第36卷第7期
2003年7月
中国电力
ELEClHIC』叼W7ER
Ⅷ．36NO7
JⅢ．2003
墓于瞬棒盛广义，蘸测攘耐爵锅炉
塞蒸汽瀛麾控制素统
李俊1，刘亚敏z，张伟康2，吴刚1，弓岱伟1，陈涛2，于旭2
(1．中国科学技术大学自动化系．安徽台肥23()027；2平圩发电有限责任公司，安徽淮南232089)
摘要：引刘电J一锅炉主蒸汽温度难以投入自动控制的问题，在充分丁解系统特性，综合考虑各项扰动因
素后，有针对性地提山阶梯式J’‘义预测控制策略，该算法引入10个影响冈索，能解决大惯性、大时延及
多扰动系统拧制问题。算法眦用于平圩电厂的2008t，II锅炉，戚功解决了该厂主蒸汽温度难投自动的问题，
并使控制指标优于部颁
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
。应用实践证明该技术具有很高的市场推广价值。
关键词：F包厂锅炉；汽温捧制；阶梯式广义预测控制
中图分类号：TK2237+3 文献标识码：B 文章编号：1004—9649(2003)07—0039—05
O前言
电J‘锅炉的汽温摔制系统是机组安仝、经济运
行的重要控制网路之一。常用的控制方法为采用常
规PID控制器构成串级控制系统或采用导前微分补
偿信号构成双回路控制系统，由于被控对象具有大
时延和大惯性的特点，这些控制方法均不能获得满
意的拧制效果。实际腑用也表明．尽管很多电厂已完
成了分散控制系统(DCS)改造，但汽温控制品质不
理想，稳态叫能满足部颁标准=!姜求(设定值的+4℃
范围内)的只有少数几台锅炉，有些电厂甚至负荷仅
以2％M【：R(最大连续蒸发量)／min速率变化时，汽
温就偏离设定值8℃以}，所以常常只能通过手动
操作柬控制主蒸汽温度，有经验的运行人员电只自
把汽温设定值降低到537‘℃，且稳态范围扩大到±6℃
左右后才能使锅炉止肯运行，降低了机组运行的经
济件，也增加了运行人员的劳动强度。
淮南平圩发电公刮的1号锅炉为哈尔滨锅炉厂
引进美国cE公司技术生产的2008“h电厂锅炉，
是国产第1台配套MCR达600Mw机组的锅炉。原
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
中只有1食喷水减温器，安装在前屏过热器进
口母管r，即图1中的一级减温器(剧1中的二级减
温器为厂方为解决左右两路末级过热器出口温度偏
差过人而引入的，调节品质同样不好)。由于丰蒸汽
温度控制叫路具有大惯比时间肯数、大时延的特
性，原设计的PID串级调节系统控制品质不好，厂
力‘曾按常规方法剐控制系统进行改进，效果小明
显，赳温现象仍很严重。所以白1989年投运以来。
主蒸汽温度一直处于于动控制状态，并将温度允许
变化范围扩大到(537±12)【℃左右，仍有超渝现象出
现。为提高土蒸汽温度的控制6^质，将其列为科技
攻关项日，征集解决
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
，外多次聘请々家到现场
进行讨论和调试，均未解决问题。
图1 喷水减温器分布位置
2002年3月，安徽省电力公司再次将乎圩电J
主蒸汽温度控制系统作为科技攻天项目正式立项，
并委托中国科学技术大学自动化系研究解决与案，
与平圩电厂合作实施。作者根据先进控制理沦，结合
控制系统设计方法和半富的现场调试运行绎骑1“，
提出新的慕于阶梯式广义预测榨制的丰蒸汽温度控
制系统。经多次升、降负荷和启、停制粉系统的试验，
将主蒸汽渝度设定值提高到539℃，稳态和小范围
负荷变动时，温度控制在故定值的±3屯之内，较大
