【正文】 reheated steam temperature plays an important role in security and economy running of power plant. Due to the characteristics of reheater such as large inertia, nonlinear, timevarying, multivariable and selfbalance, that makes how to improve the control quality of reheated steam temperature has bee the significant research topic in thermal process control field. In this paper, it analyses the characteristic of reheater which is the controlled object, describes the configuration and the theory in mon use of PID control and fuzzy control system paratively detailed. Paper puts forward FuzzyPID control according to the characteristics of reheater like large inertia, nonlinear, timevarying, multivariable and the control requirements of reheated steam temperature in power plant. Its main objective is to make bination and plementary of advantages of PID control and fuzzy control in order to explore the effective approach to improve the control quality of reheated steam temperature. The result of simulation indicates that the FuzzyPID reheat steam temperature control system does not rely on mathematical models of controlled objects, and that the quality of FuzzyPID control system is better than conventional PID system. This control strategy is beneficial to realize safe, economic, credibly, optimized and environmental protection requirements of power plant and it will be have wide application foreground. Keywords: reheated steam temperature control。 Fuzzy control。我國火電廠的機組 是以燃煤機組為主。目前，我國哈爾濱鍋爐廠正加緊研制和開發(fā)單機容量為 1200MW 超大型單爐直流式火力發(fā)電機組。然而再熱器溫度控制存在著以下調(diào)節(jié)的瓶頸。 二、再熱汽溫調(diào)節(jié)存在著被調(diào)節(jié)量的非確定性 再熱蒸汽溫度對象的不確定性主要來自以下干擾源： （ 1）負(fù)荷變化時，燃料供應(yīng)量也是變化的，再熱器吸熱量是變化的，主蒸汽和再熱器的流量也隨之變化； （ 2）負(fù)荷基本不變時，由于燃燒工況變化及制動 系統(tǒng)切換和停啟，導(dǎo)致再熱器的吸熱量變化； （ 3）給水壓力、溫度或流量變化時，噴水減溫效果也是變化的。 火電廠再熱器溫度這種大慣性時變對象 ， 在一定負(fù)荷下 ， 對象 存在明顯 的 參數(shù)時變而且干擾較多 。 智能控制 (Intelligent Control， IC)是指人們應(yīng)用人工智能 (Artificial Intelligent， AI)的理論和技術(shù)及運籌學(xué)的優(yōu)化方法與控制理論的方法和技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效人類的智能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。當(dāng)前最主要的有三種形式：模糊 2 控制、專家規(guī)則控制與專家系統(tǒng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。 我國使用的再熱機 組 已有 40 多年的歷史，迄今為止已有約 600 臺再熱機組在運行。