汽温控制系统

汽温的调节方式涉及到锅炉的结构，有面式减温、喷水减温和摆动燃烧器等，或者几种方式并用，其中喷水减温得到普遍应用(见锅炉汽温调节)。过热汽温控制系统主要有：串级汽温控制系统；具有导前微分信号的汽温控制系统；分段汽温控制系统。

汽温控制系统串级汽温控制

以喷水减温器后的汽温作为辅助被调量，由主调节器和副调节器组成的汽温控制系统。系统的原理如图1所示。在减温水量扰动下，导前汽温θa比主汽温θ0提前反映。因此采用θa信号组成串级汽温控制系统，可改善汽温的控制质量。只要导前汽温θa发生变化，副调节器就去改变减温水量，使后段过热器的入口汽温θa维持在一定范围内，起粗调作用，而过热器出口汽温θ0则通过主调节器起校正作用。调节结束后，导前汽温θa可能稳定在与原来不同的数值上，而主汽温则等于给定值。

在串级汽温控制系统中，由于主调节器和主回路的任务是维持主汽温θ0恒定，故一般选用具有积分作用的调节器(PI或PID)。至于副调节器和副回路的任务是快速消除扰动，一般可选用比例调节器(P)或比例微分调节器 (PD)，也可选用比例积分调节器 (PI)(见模拟量控制系统)。

汽温控制系统导前微分信号的汽温控制

以导前汽温的微分作为补充信号所组成的双回路汽温控制系统。它是串级汽温控制系统的变形，其原理如图2所示。由于在系统中引入了导前汽温θa的微分信号θa'，就等于改善了调节对象的动态特性。在喷水量扰动时，导前汽温θa使调节器提前动作，可有效地减小主汽温θ0的动态偏差。在动态过程中调节器根据导前汽温θa的微分θa'和主汽温θ0而动作，在静态时θa不再变化，微分器的输出消失(即θ等于零)，这时主汽温θ0必然恢复到给定值。

汽温控制系统分段汽温控制

将整个过热器分成若干段，各段之间设置一个减温器，分别控制各段的汽温，而使主汽温等于给定值的汽温控制系统。图3为两段汽温控制系统的原理图，各段控制方案均采用具有导前微分信号的双回路汽温控制系统。一般说来，分段控制系统的控制品质比一段控制要好。

蒸汽温度是火电机组安全、高效、经济运行的重要参数，因此对蒸汽温度控制的要求相当严格，蒸汽温度过高会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，汽温偏低会降低机组的热效率，影响经济运行。而蒸汽温度控制一直是热控方面的一大难题，主要表现在以下几个方面：

1）要求控制精度高（±5℃）；

2）系统滞后大；

3）干扰因素较多，包括：给水温度的变化、减温水扰动、负荷扰动、燃烧扰动、风煤配比变化等；

4）对象特性的不确定性，过热器在不同负荷、不同燃烧工况下，对象特性差异较大；

5）控制手段单一，目前主要以喷水减温为主要控制手段。

目前所采用的汽温控制方案主要包括串级控制、导前微分、相位补偿、分段式控制、温差控制等，但投运效果均不理想。基于上述因素，尽管国内外许多控制专家在这一方面做了很多研究，也提出了不少新的、先进的控制方案，但由于工程实现存在困难，应用甚少，火电厂汽温控制问题也一直未能彻底解决。2100433B

影响蒸汽温度变化的因素很多，例如减温水流量、蒸汽负荷、锅炉给水温度、燃烧工况、烟气温度、炉膛热负荷等，归纳起来主要的就是汽水侧的扰动和烟气侧的扰动。不论何种因素的扰动，汽温的阶跃响应曲线都有一定的时滞和惯性，最后平衡在新的数值。

再热汽温的控制取决于锅炉的设计和结构，一般采用汽—汽加热器、烟气挡板、烟气再循环、摆动式燃烧器等不同方式(见锅炉汽温调节)。一般用烟气侧作为主要调节手段，喷水减温只在汽温超过限值时才参加调节或作为超温的保护手段。为了克服被控对象的滞后和惯性，更好地维持再热汽温，可引入空气流量或蒸汽流量作为再热汽温的导前信号。控制系统的原理示于图4。空气流量V(或蒸汽流量D)是再热汽温的一个导前信号，当它变化时通往再热器的烟气量或烟气再循环量与空气流量成比例的改变。这样，只要整定好函数变换器的参数，就可使再热汽温基本不变。而当再热汽温偏离规定值时，由再热汽温调节器进行校正。当再热汽温超温时，喷水调节器经执行器打开喷水调节阀以限制汽温的进一步升高。在一般情况下，喷水调节系统不参加调温工作。

主汽温控制串级控制系统

汽温串级控制幕统由于其整定方便的优点，已在国内外得到越来越多的应用。现在20万kW以t的机组大多果用这科控制方案。奠基本原理就是系统根据主蒸汽温度设定值和反馈值的偏差作为主调节器的输入，主调节器经过PID运算后的输出(调节器的输入设定值)与撮温器出口温厦反馈值的偏差作为副调节器的输入，其输出作为执行器的输入动作指令。

