一种基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置的制造方法
【专利摘要】一种基于Fuzzy?PI控制的过热汽温控制装置，包括汽温串级调节装置，所述汽温串级调节装置由低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构、高温过热器、温度变送器1、温度变送器2、调节器执行机构、流量调节阀和PI控制器组成；还包括前馈补偿装置、状态观测装置和Fuzzy控制器；前馈补偿装置把减温水温度的干扰作为前馈信号，以消除其变化给汽温带来的干扰。状态观测装置引出状态变量反馈到减温器上，以控制减温水流量。采用根据过热汽温的偏差和偏差变化量来调整Fuzzy?PI控制器的量化引子、比例因子，根据系统实际情况控制过热器的出口蒸汽温度，以提高过热汽温控制系统的抗干扰能力和快速响应能力。
【专利说明】
一种基于Fuzzy-P I控制的过热汽温控制装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种火力发电厂汽包锅炉的过热器蒸汽温度控制装置，具体涉及一种基于前馈和Fuzzy-PI(模糊-比例积分)复合串级控制的过热汽温控制装置。
【背景技术】
[0002]火电厂的汽包式锅炉是一种能产生符合要求蒸汽的热交换设备。由于其控制变量多、非线性度高、干扰多、系统滞后大，对汽包式锅炉的控制难度很大。锅炉的过热器蒸汽温度是火电厂机组安全运行的重要参数，蒸汽温度过高会使过热器受到太高的热应力而损坏，蒸汽温度偏低会降低机组的热效率，影响机组的经济运行，因此对蒸汽温度控制要求十分严格。但过热器的蒸汽温度受到减温水温度变化、减温水扰动、负荷扰动、燃烧扰动等干扰因素影响，而且过热器在不同的工况下汽温特性差异较大，目前一般以喷水减温的控制方式调节汽温。
[0003]一般情况下火电厂过热器温度与规定值的实时误差不超过±10%，长期持续误差不超过±5%。目前的过热汽温调节系统主要有两种:(I)过热汽温串级调节系统；(2)导前汽温微分信号的双回路汽温调节系统。这两种控制系统均采用PID(比例-积分-微分)控制器进行调节，一般将PID控制器的三个参数Kp、Ti和Td设置为固定值，当系统受到多种变量的扰动时，PID不能随之进行调整，会出现滞后和大幅震荡现象。而且被控对象(蒸汽温度)在不同的负荷和不同燃烧工况下差异较大，所以控制难度较大。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于前馈和Fuzzy-PI复合串级控制的过热汽温控制装置，用来解决目前技术存在的干扰因素多、滞后大、过热汽温振荡大以及不同工况下汽温特性差异大带来的不利影响。
[0005]本实用新型所述的一种基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，包括汽温串级调节装置，所述汽温串级调节装置由低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构、高温过热器、温度变送器1、温度变送器2、调节器执行机构、流量调节阀和PI控制器组成;所述低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构和高温过热器依次连接;所述温度变送器I设置于喷水减温执行机构与PI控制器之间；所述温度变送器2设置于高温过热器与PI控制器之间；所述PI控制器通过调节器执行机构与流量调节阀相连接;所述流量调节阀一端连接喷水减温控制器，一端接入减温水;还包括前馈补偿装置、状态观测装置和Fuzzy控制器；所述前馈补偿装置接入减温水后与喷水减温控制器连接;所述状态观测装置一端同时与喷水减温执行机构出口和高温过热器出口连接，另一端与喷水减温控制器连接;所述Fuzzy控制器与前述PI控制器并联。
[0006]本实用新型所述的基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，所述前馈补偿装置包括依次连接的减温水温度变送器和前馈控制器。所述前馈补偿装置以减温水温度为前馈信号，首先建立减温水温度的变化模型，其次确定减温水温度传递函数，再把减温水温度的干扰作为前馈信号，消除其变化给蒸汽温度带来的干扰。
[0007]本实用新型所述的基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，所述状态观测装置包括依次连接的状态观测器和状态反馈。所述状态观测装置是一种带纯延迟环节的状态观测装置，根据过热汽温控制原理建立结构图，并得出其状态空间表达式;再根据该状态空间表达式建立带纯延迟环节的状态观测器，从状态观测器引出状态变量反馈到被控对象(过热汽温)的喷水式减温器上，以控制减温水流量。
[0008]本实用新型所述的基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，所述Fuzzy控制器包括依次连接的模糊控制器和微分控制器D。在串级汽温控制回路中PI控制器的基础上并联一个Fuzzy控制器，形成Fuzzy-PI (模糊-比例积分)复合控制。
