本发明涉及流化床锅炉燃烧技术领域，尤其是一种循环流化床锅炉给煤控制系统及其模糊控制方法。
背景技术：
循环流化床燃烧技术在利用低热值或劣质燃料方面具有相当大的优势，但其燃烧过程中的复杂性所表现出的大延迟、强耦合以及非线性等特性常常使其控制系统难以高质量工作，有时甚至需要手动调节才能维持锅炉的正常运行。燃料量(或给煤量)控制的本质问题是解决电网对火力发电机组所要求的输出电能与锅炉燃烧所提供的能量之间匹配的矛盾。而在实际生产中，相当多循环流化床锅炉机组并没有很好解决这个矛盾。目前，在公开的中国发明专利中已有针对这一矛盾研究出各种有特点技术解决方案。
在公开号为cn105588122a的中国发明专利中公开了一种应用于循环流化床锅炉的燃料控制方法及系统,利用锅炉主汽压力设定值与实测值的偏差通过压力pid控制器后,分别输出左侧燃料控制值和右侧燃料控制值；左侧温度与右侧温度的偏差值与设定偏差值经过温度pid控制后,分别输出左侧温度控制值和右侧温度控制值；左侧燃料控制值与左侧温度控制值相加后与左侧实际燃料量经过燃料pid控制后,调节左侧给煤机的给煤量；右侧燃料控制值与右侧温度控制值相加后与右侧实际燃料量经过燃料pid控制后,调节右侧给煤机的给煤量。该方法及系统的优点是：实现单侧燃料量的自主调节,避免单侧燃料调节对另一侧床温的影响，缺点是：仅仅利用了pid控制器分别调节锅炉左右侧的给煤量，没有考虑流化床锅炉对象的非线性、大延迟以及大惯性等特性。
在公开号为cn1916492的中国发明专利中公开了一种循环流化床锅炉燃烧优化控制方法,在机组协调控制的基础上,以汽机调负荷,锅炉调压力,协调控制系统接受负荷指令；通过对流化床锅炉的负荷、主汽压、床温、床压等参数进行解耦,在总的能量平衡的方式下,改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量,用来快速响应电网负荷指令所需的能量；该发明在循环流化床(cfb)锅炉在控制中引入“残碳量”,有效地对cfb锅炉的多变量、强耦合、大滞后、大惯性的复杂系统进行解耦,控制效果明显。
在公开号为cn104613468a的中国发明专利中公开了一种基于模糊自适应推理的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法,其循环流化床锅炉燃烧优化控制系统包括：数据通讯子系统、模型预测子系统、性能优化子系统；其中,数据通讯子系统与dcs系统的opc服务器通讯软件交互数据,模型预测子系统连接数据通讯子系统,性能优化子系统分别连接模型预测子系统和数据通讯子系统；通过模糊自适应推理算法建立锅炉效率、so2和nox排放模型,选用具有最优保留策略的果蝇算法,对循环流化床锅炉运行工况进行寻优,为电站dcs基础控制层提供各操作变量的最佳设定值,实现循环流化床锅炉高效、低污染排放运行。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种循环流化床锅炉给煤控制系统及其模糊控制方法，能够使锅炉出力与电网指令的机组发电功率相适应，使锅炉主汽压力最大化接近设定值并保持稳定，从而提高循环流化床锅炉燃烧品质和运行效率。
本发明所采用的技术方案是，一种循环流化床锅炉给煤控制系统，包括：
模糊参考指令发生器，根据循环流化床锅炉实际运行工况提供需求燃料量的参考指令修正信号；
循环流化床锅炉，与模糊参考指令发生器连接；
给煤机，与循环流化床锅炉连接；
pid控制器，与给煤机连接；
模糊参考指令发生器包括：
主调控器，根据锅炉主蒸汽压力与其期望值的偏差以及锅炉主蒸汽压力的变化趋势来产生一个用于修正给煤量指令的分量；
次调控器，根据床温与其期望值的偏差以及床温的变化趋势来产生另一个用于修正给煤量指令的分量。
本发明的有益效果是：该循环流化床锅炉给煤控制系统中设计了一个燃料量的模糊参考指令发生器，该模糊参考指令发生器能够针对循环流化床锅炉的实际运行工况来提供需求燃料量的参考指令修正信号，根据实际的燃料量指令信号与参考指令修正信号，通过pid型控制系统修正给煤机的转速以及给煤量，以使给煤量满足机组输出功率要求的同时还要使主蒸汽压力和床温尽量稳定在其期望值上，使锅炉出力与电网质量的机组发电功率相适应，锅炉的主汽压力最大化接近设定值并保持稳定，从而提高循环流化床锅炉的燃烧品质以及运行效率。
作为优先，主调控器为一个两输入、单输出的子系统，它包括两个输入变量，其中一个输入变量为主蒸汽压力与其期望值的偏差，即：
作为优先，次调控器为一个两输入、单输出的子系统，它包括两个输入变量，其中一个输入变量为锅炉床温与其期望值的偏差，即：
作为优先，模糊参考指令发生器的输出信号是一个增量型信号，它通过主调控器输出的主修正信号与次调控器输出的次修正信号加权平均后，再进行累加得到，该输出信号可以表示为：u(n)＝∑(u(t-1)+δu(n))，其中输出信号的增量为δu(t)＝α·u1(t)+(1-α)·u2(t)，而α是权系数。