盡管國內(nèi)許多控制專家就 再熱汽溫可控性差的問題，做了很多研究，也提出了不少新的、先進(jìn)的控制方案，但因工程實現(xiàn)存在困難，真正應(yīng)用甚少，故火電廠過再汽溫實時控制問題也一直未能得到徹底的解決。 目前， 國內(nèi)的火電 200MW 以上機組大都配備了中間再熱系統(tǒng)。 汽溫是按照材料的的許可溫度取安全上限值，當(dāng)再汽溫溫度過高時，會使鍋爐受熱面及的蠕變加快，影響使用壽命，若嚴(yán)重 超溫，可能導(dǎo)致材料強度下降發(fā)生爆炸。當(dāng)汽溫過低時，會降低機組熱循環(huán)效率， 同時使通過汽輪機最后幾級 葉片 的濕度增加，引起葉片的磨損，影響汽輪機安全運行 。因此，在機組運行和工況調(diào)整過程中，維持汽溫的相對穩(wěn)定是非常重要的。 隨著科學(xué)技術(shù) 的不斷進(jìn)步，對工業(yè)過程控制的要求也 越來越 高，不僅要求控制的快速性、 精確性 和可靠性， 而且還注重控制的實時性、容錯性、魯棒性以及對控制參數(shù)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。 模糊 PID 控制器應(yīng)用在 火 電廠再熱汽溫控制系統(tǒng)中，通過模糊控制和傳統(tǒng) PID 控制的有機結(jié)合 。 課題研究內(nèi)容 針對 再 熱 汽溫 大慣性、時變、非線性和具有自平衡能力等特性 。 本文針對 再 熱汽溫提出了 FuzzyPID控制的方案 。 4 第二章 再熱 汽溫系統(tǒng)概述 本章主要從再熱蒸汽的焓熵 分析 、再熱器特點、再熱器調(diào)溫方式和再熱器不同調(diào)溫結(jié)構(gòu)下其動態(tài)特性對再熱器進(jìn)行了詳細(xì)的介紹 ，建立 再熱汽溫控制數(shù)學(xué)模型 。 它的作用是把汽輪機內(nèi)作過部分功的蒸汽（高壓缸）再次加熱，達(dá)到一定的過熱溫度，稱為再熱蒸汽，然后這些蒸汽又引返汽輪機的下一級（ 中壓缸或 低壓缸）內(nèi)繼續(xù)作功。 圖 21 蒸汽循環(huán)圖 如果不采用中間再熱方式， 在提高蒸汽初壓的情況下，要保證汽輪機末級蒸汽干度在允許范圍內(nèi)，就 必要大大題提高蒸汽初溫。因此，只好采用中間再熱來解決這一矛盾。 如果再熱溫度和壓力選擇得當(dāng)， 將使循環(huán)熱效率提高，同時對汽輪機相對 內(nèi) 效率也產(chǎn)生有利的影響。 再熱 一般采用一次再熱，再熱溫度與初溫相近（在我國的現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計中，都 取低壓缸 中壓缸 凝汽器 高壓排氣 低壓排氣 鍋爐 高壓缸 中壓缸排氣 新汽 再熱汽 給水泵 冷卻水 5 e d S(熵 ) Xe Xd P2 T0 T1 P1 P0 c b a i（焓） X=1 再熱溫度與初溫相等），再熱壓力為初壓的 20%左右。 再熱蒸汽的焓 熵分析 蒸汽經(jīng)過再熱，提高了溫度，增加了焓值。 圖 22 中間再熱方式的焓熵示意圖 但采用再熱方式的目的首先在于提高汽輪機末端的干度。所以高壓機組普遍采用中間再熱，以保證汽輪機末級蒸汽濕度在許可范圍內(nèi)（從圖 22 中由于干度 XdXe，所以 d 點干度提高）。 再熱器特點 再熱器中流動的介質(zhì)是中低壓蒸汽，與壓力比較高的過熱蒸汽相比，由于蒸氣密度低，因而傳熱特性也比較差，由于其比熱較小，因而同一熱偏差汽溫偏差也比較大。這就是通常的再熱器超溫管爆的主要原因。 二、 再熱器對汽溫偏差敏感 再熱蒸汽比容 Cp 較 過熱蒸汽比容 Cp 小，在相同的熱偏差下，引起的汽溫偏差比過熱器大。 三、 工況變化對再熱汽溫影響大 當(dāng)運行的工況變化時，會造成受熱面的吸熱量和蒸汽焓增的發(fā)生相應(yīng)變化，這一特性便于煙氣調(diào)溫。 再熱蒸汽的溫度調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)再熱汽 溫的主要方法有：煙氣再循環(huán)、煙氣分配擋板、擺動式噴燃器、蒸汽旁通和汽 汽熱交換器等。 在汽輪機負(fù)荷下降時，再熱器的進(jìn)口汽溫也隨著降低。另外，當(dāng)運行工況變化時如煤種水分變化、過量空氣系數(shù)增加、爐內(nèi)結(jié)渣等，也會影響再熱蒸汽的溫度。這是因為在再熱設(shè)備中應(yīng)用噴水減溫會增加再熱蒸汽流量，使汽輪機的中、低壓部分功率比例增大，從而降低了熱力循環(huán)的效率。 再熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對其動態(tài)特性的影響 目前，再熱器的調(diào)溫結(jié)構(gòu)通常采用平行煙道擋板、煙氣再 循環(huán)、擺動燃燒器、汽— 汽交換器等，調(diào)溫結(jié)構(gòu)方式實現(xiàn)再熱器調(diào)溫。 煙氣再 循環(huán) 控制 再熱器溫度系統(tǒng)對再熱器動態(tài)參數(shù)的影響 煙氣再 循環(huán)調(diào)節(jié)再熱器的汽溫，其原理是利用尾部低汽溫 煙氣 重返爐膛，從而降 7 低了爐膛溫度，增加了低溫?zé)煔鈱α魇軣釘_動，加強了對流受熱面的換熱能力，繼而改變了爐膛各部分的吸熱量分配。