串级控制系统对于克服二次扰动非常有效。串级控制系统中，副对象与主对象时间常数相差较大。副对象时间常数小，目此副目路为快速目路，用于克服内扰主对象时间常数大，主目路为慢速调节目路。

主汽温控制主汽温级串-Smith预估控制系统

串级控制系统的设计要求有一个快速的副回路，当存在较大的纯滞后过程时，调节时间将明显延长，而副制器的比例系数稍大又会引起振荡，所以副控制器只能选择较低的比例系数，这样就降低了整个系统的控制品质。将smith预估补偿引入串级控制系统，就是为了补偿纯滞后过程，刚鞋屯滞后对系统的影响，使控制系统的调节加快，系统的稳定性增强。串级一smlth预估控制系统，选择纯迟延较大的部升作为主回路．在主回路中采用Smith预估补偿控制。主调节器起定值控$悱用，是主气温控制操作的主要指标．允许波动的范围较小，要求没有余差或较小的余差，故主目路采用PI控制。副回路是随动系统，能够快速克服二次扰动，采用P调节器。

由于惰性区的大时滞，将这一部分采用Smlth预估蹦求提高其快速性和控制品质，而整体上采用串级控制以保证幕统的稳定性和一定的快速性。串级一smith预估控制结合了串级控制与史密斯预估控制的优点，有利于克服汽温对象的太退延．大惯性特点。

主汽温控制基于神经网络的主汽温控制系统

基于神经网络的自学习模糊PID控制器在控制品质方面明显优于常规PID控制系统，尤其在变工况时，控制效果更加明显。此类控制的特点是将神经网络所具有的自学习能力与PID控制器的鲁棒性相结合，实现了对非线性、大时滞系统模型的控制。神经网络采用多层前传网络结构，针对BP算法容易陷入局部最小的缺陷，提出了数值积分寻优和BP算法相结合的IBP神经网络训练算法 。

主汽温控制基于遗传算法的主汽温控制系统

遗传算法在电厂主汽温控制中的应用针对电厂过程控制中主蒸汽温度的大迟延性、非线性和时变性，在充分分析主蒸汽温度被控对象动态特性和现场实际情况的基础上，将现代控制理论中的状态观测器技术，用于实现主蒸汽温度的导前汽温的重构；采用神经网络技术，实现了准确性较高的主蒸汽温度前馈控制；采用模糊控制技术，在很难获得主蒸汽温度被控对象的数学模型的情况下，实现了对主蒸汽温度的有效控制；设计出适用于过程控制的基于遗传算法机理的模糊控制器动态优化方法，解决了一般遗传算法实时性差的难题，实现了对电厂主蒸汽温度模糊控制系统中的模糊控制器的实时在线动态优化。2100433B

工程中常用的过热汽温控制系统，还是采用最基本的串级调节和具有导前微分的双回路控制机构。

过热汽温控制系统过热汽温串级控制系统

基于过热汽温系统的特点，为了改善系统的动态特性，引入中间点信号作为控制系统的补充信号，从而构成了串级控制系统。

过热汽温控制系统采用导前微分信号的过热汽温双回路控制系统

导前汽温微分信号的控制系统。并引入了导前汽温微分信号为调节器的补充信号，从而提高调节质量。通过分析得出了串级控制系统的主副两个调节回路的工作比较独立，系统投运时参数整定、调试直观方便，而有导前汽温微分信号的双回路调节系统的两个回路在参数在整定时相互影响、不易掌握。

对于过热汽温的特性，广大学者和研究热人员给予了过热汽温控制系统广泛的关注，并提出许多新的控制方案，下面简要介绍有代表性的四种。

过热汽温控制系统PID 状态反馈控制方案

在串级调节的基础上，增加了状态观测器，并将状态变量反馈到减温器的执行器上。当被控对象发生变化时，可以更快的了解变化信息，并通过反馈直接作用到执行器上，改善了系统的动态特性。

过热汽温控制系统Smith预估控制方案

在传统串级控制的基础上，主控制回路采用了Smith预估器。实践证明，在汽温控制中采用Smith预估控制，对于抑制超调是非常有效的。由于Smith预估器可根据搭设的数学模型来预先估计出所采用的控制动作对过程变量的可能影响，而不必等到过程变量有所反应后再去校正所采取的控制动作，从而提高调节效果。

过热汽温控制系统应用模糊理论的控制方案

模糊控制方案仍然采用了串级控制系统的结构，内回路与传统的串级控制相同，主调节器采用模糊控制器。模糊控制器的设计是根据人工控制规则，将人工控制的实践经验加以总结而得到一个多级Fuzzy条件语句，采用模糊集合理论实现，模糊控制规则的质量决定了系统的控制性能。

过热汽温控制系统应用神经网络的控制方案

神经网络控制器中引入过热汽温设定值及其偏差，在线补偿调节器，提高了对象动态特性的变化的适应性。同时研究人员还提出了预测智能控制、神经网络模糊控制等方案，研究表明，这些方法的控制效果比传统的控制有了很大的提高。总而言之，随着先进控制的发展，对过热汽温的控制将有更好的控制方案。