负荷变动(曾试验过高于5％MC刚min)的情况下，
收稿日期：2002—11—18；修回日期：2003一∞_09
基金项目：中国科学技术大学青年基金资助项目(KBl026)
作者简介：李俊(1973一)，男，安徽寿县人，博上，讲师，从事工、Ik过程先进控制与优化理论、计算机嘲络与信息安全的研究及
麻川。E删i1：Ljun@ustcedllcn
万方数据
■⋯■一。一 目
■翻葛骶二幽
■|蛋腧；厄Ej 2003年第7期 中国电力 第36卷
1原有控制方案
平圩电厂1号锅炉原没计·Jt丰蒸汽温度采用常
规PID串级方式，通过一级减温水流量来渊肖，该
方案·I吲入的温度影响因素较少，控制效果很不好+
基本上小能使川。在实际运行中，}蒸汽温度总是由
人T控制，时常有超温现象发牛。
从实际运行经验看，影u目主蒸汽温度的主要扰
动有：(1)蒸汽流量，而燕汽流量随外界负荷变化而
变化；(2)燃烧状况，包括总煤量、r层廓煤机出力、
喷燃器仰角、助燃风等，这些因素的改变，都直接导
致燃烧叫J心的改变，影响过热器吸热能力。影响控制
品质的冈索小仅包括r述各项扰动，还包括系统牟
身具有的夫时延和人惯性时间常数等特性。经验模
型和试验模型均表明，系统时延和惯性时问分别为
430s和520s(其比值大丁O．82)，常规PID控制基
本不能处理这种情况。新的控制方式必须针对系统
特性，州时综合考虑各项扰动，才能从根本上解决主
蒸汽温度的自动．}孛制问题，提高控制品质。
2阶梯式广义预测控制推导
针对普通自校正控制器鲁棒件较差帕问题，英
国十津大学Dwclarkc等人将白校正控制与预测
控制思想相结合，提出广义预测控制o”(GI’c)。广
义预测控制通过长程预测，解决了变参数及纯滞后
和阶次同时变化的系统的稳定控制问题，有效地抑
制了阶跃下扰引起的稳态偏差。
2．1模型预测
广义预测控制采州受控白l旦I归积分滑动平均模
型(CARIMA)描述被控对象：
』4(口。)九=B(g_1)地．尚，△ (1)
其一I·咒和z‘为系统存f时刻的输出值、控制量；f，为
零均值、方差有界、不相关的随机噪声：d为系统的
最小时延时间；△=11。为差分算r；4(哼“)和B(q“)
分别为后移算于q。1的n。和‰次多项式。
按广义预测榨制的般理论”“，由模型和Dio—
p11azlhne方程，得到f时刻刘未米。岬时刻系统输出
的最优输出预测：
y(fo)=q△“(f甘一1)+移(z)+哆△u(￡一1)(2)
表示成向量形式为l，=G△Ⅱ十n7+H△¨。实际输出则
为y=l，+E。其中G，、E和珥为I】i叩hantjne方程确
定的口。的多项式；G、F和口分别为G，、f和H，组
140，
成的矩阵。
2．2一般的广义预测控制方法
广义预测控制规律采用最优．|孛制的策略，即控
制的目标足檄小化下述一次型日标幽数：
Ⅳ
一
Ⅳu
止∑[y(￡可)—工(z0)J2+A∑：△u(fo1)]2(3)
厂1 J=1
其一『-A为拧制量的权重；Ⅳ为最火预测叫域；川。为
控制时域；y，为柔化后的参考序列(灿为设定值)：
，r(Io)=唧；(fo—1)+(1一d)h(4)
d为柔化蚓子，O≤“
通知
关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知
如下，欢迎踊跃投稿。
1．征文内容：
(1)电力营销现代化(管理信息系统)的发展规划、技
术和业务标准以及营销战略；
(2)电力营销管理信息系统的丌发应用情况、经验和
存在的州题；
(3)客广服务系统与营销系统的集成及CRM的应用；
(4)负荷预测、负荷管理的技术支持系统；
