火电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制

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广义预测控制在锅炉燃烧控制系统中的应用

ｔａｈｅＧＰＣａｔｔｏｄｐａｌｔｎｄｈｉｒｃｎｔｏｃｕｒｃｉｓｃｔｏｆｅｔｖｎｅｓｉｕｐｒｈｔｔｂｏｓｓｓｒｎｇａａｔｂｉｙａｇｈｅｏｒｌａｃａｙ，ｔｏｎｒｌｅｆｃｉｅｓｓｓｅ — ｉｒｏｏｔｔｏｏｅｉａＤｏｒｌａｇｏｉｈ．ｉｒｔｈａｆｃｎｖｎｔｏｎｌＰＩｃｎｔｏｌｒｔｍ
［Ｏｌ编号］１．９９ｊｉｓ．０２—３６．０．２０６Ｄ０３６／．ｓｎ１０３４２１０．５１ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮｏＦＴＨＥＧＥＮＥＲＡＬＩＺＥＤＰＲＥＤＩＣＴＩＶＥＣｏＮＴＲｏＬＮＩＴＨＥＣＯＭＢＵＳｏＮＴＩＣｏＮＴＲｏＬＹＳＳＴＥＭｏＦＩＢｏＬＥＲＳ
ＡｂｔａｔＴｈｅｅａｉｅｒｄｃｉｅｃｎｒｌ（ｓｒｃ：ｅｇｎｒｌｄｐｅｉｔｖｏｔｏＧＰＣ）ｗｈｃｕｅｈｄａｔｇｓｏｒｄｃｉｅｃｎｒｌｚ，ｉｈｆｓｄｔｅａｖｎａｅｆｐｅｉｔｏｔｏｖ
ｍａｅｔｅｐｒｍｅｅｓｏｔｈａａｔｒｎ—ｌｅａｄｃｎｒａｉｅｔｅｓｌ —ａａｔｅｃｎｒ１Ｔｈｏｂｓｉｎｅｎｒｌｓｓｉ，ｎａｅｌｈｅｆｄｐｉｏｔｏ．ｅｃｍｕｔｏｔｏｙ — ｎｚｖｏ
广义预测控制在锅炉燃烧控制系统中的应用

改进的广义预测控制设计与仿真

改进的广义预测控制设计与仿真兰艳亭;黄晋英;陈晓栋【摘要】改进的广义预测控制算法保留了广义预测控制算法的基本特征和优点,另外,此算法中考虑了被控对象的纯延时.针对火电厂锅炉燃烧控制系统具有非线性、大滞后、强耦合、强干扰等特点将改进的广义预测控制应用于锅炉燃烧控制系统中.该方法先利用预测模型得到系统未来时刻输出,然后将设定输出和预测误差变化率作为自适应控制器的输入,控制器利用遗忘因子递推增广最小二乘法推理得到控制输出.仿真实验表明,这种方法可以提高系统的动态性能,比广义预测控制算法具有更好的控制品质,它将会有较好的工程应用前景.%The improved generalized predictive control algorithm retains the essential characteristics and advantages of generalized predictive control algorithm but has the pure time delay of controlled object considered additionally. Improved generalized predictive control is applied into boiler combustion control system in the light of characteristics the thermal power plant boiler combustion control system presents as to be of nonlinearity,large lag,tight coupling and strong interference. This method obtains firstly the system output of some future point with the prediction model and then it takes the set output and the prediction error rate as the input of the adaptive controller which gains inferentially the control output by using forgetting factor recursive extended least squares algorithm at last. Simulation results show that,this method can improve dynamic performance of the system and is of better control quality than the generalized predictive controlalgorithm,which will have a preferable prospect in the engineering application field.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2015(040)008【总页数】4页(P114-116,121)【关键词】改进广义预测控制;燃烧系统;参数估计;Matlab仿真【作者】兰艳亭;黄晋英;陈晓栋【作者单位】中北大学计算机与控制工程学院,太原 030051;中北大学机械与动力工程学院,太原 030051;农业部农作制度重点实验室/中国农业大学农学与生物技术学院,北京 100193【正文语种】中文【中图分类】TP13广义预测控制（General i zed Predi ct i ve Cont rol, GPC）是20世纪80年代中期由英国学者Davi d Cl arke教授及合作者提出的一类新型预测控制算法。