一种循环流化床锅炉给煤控制系统的模糊控制方法，该方法在发电机组的集散控制系统(dcs)中实现，包括下列步骤：
(1)、利用发电机组的集散控制系统自带的偏差模块计算出主蒸汽压力与其期望值的偏差
(2)、利用量化系数ke1、kp、ke2和kt将
(3)、将主蒸汽压力偏差
(4)、将锅炉床温与其期望值的偏差
(5)、将主调控器得到的模糊输出变量作为主修正信号，次调控器得到的模糊输出变量作为次修正信号，将主修正信号与次修成信号加权平均，再进行累积来得出模糊参考指令发生器的输出修正信号，即：u(n)＝∑(u(t-1)+δu(n))，其中输出修正信号的增量为：δu(t)＝α·u1(t)+(1-α)·u2(t)，而α是权系数。
(6)、由机组功率指令通过f(x)函数得到给煤指令信号rref,其满足rref＝f(x)，然后将给煤指令信号rref与模糊参考指令发生器产生的输出修正信号u(n)叠加，最后通过pid型控制系统实现给煤量的控制。
在步骤(3)中，9个模糊子集为：nbx、nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb和pbx，将模糊化后的模糊输出变量用
在步骤(4)中，9个模糊子集为：nbx、nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb和pbx，将模糊化后的模糊输出变量用
在步骤(6)中，f(x)函数的计算方法为：
附图说明
图1为本发明一种循环流化床锅炉给煤系统的结构示意图；
图2为本发明的模糊指令发生器的框图；
图3为本发明的主调控器的输出变量的隶属函数分布；
图4为本发明的次调控器的输出变量的隶属函数分布；
如图所示：1、模糊参考指令发生器；2、循环流化床锅炉；3、给煤机；4、pid控制器；5、主调控器；6、次调控器。
具体实施方式
以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。
循环流化床锅炉在运行过程中，当燃料被送入炉膛中燃烧，其要达到的目标至少有三个：1.要求锅炉出力与电网指令的机组发电功率相适应；2.要求锅炉主汽压力尽可能接近设定值并保持稳定；3.要求锅炉床温保持在800～920℃范围内且尽可能高。
为实现上述目标，本发明提出一种循环流化床锅炉给煤系统及其模糊控制方法，循环流化床锅炉给煤系统如图1所示，它包括：
模糊参考指令发生器1，根据循环流化床锅炉2实际运行工况提供需求燃料量的参考指令修正信号；
循环流化床锅炉2，与模糊参考指令发生器1连接；
给煤机3，与循环流化床锅炉2连接；
pid控制器4，与给煤机3连接；
模糊参考指令发生器1包括：
主调控器5，根据锅炉主蒸汽压力与其期望值的偏差以及锅炉主蒸汽压力的变化趋势来产生一个用于修正给煤量指令的分量；
次调控器6，根据床温与其期望值的偏差以及床温的变化趋势来产生另一个用于修正给煤量指令的分量。
上述主调控器5为一个两输入、单输出的子系统，它包括两个输入变量，其中一个输入变量为主蒸汽压力与其期望值的偏差，即：
次调控器6为一个两输入、单输出的子系统，它包括两个输入变量，其中一个输入变量为锅炉床温与其期望值的偏差，即：
模糊参考指令发生器1的输出信号是一个增量型信号，它通过主调控器5输出的主修正信号与次调控器6输出的次修正信号加权平均后，再进行累加得到，该输出信号可以表示为：u(n)＝∑(u(t-1)+δu(n))，其中输出信号的增量为δu(t)＝α·u1(t)+(1-α)·u2(t)，而α是权系数。
一种循环流化床锅炉2给煤控制系统的模糊控制方法，该方法在发电机组的集散控制系统(dcs)中实现，包括下列步骤：
(1)、利用发电机组的集散控制系统自带的偏差模块计算出主蒸汽压力与其期望值的偏差
(2)、利用量化系数ke1、kp、ke2和kt将
(3)、将主蒸汽压力偏差
(4)、将锅炉床温与其期望值的偏差
(5)、将主调控器5得到的模糊输出变量作为主修正信号，次调控器6得到的模糊输出变量作为次修正信号，将主修正信号与次修成信号加权平均，再进行累积来得出模糊参考指令发生器1的输出修正信号，即：u(n)＝∑(u(t-1)+δu(n))，其中输出修正信号的增量为：δu(t)＝α·u1(t)+(1-α)·u2(t)，而α是权系数。
(6)、由机组功率指令通过f(x)函数得到给煤指令信号rref,其满足rref＝f(x)，然后将给煤指令信号rref与模糊参考指令发生器1产生的输出修正信号u(n)叠加，最后通过pid型控制系统实现给煤量的控制。
在步骤(6)中，f(x)函数的计算方法为：
采用的模糊逻辑方法的特殊之处在于其输出变量的隶属函数的分布中心的位置由一个立方函数确定，这样使给煤量的调节步调和节奏与循环流化床锅炉自身的大惯性和慢相应特性相吻合，也解决了锅炉运行过程中参数之间的非线性问题。