(5)电力营销现代化系统的软件和硬件平台的结构和
选型问题。
2论文必须是未在全国性学术会议或公开发行的刊物
上发表过的文章。
3论文格式要求：
(1)论文部分按顺序麻包括题目、作者及单位、摘要、
关键词、正文、参考文献、作者简介(包括出生年、件别、籍
贯、职并或职称、从事的主要T作或研究方向)；并同时应
附英文的论文题目、作者、单位、关键词及摘要。
(2)一般论文不超过5ooO字(含囤不超过4幅，最好
能提供相关照片)、综述性文章不超过8()00字。
(3)论文请按^4纸张打印，止义用5号宋体字，图、表
清晰，请参照《电力信息化》已出版杂志。
(4)来稿请注明作者通信地址、联系电话、电子邮件。
4请将稿件软盘连同打印好的稿件一份同时寄来．欢
迎使用电子邮件投稿。
5．征文截止日期为2003年8月30日．经专家评审
后，发论文录用通知。出版专辑。
6开会具体时间及地点另行通知。
来稿请寄：北京I“自广路一条l号L}『国电力杂志社
《电力信息化》编辑部
联系人：李博
电话：010—63416466、83510201
E—ma¨：b01i@sI)．c蚰1．cn
万方数据
基于阶梯式广义预测控制的锅炉主蒸汽温度控制系统
作者： 李俊， 刘亚敏， 张伟康， 吴刚， 弓岱伟， 陈涛， 于旭
作者单位： 李俊,吴刚,弓岱伟(中国科学技术大学,自动化系,安徽,合肥,230027)， 刘亚敏,张伟康,陈
涛,于旭(平圩发电有限责任公司,安徽,淮南,232089)
刊名： 中国电力
英文刊名： ELECTRIC POWER
年，卷(期)： 2003，36(7)
引用次数： 5次
参考文献(4条)
1.李俊.孙德敏.魏衡华.邱雪峰.薛美盛 PID自动整定和阶梯式GPC在大型电站锅炉中的应用[期刊论文]-电力系统自
动化 2000(18)
2.Clarke D W.Mohtadi C.Tuffs P S Generalized Predictive ControlPartl and Part2 1987(2)
3.Clarke D W Application of Generalized Predictive Control to Industrial Processes 1988(2)
4.吴刚 预测控制研究及在工业锅炉控制中的应用[学位论文] 1989
相似文献(10条)
1.学位论文 王烨宾 电厂锅炉分散控制系统设计和过热器汽温控制算法研究 2001
电厂锅炉采用DCS(DistributedControlSystem)可以提高锅炉控制水平,同时在DCS基础上研究过热器汽温的先进控制算法是当前研究热点之一.论文
第一章首先概述了电厂锅炉控制技术及其现状,然后介绍了过热器汽温控制的特点和进展,并提出了论文工作的主要内容.论文第二章首行叙述了基于
TPS(TotalPlantSolution)锅炉控制系统的设计和组态.论文第三章研究过热器汽温先进控制算法.首先分析过热器汽温对象在干扰影响下的动态特性,然
后详细分析了抑制烟气侧热量、减温水流量和蒸汽流量等干扰因素的方法.论文归纳了通过导前信号来预测汽温扰动值的计算函数,便于实应用.为了能较
好的抑制减温水流量的扰动,将其串级控制系统中的常规PID控制改为变参数PID控制,并提出一种新型PID参数整定法.论文第四章研究过热器汽温模糊控
制器.
2.期刊论文 王晨 古交电厂锅炉汽温控制调整浅析 -山西焦煤科技2009(z1)
分析了主蒸汽再热蒸汽汽温控制方式,论述了合理控制锅炉气温,能有效地限制金属热疲劳、飞灰等对锅炉受热面的损害,延长了受热面的使用寿命
,使锅炉的安全性与经济性大大提高.