动力锅炉系统中隐式广义预测控制的应用

２凝汽器中蒸汽和小凝结气体均视为理想）
ＡｂｔａｔＲｅｅｒｈｏｈｍｔｅｔｃｌｍｏｅｆｂｏｌｒ，ｉｈｔｄｏｅｅａｉｅｒｄｃｉｅｓｒｃ：ｓａｃｎｔｅｎｈｍａｉａｄｌｏｉｅｕｓｎｇｔｅｍｅｈｏｆｇｎｒｌｚｄｐｅｉｔｖ
ＤｕＨａｔｏＣｅｎｉａ，ｈｎＫｕ。
（．ｒｉｏｌｒＣ．Ｌｄ，ｒｉ５０６，ｈｎ；１ＨａｂｎＢｉｏｔ．Ｈａｂｎ１０４Ｃｉａｅ
２Ｎ．０ｅｅｒｈＩｓｔｔ，ｈｎｈｐｕｌｉｇＩｄｓｙＣｒｏａｏ，ａｂｎ１０３Ｃｉａ．ｏ７３ＲｓａｃｎｔｕｅＣｉａＳｉｂｉｎｎｕｔｏｐｒｔｎＨｒｉ５０６，ｈｎ）ｉｄｒｉ
杜海涛陈，琨
（．尔滨锅炉厂有限责任公司，龙江哈尔滨１０４；．１哈黑５０６２中船重工第七。三研究所，龙江哈尔滨１０３）黑５０６
摘
要：对动力锅炉的数学模型进行研究，用广义预测控制对被控对象模型进行了仿真。结果表明，力针使动
算法在国外已经取得了广泛的］业应用。二
分析仿真的特点，对锅炉炉膛的数学模型进行了较为详细的描述，其余涉及烟气侧动态特性部对分的模型均考虑了烟气储质和储能的影响，而汽水侧则按常规方法进行处理，烟气侧与汽水侧的

浅谈火电发电厂锅炉检修运行与维护措施

故障维修—184—浅谈火电发电厂锅炉检修运行与维护措施李强（伊犁哈萨克自治州特种设备检验检测所，新疆伊宁 835000）1、前言作为中国第一、第二产业，电力是中国经济发展的基础。

我国电力系统的发展方向。

火力发电厂锅炉是主要的能量转换设备，锅炉的运行状态直接决定着电站的运行状态，笔者根据多年的工作经验，首先介绍了火力发电厂锅炉的主要故障及运行原因，然后阐述了相关的维护措施，具有一定的实际参考价值和参考价值。

2、火电发电厂锅炉运行遇到的主要故障和原因在工厂锅炉运行过程中，会出现许多故障，主要有：灭火、爆管、二次燃烧、温度异常、高压低流量等。

2.1锅炉的检验方法 2.1.1目测法锅炉的目视检查和控制是最重要的方法。

经验丰富的维修专家可以不经意地观察到锅炉内壁和锅炉本身。

目测炉墙和炉管的形状。

对锅炉在腐蚀、磨损、可见裂纹、变形、焊孔、咬边、焊接不足等情况下的情况进行了初步研究，该方法的缺点是精度低。

2.1.2常规物理法常用的检测方法：锤击法、摄影、直尺、试件、钻孔等，这些方法由经验丰富的维修技术人员总结，精度高，检测效率高，检测成本低，适用于不同的生产单位。

然而，超声波检测的效率远高于普通磁粉检测。

与普通磁粉检测相比。

2.1.3超声波检测法超声波探伤法也是锅炉探伤的常用方法。

超声波发生器固定在锅炉表面，喷以磁性粉尘。

在锅炉测量区。

然后声波从声波装置表面传到锅炉内的一定频率。

声波跳到受损部位并加强。

超声波回到CT 扫描中寻找破损区域，而磁粉检测的成本更高，与许多锅炉检测技术相比，超声波和磁粉检测技术在大型锅炉的年检中经常使用[1]。

2.2锅炉灭火锅炉灭火是锅炉运行中最普遍的问题。

其主要现象是火焰电视显示火焰闪烁或消失，而相应的探头无法检测到火焰信号，主要原因是煤质下降。

煤粉细度差，湿度高，空气不足，燃烧器配置不合理，导致低负荷时燃烧不稳定。

2.3锅炉受热面爆管爆管在锅炉受热面上的主要现象是检漏报警。

锅炉蒸汽温度模糊神经网络的广义预测控制(毕业设计)

毕业设计（论文）外文翻译Neuro-fuzzy generalized predictive control ofboiler steam temperature锅炉蒸汽温度模糊神经网络的广义预测控制本科电气与信息学院自动化讲师学生姓名学历层次所在院系所学专业指导教师教师职称锅炉蒸汽温度模糊神经网络的广义预测控制摘要：发电厂是非线性和不确定的复杂系统。

