分析自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用

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摘要：我国经济水平不断提高，新的社会经济形势下，火力发电技术正在不断进行改革与发展，而自动控制理论的应用，实现了火电厂热工自动化的进步，为扩充发电机组最大容量提供了可靠的技术理论支持。本次研究以火电厂热工自动化实际情况进行研究，通过现状与实际应用情况，分析出自动控制理论未来的发展效果，希望为火电厂热工自动化技术发展提供参考。

关键词：自动控制理论 火电厂 热工自动化

中图分类号：TM621文献标识码： A

热工自动化技术主要由运用控制、热能工程、智能仪器、计算机信息等多种技术共同组成，可以实现控制、检测火电厂运行过程中的热力学参数，从而实现生产全过程的控制、调度、管理、检测等工作。通过热工自动化，可以提高火电厂生产安全性，具有提高产量、优化质量、降低能耗等优点，是一项综合性较强的高新技术。自动控制理论主要应用在锅炉、汽机、辅助设备的控制中，可以帮助机组适应火电厂工况变化，保证生产过程的安全性与经济性。

一、热工自动化领域现状

（一）使用情况

在我国热工自动化领域，大多数厂房控制系统均为DCS，而PLC只在辅助车间使用。这种情况的主要原因是DCS系统建设成本较大，火电厂为了降低成本，在可以间断运行的辅助车间使用PLC进行系统控制，由于辅助车间模拟控制较少，所以并不会有过大的影响。而主厂房包含锅炉、汽机、发电机，为了保证系统的稳定性，就需要选择DCS来维持系统的长期稳定性。

（二）运行参数

根据模糊控制可以得出锅炉压力论域，而AP论域则代表了两个不同周期的锅炉在运行时产生的压力变化论域。燃烧周期往往会进行自动调整，这种调整会导致负荷加大时，燃烧控制响应速度也会有所增加。由于煤质与炉况存在部分差异，所以调节效果也会出现差异，函数曲线在不断重叠的情况下，需要使用模糊控制算法来获得对参数变化的适应性，而通过实际运算也证明了这一特点。

（三）锅炉汽包

在检测锅炉汽包运行情况时，汽包液位系统属于无法自我平衡的被控对象，所以在供水量降低或蒸汽流量增加时，锅炉并不会降低传导给汽包的总热量，这就导致大量液体受热产生汽化反应。发生汽化反应后，汽包液位检测会出现错误，而供水量增大或蒸汽流量降低时，情况也会发生逆转，这种情况就是常见的“虚假液位”现象。由于大多数锅炉在设计汽包液位回路时，并没有将其纳入设计分析之中，所以汽包液位控制经常受到影响。

二、自动化控制系统作用

（一）架构模式

大多数自动化控制系统以PLC为核心，通过控制器与网络组成了自动化系统，而且可以向上扩展为管理系统。而DCS的核心架构模式也是分布式控制系统，不仅可以使用正常的DCS控制器，也可以兼容PLC等多种类型的控制器。

（二）算法模块

我国已经对自动控制理论进行了大量的研究，而且也获得了一些高级算法模块。目前常用的NT6000设备模块，就可以通过一个模块实现设备的控制与故障报警功能，而网络通讯中也可以通过该模块进行信息传递，使软件开发速度得到有效提升。每个设备模块均可按照0.5K逻辑量进行计算，而PLC在同样要求下，其使用的繁琐性就有较大增长了。DCS设计的主要方向就是系统需求，所以在处理这些问题时，经验较为丰富。

（三）火电企业结构

我国电力供应体系不断进行优化，各种宽松的制度代表了我国节能降耗的信心，而火电企业也将不断进行结构改革。在“十一五”提出了关闭小型火电厂的目标，而完成“十一五”发展目标后，我国需要关闭大多数4000万千瓦以下的小型火电厂，这种情况下，电力工业结构将发生非常大的改变。通过“十一五”计划，火电建设将继续向优化资源分配的目标发展，实现西电东送计划。而“十一五”期间，火电行业效益将呈现出下降趋势，而企业获得的经济效益也会出现较大变化。

三、自动控制理论的应用

（一）应用效果

热工自动化的核心就是自动控制，而实现这种要求则需要运用控制、热能工程、智能仪器、计算机信息等技术共同组成，实现热力学参数的检测与控制，从而实现生产全过程的控制、调度、管理等功能。通过正确的自动控制理论，可以提高火电厂生产的安全性，增加火电厂经济效益。通过锅炉、汽机、辅助设备的自动控制，可以使机组更加适应工况变化，保证设备可以在安全、经济的环境中运行。

（二）理论发展

近年来自动化技术发展速度不断提升，而热工自动化技术也得到了较大的发展。在新理论、新材料、新工艺的影响下，各类新型传感器不断出现，而控制系统与装置技术水平也得到了明显的提升，新型控制理论与策略不断出现，在生产过程中获得了更多的成果。

（三）改进控制逻辑

在改进控制逻辑时，应该通过综合比较方法完成系统的整体优化，通过容错逻辑设计，找出在火电厂运行过程中可能发生故障的设备，从而实现控制逻辑的优化与完善，并且可以通过预先设置的措施降低逻辑失效几率，通过良好的逻辑优化模式，可以使系统具有良好的技术优势，方便后期推广。

（四）热工自动化技术

通过热工自动化技术，可以有效降低火电厂生产成本与能源消耗，对企业提高经济效益有着非常明显的作用。热工自动化技术不仅可以提高火电企业的经济效益，也是实现我国节能降耗、可持续发展战略目标的关键因素。

四、自动控制系统未来发展趋势

（一）数字化电厂

在电力企业不断的发展过程中，“数字化电厂”的概念逐渐在广大电力企业中普及。通过管控一体化系统，完成了SIS与MIS数据的处理与整合，将生成管理、设备管理、实施监控、移动办公等业务完全融为一体，以发电生产作为主导，以资产管理作为核心，实现人员、设备、资金等资源的全面管理。通过“数字化电厂”概念，实现了电厂、人员、财务的高产业链协作效果，为企业向精细化管理进步提供帮助。

（二）SIS控制系统

在技术方面进行研究，目前热工自动化技术已经脱离的初级的数据库建立阶段，而是逐渐进入应用阶段。虽然实际应用过程发挥了较大的作用，而且部分火电厂也开始应用SIS作为高层监控与管理的工作，但是并没有体现出SIS控制系统的生命力。通过长时间的发展，SIS控制系统逐渐进入成熟阶段，而先进的技术使其成为重要的热工自动化产品，也是我国可以根据用户实际需求制定控制系统功能的少数系统之一。通过SIS系统，可以根据火电厂实际情况制定相互契合的热工控制系统，为用户提供更加完美的设计方案。

（三）未来发展目标

目前火电厂使用的DCS品牌为国外引进的品牌，大多数热工自动化系统均为国外引进的技术，300MW以上的机组DCS被外国企业垄断，而我国自主开发的DCS系统只能在200MW以下机组使用，性能与功能距国际平均水平存在较大差异。在90年代初期，我国逐渐引入DCS系统进行研究与应用，而DCS功能在发展到发变组后，火电厂自动化才得到了真正的发展。所以，为了实现我国的自主创新，必须不断加强自动化理论，实现电气热工一体化的发展与壮大。

结语：

热工自动化技术是一项非常重要的控制技术，也是我国坚持节能降耗，实现可持续发展的重要手段。为了提高自动化系统的技术水平，需要加强智能化、透明化、无线化、一体化的技术水平，不断实践新的控制测量方法，简化复杂与繁琐的操作方法，构建出操作简单、维护方便的新型热工自动化系统。

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