3.学位论文 陈燕 遗传算法在电厂锅炉主汽温控制中的应用研究 2007
电力工业的发展促进了发电机组单机容量和参数不断增加，其自动化程度越来越高，对控制系统的控制品质也提出了更高的要求。掌握被控对象的
数学模型和建模后控制系统的设计，是过程控制系统分析、设计、调试和获得较高控制品质的基础和关键。因此，研究基于现代优化技术的控制器参数
整定技术具有重要的意义。本文针对遗传多目标优化算法在电厂锅炉主汽温控制中的应用进行了研究。 论文首先分析了电厂锅炉主汽温控制的重
要性、主汽温控制难点以及热工控制系统设计的任务，并对影响主汽温运行状态的因素、主汽温的简单控制系统和复杂控制系统分别进行详细论述，还
分析比较了简单控制系统和复杂控制系统的优缺点和适用条件；其次，在学习总结以往遗传多目标优化算法优缺点的基础上，分别研究了两种改进的优
化算法；再次，在分析了PID控制的规律和PID控制器参数整定的准则，列举了几种常见的PID控制器参数整定方法的基础上，指出了这些方法存在的不足
之处，由此引出了基于遗传多目标优化算法的PID控制器参数整定方法；最后利用改进的遗传多目标优化算法，将其应用于锅炉过热汽温串级控制系统
，对其进行了参数整定和仿真研究。研究结果表明，遗传多目标优化算法应用于电厂锅炉主汽温控制系统中PID控制器参数整定，为决策者提供了更多的
选择余地，是有效的。
4.会议论文 王广军.李刚.沈曙光 基于控制历史的过热汽温模糊串级控制 2006
本文对基于控制历史的过热汽温模糊串级控制进行了研究。文章根据过热汽温对象具有大迟延、不确定等特点,设计出了一种基于控制历史的串级控
制系统。在对控制对象的动态特性分析的基础上,用历史的控制信息代替偏差变化率作为模糊控制的决策依据,从而及时地反映出被控制量的变化趋势
，并在此基础上,引入了比例环节,综合了PID控制器和模糊控制器的优点,克服了传统模糊控制器结构上的缺陷。
5.会议论文 欧阳伟基.曾庭华.湛志钢 国内首台自主开发300MW循环流化床锅炉的调试 2008
介绍国内首台自主开发的300MW循环流化床锅炉——广东梅县荷树园电厂3号机组DG1025/17.45-Ⅱ16循环流化床锅炉的设计特征、锅炉的试运行的调
试情况，并对锅炉设计和调试运行中存在的问题进行了分析总结，并对调试中发现的主要问题，如床温控制，油枪改造，三旋风分离器的运行情况，汽
温控制等，一一进行详细分析，并提出了解决方法，对同类的锅炉调试和运行有一定的参考意义。
6.期刊论文 王堃.王广军.WANG Kun.WANG Guang-jun 基于SMITH预估的神经网络再热汽温控制 -计算机仿真
2008,25(1)
电厂锅炉的再热汽温是机组安全、经济运行的重要参数之一,必须控制在一定范围内.而电厂再热汽温被控对象是具有大惯性、大滞后,并且常规
PID控制难以取得良好的控制效果.针对这一特点,提出了一种RBF--Smith预估控制算法,该算法利用了基于RBF整定的PID控制提高对被控对象参数变化的
自适应能力和Smith预估控制能够克服被控对象的大迟延特性,并对RBF--Smith预估控制用Matlab在不同工况下进行仿真试验,仿真结果表明所设计的控制
系统的性能较常规PID控制有较大的提高,证明了控制方案的有效性.
7.会议论文 华志刚.邬菲.吕剑虹 状态变量—预测控制技术在600MW机组再热汽温控制中的研究与应用 2007
电厂锅炉的再热汽温是机组安全、经济运行的重要参数之一。针对电厂再热汽温被控对象大惯性、大滞后的特点，结合现代控制理论，提出了基于
状态变量一预测控制技术的再热汽温控制方法，即先采用状态反馈来补偿汽温被控对象的滞后和惯性，然后通过预测控制来对补偿后的广义被控对象进
行控制，仿真试验及现场运行结果表明，该控制方法具有优良的控制品质，是一种对大滞后过程较为有效的控制策略。
8.期刊论文 华志刚.吕剑虹.张铁军.HUAZhi-gang.LU Jian-hong.ZHANG Tie-jun 状态变量-预测控制技术在
600MW机组再热汽温控制中的研究与应用 -中国电机工程学报2005,25(12)
电厂锅炉的再热汽温是机组安全、经济运行的重要参数之一,该文针对电厂再热汽温被控对象大惯性、大滞后的特点,结合现代控制理论,提出了基于
状态变量-预测控制技术的再热汽温控制方法,即先采用状态反馈来补偿汽温被控对象的滞后和惯性,然后通过预测控制来对补偿后的广义被控对象进行控
制,仿真试验及现场运行结果表明,该控制方法具有优良的控制品质,是一种对大滞后过程较为有效的控制策略.
