陈  涛   纪更昭

（安徽淮南平圩发电有限责任公司  232089）

摘  要：本文针对平电公司#1机组锅炉过热器纯滞后和惯性大的特点，采用传统PID控制和现代广义预测控制相结合的控制策略,解决2008t/h锅炉过热汽温自动控制系统投入的问题。

关键词：先进控制 广义预测控制（GPC） 过热汽温 CARIMA模型(Controlled Auto-Regressive Integral Moving-Average Model 即受控自回归积分滑动平均模型) 差动控制 约束控制。

0 概述

过热汽温是影响机组安全运行及经济运行的重要参数之一，锅炉过热汽温较高时，机组热效率相对较高，但过高的过热汽温是汽轮机金属材料所不允许的。由于过热器处于高温区且承受着高压，尽管它的材料采用的是昂贵的耐高温高压的合金钢，但主汽温的设计值已接近钢材允许的极限温度；强度方面的安全系数也较小，所以过热器金属超温是不允许的。

过热汽温控制的任务是维持过热器出口汽温即主汽温在允许的范围内，并对过热器实现保护，使管壁金属温度不超过允许的工作范围。正常运行时，一般过热器温度与额定值偏差不超过±5℃。

而平电公司#1锅炉由于炉膛空间及温度场分布不均匀等诸多因素的影响，存在着系统纯滞后和惯性大的特点，同时还存在有过热器温度偏差大的问题，曾采用分段控制和串级控制相结合的方案，虽经多次试验和整定依然不能解决自动调节品质差和过热器温度偏差大等诸多问题。后利用机组DCS改造的有利条件，采用差动控制和广义预测控制相结合的控制策略对控制系统进行了改造，成功的解决了该系统存在的诸多问题。

1 设备现状

平电公司的#1机组的锅炉为哈尔滨锅炉厂引进美国CE公司技术生产的2008t/h四角切圆燃烧锅炉，由于炉膛空间大，导致炉膛内温度场分布不均，导致前屏过热器至末级过热器温度偏差都大，同时由于只设计了一套减温喷水装置，安装在前屏过热器进口联箱母管上，使得高温过热器出口温度偏差较大，虽然在甲支路过热器上添加了二级减温喷水装置，但控制效果并不理想，同时，由于过热器管路较长，主蒸汽出口温度迟延大，直到改造前，过热汽温的自动调节品质都很差，实际上过热汽温控制长期运行在手动控制状态。

＃1锅炉原来的过热汽温采用分段控制,一、二级减温喷水均采用PID串级控制方案。

一级减温喷水的主控制回路的设定值为二级过热器进口过热汽温的设计值,该设计值随机组的负荷变化变化，测量信号为二级过热器进口温度，采用负荷信号作为前馈信号，输出为一级过热器减温器出口温度预测值，输入到副控制回路作为其设定值；副控制回路测量为一级过热器减温器出口温度，输出控制一级减温器阀门。

二级减温喷水的主控制回路设定值为过热器出口过热汽温设计值,该设计值随机组的负荷变化而变化，测量信号为过热器出口温度；输出为二级过热器减温器出口温度预测值，输入到副控制回路作为其设定值,副控制回路的测量信号为二级喷水减温器喷嘴后温度，控制二级喷水减温器阀门开度。

这种方案对于系统固有的大时延和大时间常数，从运行的实践看控制效果并不好。因为时延常数和惯性时间常数的比值已经达到310/530≈0.58，这表明该系统已经不是常规PID控制能够处理的了，这就要求我们必须使用先进控制算法来控制过热汽温。

2 改造技术方案

我们采用预测控制和差动控制相结合的方法。

采用差动控制，实际是两路平衡控制，用来解决过热汽温的左右偏差大的问题，它的输入是甲、乙两路末级过热器进口温度、过热器出口温度偏差，其输出用来调节甲路上的二级喷水减温器阀门开度，以调节甲路末级减温器出口温度，使甲、乙两路末级过热器出口温度偏差在一定的范围内（最佳效果就是保证两路汽温相同）。

对于过热器出口总管的过热汽温，由于一级喷水减温器的纯滞后和惯性均很大——根据实验的数据表明分别达到310s和530s，所以采用预测控制方法来消除大时延对控制系统的影响，其输入为过热器出口的过热汽温值，输出量用来控制一级减温喷水阀门开度。

同时左右两路过热器温度偏差较大，前屏过热器和后屏过热器管壁温度易于超出温度上限而报警，所以我们采用带有约束的广义预测控制方案，以保证在整个过热器阶段，所有温度测点不会发生温度超过高限的情况。

图1差动控制和预测控制原理图

下面将对差动控制和预测控制进行简要说明。

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