[0009]本实用新型的有益效果如下:利用本实用新型所述控制装置不仅能产生适当的控制量抑制干扰，又保留了串级消除稳态误差的特点，提高了系统的抗干扰能力。采用根据过热汽温的偏差和偏差变化量来调整Fuzzy-PI控制器的量化引子、比例因子，根据系统实际情况控制过热器的出口蒸汽温度，以提高过热汽温控制系统的抗干扰能力和快速响应能力。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的过热器蒸汽温度控制装置示意框图；
【具体实施方式】
[0011]为了更加清楚地解释一种基于前馈和Fuzzy-PI复合串级控制的过热汽温控制装置，以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型所述技术方案和优点进行详细描述。在过热器汽温受到诸多干扰因素影响，出现滞后和大幅震荡现象，在不同工况下汽温特性差异大等不利情况下，本实用新型能较好地改善上述问题。
[0012]如图1所示，本实用新型所述过热器蒸汽温度控制装置，包括汽温串级调节装置，所述汽温串级调节装置由低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构、高温过热器、温度变送器1、温度变送器2、调节器执行机构、流量调节阀和PI控制器组成;所述低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构和高温过热器依次连接;所述温度变送器I设置于喷水减温执行机构与PI控制器之间；所述温度变送器2设置于高温过热器与PI控制器之间；所述PI控制器通过调节器执行机构与流量调节阀相连接;所述流量调节阀一端连接喷水减温控制器，一端接入减温水;还包括前馈补偿装置、状态观测装置和Fuzzy控制器;所述前馈补偿装置接入减温水后与喷水减温控制器连接;所述状态观测装置一端同时与喷水减温执行机构出口和高温过热器出口连接，另一端与喷水减温控制器连接;所述Fuzzy控制器与前述PI控制器并联。
[0013]工作时，以减温水温度为前馈信号的前馈补偿装置中，来自给水系统的减温水温度变化是扰动信号，因此作为前馈引入，通过前馈补偿装置提高汽温调节的反应速度。
[0014]由于过热汽温系统具有较大滞后，通过状态观测装置进行状态监测，状态观测装置包括状态观测器和状态反馈，状态观测器具有纯延迟环节，通过状态反馈到喷水减温控制器上，以控制减温水流量。
[0015]Fuzzy-PI(模糊-比例积分)控制器是基于串级汽温控制回路中的PI控制器并联一个Fuzzy控制器而成的，运行时，主蒸汽α先通过低温过热器进行初步加热，过热蒸汽温度的调节由喷水减温控制器和高温过热器完成。如图1所示温度变送器1、温度变送器2分别测量喷水减温器出口汽温(也称为导前汽温)Q1、高温过热器出口汽温02。此处导前汽温信号作为调节器的辅助调节信号，受串级系统的副调节器控制，这是由于减温器出口汽温能迅速反映减温水引起的过热汽温扰动。当喷水流量发生变化后，导前汽温Q1的变化比高温过热器出口汽温Θ2快得多。
[0016]传统的串级系统的PI常数通常设置为固定值，如果受到外界诸多扰动或不同工况影响，抗干扰能力和调节品质不佳，因此引入Fuzzy模糊控制器，如图1所示将高温过热器出口汽温92的偏差及偏差微分作为其输入，具有比例微分的作用。将模糊控制器与串级系统的PI控制器并联，采用根据过热汽温的偏差和偏差微分来调整Fuzzy-PI控制器的量化因子、比例因子，根据系统实际情况控制过热器的出口蒸汽温度，以此提高过热汽温控制系统的抗干扰能力和快速响应能力。
【主权项】
1.一种基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，包括汽温串级调节装置，所述汽温串级调节装置由低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构、高温过热器、温度变送器1、温度变送器2、调节器执行机构、流量调节阀和PI控制器组成;所述低温过热器、喷水减温控制器、喷水减温执行机构和高温过热器依次连接;所述温度变送器I设置于喷水减温执行机构与PI控制器之间；所述温度变送器2设置于高温过热器与PI控制器之间；所述PI控制器通过调节器执行机构与流量调节阀相连接;所述流量调节阀一端连接喷水减温控制器，一端接入减温水;其特征在于:还包括前馈补偿装置、状态观测装置和Fuzzy控制器;所述前馈补偿装置接入减温水后与喷水减温控制器连接;所述状态观测装置一端同时与喷水减温执行机构出口和高温过热器出口连接，另一端与喷水减温控制器连接;所述Fuzzy控制器与前述PI控制器并联。2.根据权利要求1所述的基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，其特征在于:所述前馈补偿装置包括依次连接的减温水温度变送器和前馈控制器。3.根据权利要求1或2所述的基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，其特征在于:所述状态观测装置包括依次连接的状态观测器和状态反馈。4.根据权利要求3所述的基于Fuzzy-PI控制的过热汽温控制装置，其特征在于:所述Fuzzy控制器包括依次连接的模糊控制器和微分控制器D。
【文档编号】F22G5/12GK205640875SQ201620315157
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】周昕, 李云, 邹包产, 郝臻, 陈鹏原
【申请人】中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司