9.学位论文 姜文佳 模糊控制在电厂锅炉汽温控制系统中的研究与应用 2006
锅炉是火力发电企业最重要的生产设备，电厂实现热力过程自动化，能使机组安全、可靠、经济地运行。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标
之一，过热蒸汽温度控制是锅炉控制系统中的重要环节。在实现过程控制中，由于电站锅炉系统的被控对象具有大延迟、大滞后、非线性、时变、多变
量耦合的复杂特性，无法建立准确的数学模型，对这类系统采用常规PID控制难以获得令人满意的控制效果。在这种情况下，先进的现代控制理论和控制
方法已经越来越多地应用在锅炉汽温控制系统，方兴未艾。 本文以沈阳某电厂锅炉汽温系统为研究对象，对其进行了计算机控制系统的改造。考
虑到锅炉汽温系统的被控对象特点，本文分别采用了常规PID控制器和模糊-PID控制器，对两种控制系统对比研究，同时进一步分析了一般模糊—PID控
制器的控制特点，在此基础之上给出了一种改进算法，通过在线调整参数，实现模糊-自调整比例常数PID控制。在此算法中，比例常数随着偏差大小而
变化，有效地解决了在小偏差范围内，一般的模糊—PID控制器无法实现的静态无偏差的问题，提高了蒸汽温度控制系统的控制精度。在建立锅炉汽温系
统的数学模型的基础上，在两种控制系统中，分别应用SIMULINK仿真软件对其进行给定值扰动和减温水内扰的响应研究、分析对比，结果表明，模糊-自
调整比例常数PID控制在动态响应、上升时间、超调量、稳态精度、抗干扰、适应环境能力等诸多性能指标上优于常规PID控制器。该算法已成功应用于
该电厂锅炉改造，实际应用结果也表明该系统大大提高了锅炉蒸汽温度系统控制品质。
10.期刊论文 张长青.杨锋.薛建中.黄永宣.ZHANG Chang-qing.YANG Feng.XUE Jian-zhong.HUANG Yong-xuan 锅炉
汽温控制H∞性能状态观测器的设计 -中国电机工程学报2006,26(14)
状态反馈控制对锅炉汽温对象来讲是一种有效的控制方式,但由于锅炉汽温对象的多阶大惯性大参数摄动特性,观测器的观测精度对状态反馈的控制
品质有明显的影响.为此设计了一种具有H∞性能的状态观测器,将观测器设计的极点配置问题转化为一个线性矩阵不等式(LMI)解的存在性问题,在不需了
解对象不确定性界函数的情况下,调整2个系数因子β和γ,并求解此LMI问题,便可得到将观测误差控制在最优或次优范围以内的H∞性能观测器.基于此观
测器,构造状态反馈--PID复合控制系统,以实现对锅炉汽温对象的高质量控制.利用某300MW火电厂锅炉汽温模型进行仿真,表明在控制的及时性和准确性
上,优于常规的PID串级汽温控制系统,有较好的实际应用价值.
引证文献(5条)
1.王伟.薛美盛.张毅.刘云松 丙烯腈流化床反应器先进控制[期刊论文]-化工自动化及仪表 2008(03)
2.肖本贤.朱志国.刘一福 基于粒子群算法混合优化的广义预测控制器研究[期刊论文]-系统仿真学报 2007(04)
3.杨兵.孙德敏.弓岱伟 改进的GPC算法及其在火电机组的应用[期刊论文]-系统仿真学报 2006(06)
4.杨兵.孙德敏.弓岱伟.郝卫东 火电机组先进控制与优化软件的设计与应用[期刊论文]-热能动力工程 2006(04)
5.李玲 非线性时延对象智能控制算法的研究[学位论文]硕士 2005
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgdl200307011.aspx
下载时间：2010年4月9日
浙公网安备 33021202002483