为主控制器的输出是导前汽温的给定值。
[0004]请参考图1，上述这种串级控制系统具有内外两个回路，外回路由主汽温对象10、主汽温变送器(主检测变送器)11、主控制器12及整个内回路组成，内回路包括导前汽温变送器(副检测变送器)20、副控制器21、执行器22、减温水调节阀23、减温器24及过热器25、26等，内回路是以导前汽温变送器20输出的导前汽温为被调量、以减温器24为控制对象等组成的一个单回路控制系统。此外，内回路还是一个随动控制系统，需要以外回路的主控制器12的输出作为设定值，并利用副控制器21的输出控制执行器22来实现对减温器24的控制。因这一系统的控制对象迟延和惯性较小，所以它的控制过程是稳定的。当减温水发生扰动或减温器24后的过热器出口蒸汽温度发生变化而引起导前汽温变化时，系统能及时调整，快速稳定，减小扰动、特别是减温水扰动对过热汽温的影响；相对于内回路，外回路是一个低速回路，它的主要任务是维持主汽温等于给定值。主蒸汽温度有着复杂的动态和强耦合特性。上面所述常规的PID控制仅仅关注控制回路中单个输入输出变量之间的关系，而无法对强耦合或者次强耦合的输入输出变量之间的关系予以补偿。在实际运行中，一方面由于副控制器的不断调节，使得控制阀等执行器频繁操作，降低了使用寿命；另一方面，这种常规的主汽温控制策略，采用固定参数或分段PID构造控制器，没有完全考虑主汽温在变负荷下模型变化的影响，控制效果仍会很不理想，严重影响了机组的经济性和安全性。
[0005]预测控制是一种在实际工业过程中发展起来的计算机控制技术，最大优点是对模型精度要求不高，且跟踪性能好，比较适用于复杂工业过程的控制，特别是比较适合于大滞后被控过程的自动控制。主蒸汽温度被控对象同样是一个大迟延系统，预测控制的“超前”控制是改善主蒸汽温度控制品质的一个有效手段，例如，中国专利《一种火电厂主蒸汽温度控制方法》，授权号ZL201310167926.5，提出主蒸汽温度的动态矩阵控制一比例积分微分控制(DMC-PID)串级控制方法。分数阶PI控制相比常规PI控制控制参数的整定范围变大，控制器能更加灵活的控制被控对象，控制效果更好，但目前未发现将传统火电厂主蒸汽温度PID控制方法、预测控制、事件触发机制集合于一体的方法应用于火电厂锅炉主蒸汽温度控制的文献、报导。
【发明内容】
[0006]为解决以上问题，本发明公开了一种基于事件触发机制的火电厂主蒸汽温度控制系统及方法，能够集传统火电厂主蒸汽温度PID控制方法、预测控制、事件触发机制于一体，对主汽温控制系统进行优化，使主汽温的控制具有较强稳定性和鲁棒性，并通过事件触发条件的判断来决定执行器的操作，以保证机组的稳定节能运行和使用寿命。
[0007]本发明采用以下设计方案:
[0008]—种基于事件触发机制的火电厂主蒸汽温度控制系统，包括外环预测控制回路和内环PID控制回路;所述内环PID控制回路包括依次连接的副检测变送器、副控制器、执行器以及减温器;所述外环预测控制回路包括依次连接的主汽温对象、主检测变送器、主控制器以及整个所述内环PID控制回路，所述主控制器包括参考轨线引入器、在线校正器、事件触发器、预测模型器、比较器以及优化计算器，所述参考轨线引入器和所述在线校正器的一个输入端均连接至所述主检测变送器的输出端，所述在线校正器的输出端连接至所述事件触发器的输入端，所述参考轨线引入器和所述事件触发器的输出端均连接至比较器的输入端，所述比较器的输出端连接至优化计算器的输入端，所述优化计算器的输出端连接至所述副控制器的输入端和所述预测模型器的输入端，所述预测模型器的输出端连接至所述在线校正器的另一个输入端。
[0009]进一步的，所述事件触发器中建立有事件触发规则或触发函数:
[0010]G(yP(k) ,yP(k+i))= yP(k)-yP(k+i) I _σ，其中，G(yP(k)，yP(k+i))是所述在线校正器的当前时刻(k+i)的输出信号yP(k+i)与上一时刻的输出信号^(10之间的触发函数，σ为属于(0，1)的有界正数，I I I I表示范数，i = l，2，...，为正整数。
[0011 ]进一步的，当所述触发函数小于等于O或者所述事件触发器当前时刻接收的信号不满足所述事件触发规则时，则认为没有发生“事件”，所述事件触发器的输出端无输出信号；当所述触发函数大于O或者所述事件触发器当前时刻接收的信号满足所述事件触发规则时，则认为触发了 “事件”，所述事件触发器的输出端会输出所述当前时刻接收的信号。
[0012]进一步的，所述内环PID