本发明专利技术公开了一种基于多模型切换的主蒸汽温度控制方法及控制系统，用于对电站锅炉主蒸汽温度控制。该方法根据锅炉的运行负荷变化使用切换策略，选择与实际情况最为接近的典型运行负荷工况点的控制模型控制减温装置的喷水量，实现温度控制。本发明专利技术所提供的控制方法及控制系统准确度高、反应快速,简便易行，基于PID算法的多模型切换电站锅炉主蒸汽温度控制方法，能有效解决火电机组运行过程中控制器参数与控制模型不匹配的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及电站锅炉主蒸汽溫度控制方法，尤其是设及一种基于多模型切换的 主蒸汽溫度控制方法，适用于燃煤发电机组，属于自动控制
技术介绍
大型电站锅炉主蒸汽溫度控制是提高经济效益、保证机组安全运行不可缺少的环 节。对锅炉主蒸汽溫度的控制要求是十分严格的，汽溫过高或者过低，W及大幅度的波动 都将影响锅炉、汽轮机的安全和经济性。因此维持锅炉主蒸汽溫度的稳定运行是非常必要 的。过热器一般由若干级组成，各级管子常使用不同的材料，分别对应一定的最高允许溫 度。因此为保证金属安全，还应当对各级受热面出口的汽溫加W限制，此外，还应防止局 部管子的超溫爆漏和汽轮机汽缸两侧的受热不均。若蒸汽溫度过高，超过了设备部件（如 过热器管、蒸汽管道、汽轮机喷嘴、叶片等）的允许工作溫度，将使钢材加速蠕变，降低使 用寿命。严重的超高溫甚至会使管子过热而爆破。蒸汽溫度过低，将会降低热力设备经济 性，增加发电煤耗。汽溫过低，还会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，对叶片的侵蚀作 用加剧，严重时将会发生水冲击，威胁汽轮机的安全。而且汽溫突升突降还会使锅炉各受 热面焊口及连接部分产生较大的热应力，造成胀差增加。严重时甚至可能发生叶轮与隔板 间的动静摩擦，汽轮机剧烈振动等。 主蒸汽溫度一般可看做多容分布参数受控对象，对该对象的控制比较困难。其原 因主要有：（1)、锅炉燃烧工况不稳定，烟气侧扰动频繁且扰动量较大，影响主蒸汽溫度变 化较快；（2)、由于工艺特性决定了各级过热器管道较长，造成主汽溫对其调节手段，即喷 水减溫器的减溫水量变化的反应较慢，表现出明显的滞后特性；（3)外部扰动（如主蒸汽 流量波动、主蒸汽压力波动等）变化频繁且扰动量较大，致使主汽溫经常波动；(4)内部扰 动（如主给水流量波动、给水压力波动等引起的减溫水流量波动），使得喷水量发生变化， 造成主汽溫在外扰较小时仍经常偏离设定值；（5)主汽溫系统对于机组负荷的变化具有明 显的时变特性。 热工对象的动态特性与运行工况密切相关，机组的对象特性随着机组负荷变化 发生明显变化，特别是对于调峰机组现象更为严重。对于主汽溫对象来讲，其动态特性受 运行工况参数（主蒸汽流量、主蒸汽压力W及主蒸汽溫度）变化影响，导致模型参数发生 明显变化。由于机组负荷变化影响供煤量，从而直接影响过热器吸热，同时汽机侧负荷变 化也会引起蒸汽流量变化，因此负荷变化会引起蒸汽流量扰动、过热器吸热量扰动W及过 热器入口汽溫扰动。通常当负荷增加时，会导致系统特性函数的滞后和惯性时间常数W及 静态增益都呈现明显减小的趋势，总的汽溫则随负荷升高而增加。 因此当锅炉的运行负荷发生变化的时候，继续使用初始的传统PID控制器参数控 制锅炉运行模型将导致控制效果变差，甚至引发控制系统的不稳定。因此，需要把针对每 个工况下的模型设计相应的控制器，W保证最佳的控制效果。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种基于多模型切换的主蒸汽溫度 控制方法及控制系统，W解决电站锅炉机组运行过程中控制器参数与控制模型不匹配的问 题。技术方案如下： 一种基于多模型切换的主蒸汽溫度控制方法，根据锅炉的运行负荷变化使用切换 策略，选择与实际情况最为接近的典型运行负荷工况点的控制模型控制减溫装置的喷水 量，实现溫度控制，具体步骤如下： 步骤一：根据电站锅炉机组的最大运行负荷及主要运行负荷区间划分出N个典型 运行负荷工况点，其中2; 步骤二：采集典型运行负荷工况点的实际运行数据，采用串级PID控制方法，建立 典型运行负荷工况点处的主蒸汽溫度控制模型； 步骤Ξ:优化典型行负荷工况点处的PID控制参数，建立典型运行负荷工况点处 的最优主蒸汽溫度控制模型，使得每一个典型运行负荷工况点都有一组可调的控制参数与 之对应； 步骤四：根据多模型切换指标进行策略切换，再利用PID控制方法，获得减溫器喷 水量J; 所述多模型切换指标为待切换控制过程与最优主蒸汽溫度控制模型之间的差异 程度； 所述策略切换过程采用滞后切换方法； 所述PID控制方法采用增量式PID控制方法。 