因此其動態(tài)特性按 （ 21） 來計算，且動態(tài)特性不會超過 2 階。通常取熱電偶傳遞函數(shù)： (22) 綜上所述，對于煙氣再 循環(huán)再熱器調(diào)溫自動控制系統(tǒng)，調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對動態(tài)特性的影響取為熱量 q1(s)對出口焓 i2(s)擾動型的傳遞函數(shù)。 其動態(tài)特性可視為吸熱量對出口焓值的擾動。 綜上所述，對于 擺動燃燒器 再熱器調(diào)溫自動控制系統(tǒng)，調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對動態(tài)特性的影響取為熱量 q1(s)對出口焓 i2(s)擾動型的傳遞函數(shù)，其 表達(dá) 式如 式 (23)。 鍋爐 運行規(guī)程 參數(shù) 末級過參數(shù)：出口蒸汽流量 ；出口壓力 /溫度 ℃。 再熱器結(jié)構(gòu)：再熱器為一級，分為低溫段和高溫段，兩段之間無聯(lián)箱，其低溫段位于豎井煙道一級過熱器的下部，高溫段為混合式懸掛于水平煙道中。 表 21 為華能大連電廠二期鍋爐運行規(guī)程鍋爐數(shù)據(jù)一覽表 。一方面，模糊控制提出一種新的機制用于實現(xiàn)基于知識甚至語義描述的控制規(guī)律；另一方面，模糊控制為非線性控制器提出一個比較容易的設(shè)計 方法，尤其 是當(dāng)受控裝置含有不確定性而且很難用常規(guī)非線性控制理論處理時，更為 有效。 本章將首先簡述模糊控制系統(tǒng)的組成，然后講述模糊控制的原理，其次講述模糊控制器的基本設(shè)計 和 PID 控制 。 一般的模糊控制是一種基于模糊控制規(guī)則的控制。另外，模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得不到保證。 模糊控制的基本原理 模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)、模糊 語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。 模糊控制屬于計算機數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)。 11 圖 31 模糊控制系統(tǒng)框圖 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖 31 虛線框 中所示。它們的作用說明如下： （ 1）模糊化。本單元可視為模糊集合的標(biāo)記。涉及應(yīng)用領(lǐng)域和控制目標(biāo)的相關(guān)知識，它由數(shù)據(jù)庫和語言控制規(guī)則庫組成。語言控制規(guī)則標(biāo)記控制目標(biāo)和領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗?。這是模糊控制的核心，以模糊概念為基礎(chǔ)，模糊控制信 息可通過模糊蘊涵和模糊邏輯的推理規(guī)則來獲取，并可實現(xiàn)擬人決策過程。 （ 4）清晰化。此精確控制作用必須進(jìn)行輸出定標(biāo)，這一作用是在對受控過程進(jìn)行控制之前通過變量交換實現(xiàn)的 [6]。 模糊控制器的作用過程，是將控制偏 差等精確量模糊數(shù)學(xué)化為模糊量，然后， 根據(jù)基于語言控制規(guī)則或操作經(jīng)驗提取的模糊控制規(guī)則，經(jīng)推理得到控制作用的 模糊量，最后，采用一定的清晰化算法，將模糊控制量換算為精確控制量輸入給執(zhí)行機構(gòu)，從而完成系統(tǒng)的模糊作用過程。模糊化在處理不確定信息方面具有重要的作用。 在模糊控制器中，一般可以將 誤差 、 誤差 變化率 作為 模糊控制 的輸 入量。 在模糊控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，由于必須將模糊控制器輸 入量誤差 e 的任何實際數(shù)值，變換成其論域中相應(yīng)的元素，二者的 差異很 大，因而需要通過量化因子進(jìn)行論域變換。 與量化因子進(jìn)行 論域變換相對應(yīng)，需要通過比例因子才能將經(jīng)過模糊控制器運算后的結(jié)果 [ minu ， maxu ]變換成輸出量 [ *minu ， *maxu ]。首先討論數(shù)據(jù)庫。 I/O 空間的模糊劃分 I/O 空間的模糊劃分是指輸入輸出語言變量的論域上定義了多少個基本模糊子集，換言之，即每個語言變量的辭集定義多少個語言值。 論域上定義的基本模糊子集可以在論域上均勻地分布，也就是每一基本模糊子集的支集都覆蓋了論域上等寬度的一個區(qū)段。不均勻和不對稱的模糊劃分，使得模糊控制器有更靈活的非線性特性，以適應(yīng)對象的各種特性。例如，對于雙輸入 /單 輸出的模糊系統(tǒng)， x