所述步骤四中多模型切换指标的获得方法如下： 其中，似=y似-yi(k)，即似为过程输出与第i个最优主蒸汽溫度控制模 型输出在第k时刻的误差值；α，β为权值，分别代表当前时刻和过去时刻过程输出和模型 输出之间差值对切换指标的影响；Ν为最优主蒸汽溫度控制模型的个数；L为影响切换指标 的误差的长度；Ρ为对误差的记忆效应；Ji为控制过程和第i个最优主蒸汽溫度控制模型 之间的差异程度，即切换指标，值越小代表控制过程与第i个最优主蒸汽溫度控制模型之 间越接近； 所述步骤四中策略切换过程如下： 根据滞后切换方法， 阳020] Ji似=min化似}，i= 1，2--,N 其中i为当前使用的最优主蒸汽溫度控制模型模型序号，j为与i的切换指标最 小的对应最优主蒸汽溫度控制模型序号，如果此时i声j，判断切换的必要性，如果 Jj(k) +P<JiG〇 则切换到第j个最优主蒸汽溫度控制模型，否则仍然使用第i个最优主蒸汽溫度 控制模型，其中P为滞后因子； 所述步骤四中增量式PID控制方法如下： 其中Κρ为比例系数，u(k)为k时刻PID计算值，Τ为系统采样周期，ΤI为积分时间 常数，Td是微分时间常数，ek为k时刻目标值与输出溫度的误差值，ek1为k-1时刻目标值 与输出溫度误差值，e, 2为k-2时刻目标值与输出溫度误差值；U化-1)为k-1时刻PID计算 值；由上可知减溫器喷水量计算过程如下： 其中Jk为k时刻减溫器喷水量，Jk1为k-1时刻减溫器喷水量，KP为比例系数，T 为系统采样周期，Τι为积分时间常数，TD为微分时间常数，ek为k时刻目标值与输出溫度的 误差值；ek1为k-1时刻目标值与输出溫度误差值，ek2为k-2时刻目标值与输出溫度误差 值； 基于上述方法获得减溫器喷水量J，实现多模型切换的主蒸汽溫度控制。 采用一种基于多模型切换的主蒸汽溫度控制方法的控制系统，包括多模型切换控 制模块、传统串级PID控制模块、优化串级PID控制模块和加减法计算模块，所述传统串级 PID控制模块与优化串级PID控制模块并联设置，且输入端均与多模型切换控制模块相连， 输出端与加减法计算模块相连，所述加减法计算模块输出端与多模型切换控制模块输入端 相连； 所述传统串级PID控制模块分为内、外两个回路，外回路为比例+积分控制的PI 控制回路，内回路为比例+积分+微分的PID控制回路，经传统串级PID控制模块输出的为 主蒸汽溫度； 所述优化串级PID控制模块采集电站锅炉机组的最大运行负荷及主要运行负荷 区间内的N个典型运行负荷工况点的实际运行数据，并采用串级PID控制方法，建立典型运 行负荷工况点处的主蒸汽溫度控制模型，经优化获得最优主蒸汽溫度控制模型； 所述加减法计算模块将经过传统串级PID控制模块输出来的主蒸汽溫度与经过 最优主蒸汽溫度控制模型输出来的各最佳主蒸汽溫度作减法，并将结果输入到多模型切换 控制模块中； 所述多模型切换控制模块根据经加减法计算模块输入的结果，获取多模型切换指 标进行策略切换，再利用PID控制方法，获得减溫器喷水量。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于： 本专利技术所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多模型切换的主蒸汽温度控制方法，其特征在于：所述控制方法根据锅炉的运行负荷变化使用切换策略，选择与实际情况最为接近的典型运行负荷工况点的控制模型控制减温装置的喷水量，实现温度控制，具体步骤如下：步骤一：根据电站锅炉机组的最大运行负荷及主要运行负荷区间划分出N个典型运行负荷工况点，其中N≥2；步骤二：采集典型运行负荷工况点的实际运行数据，采用串级PID控制方法，建立典型运行负荷工况点处的主蒸汽温度控制模型；步骤三：优化典型行负荷工况点处的PID控制参数，建立典型运行负荷工况点处的最优主蒸汽温度控制模型，使得每一个典型运行负荷工况点都有一组可调的控制参数与之对应；步骤四：根据多模型切换指标进行策略切换，再利用PID控制方法，获得减温器喷水量J；所述多模型切换指标为待切换控制过程与最优主蒸汽温度控制模型之间的差异程度；所述策略切换过程采用滞后切换方法；所述PID控制方法采用增量式PID控制方法。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，尚达，李宽，曹晓峰，金英爱，
申请(专利权)人：吉林省电力科学研究院有限公司，国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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