现代电厂在运作上的，为确保高效率和高负荷的能力，可靠的控制过热蒸汽温度是必要的。

本文提出了一类在非线性广义预测控制器的基础上的模糊神经网络（ nfgpc ）。

所提出的非线性控制器适用于控制一台200 MW电厂的过热蒸汽温度。

从实验的移植和仿真移植上获得比传统的控制器好得多的性能。

关键词：模糊神经网络;广义预测控制;过热蒸汽温度。

1 引言这种持续不断的电厂和电力站复杂系统的特点是非线性、不确定性和负载扰动。

蒸汽发电的过程中锅炉-汽轮机温度过热是一个重要的过程，蒸汽加热后，进入涡轮驱动发电机。

控制过热蒸汽温度不仅是在技术上具有挑战性，但在经济上也是十分重要的。

图 1锅炉过热器和蒸汽生成过程。

从图1看出，产生的蒸汽从锅炉汽包通过低温过热器后进入辐射型屏。

水变成喷涂的蒸汽，以控制过热蒸汽的温度。

适当的控制电厂过热蒸汽温度是极其重要的，可以确保整体效率和安全性。

蒸汽温度太高是不可取的地方，因为过热它可损害和高压力汽轮机，太低也不行，因为它会降低电厂效率的。

减少温度波动内过热也是重要的，因为它有助于减少在单位内机械应力造成的微裂纹，延长单位秩序寿命，并减少维修成本。

作为GPC的推导应该尽量减少这些波动，它是众多的控制器是最适合实现这一目标的。

多变量多步自适应调节已适用于控制过热蒸汽温度在150吨/ h锅炉，提出了广义预测控制以控制蒸汽温度。

非线性长程预测控制器基于神经网络发展是以控制主蒸汽温度和压力。

控制主蒸汽压力和温度的基础上，非线性模型的构成是非线性静力常数和非线性动力学。

广义预测控制在锅炉燃烧控制系统中的应用_张嘉英

广义预测控制( GPC) 是由 Clarke 等于 1985 年提出的, 是在自适应控制的研究中发展起来的另一类预
基金项目: 作者简介:
E- mail:
内蒙古工业大学科学研究项目( X200938) 张嘉英( 1976-) , 女, 内蒙古呼和浩特人, 硕士, 讲师, 从事计算机控制在电站热工过程中的应用和预测控制的教学与研究。 z han gjy2222@ 163. com
为控制加权系数, 可将其简化为常数 K; w 为过程的期望输出。
式( 8) 采用了长时段预测的概念, 把所要优化的方
差从 1 个时间点扩展到 1 段时域 N 1 ~ N 2 。其中, N 1
应大于对象的时滞, N 2 应足够大以充分显示过程动态
性能。由于以多步预测优化代替了一步预测优化, 即
使对时滞估计不当或时滞发生变化, 仍能从整体优化中得到合理的控制, 这是 GPC 具有鲁棒性的重要原
因。
2. 3 在线辨识与校正 GP C 在控制过程中不断通过实际输入输出信息
在线估计模型参数, 并以此修正控制律, 即广义的反馈校正。
将式( 1) 改写为: $y ( k) = - A 1 ( z - 1 ) $y ( k) + B( z - 1 ) $u ( k - 1) + N( k)
( 9) 式中, A 1 ( z - 1 ) = A ( z - 1 ) - 1。
NU
E K( j ) [ $u ( k + j - 1) ] 2}
( 8)
j= 1
式中: E 为数学期望; N 1、N 2 分别为优化时域的始值
和终值; N U 为控制时域, 即 N U 步后控制量不再变
化, 表达为 u( k + j - 1) = u( k+ N U- 1) , j > N U; K( j )

火电厂各类指标的释义与控制措施

火电厂各类指标的释义与控制措施北极星火电人一、主要生产指标（一）释义1、供电煤耗：指火力发电机组每供出单位千瓦时电能平均耗用的标准煤量。

他是综合计算了发电煤耗及厂用电率水平的消耗指标。

因此，供电标煤耗综合反映火电厂生产单位产品的能源消耗水平。

供电煤耗二发电耗用标准煤量（克）/供电量（千瓦时）二发电耗用标准煤量（克）/发电量X （1-发电厂用电率）（千瓦时）影响供由馍誓的主尋牛产梧标.1）锅炉效率：锅炉效率是指谆效利用热量与燃料带入炉内热量的百分比。

2）空预器漏风率：是指漏入空气预热烟气侧的空气质量流量与进入空气预热器的烟气质量流量比。

3）主汽温度：主汽温度是汽轮机蒸汽状态参数之一，是指汽轮机进口的主蒸汽温度。

4）主汽压力：主汽压力也是汽轮机蒸汽参数状态之一，是指汽轮机进口的主蒸汽压力。

5）再热汽温：再热汽温度是汽轮机蒸汽参数状态之一，是指汽轮机进口的再热蒸汽温度。

6）排烟温度：排烟温度是指锅炉末级受热面（一般指）空气预热器后的烟气温度。

对于锅炉末级受热面出口有两个或两个以上烟道，排烟温度应取各烟道烟气温度的算数平均值。

7）飞灰可燃物:是指锅炉飞灰中碳的质量百分比（％）。

8）汽轮机热耗率：是指汽轮机发电机组每发出一千瓦时电量所消耗的热量。

以机组定期或修后热力试验数据为准。

9）真空度：是指汽轮机低压缸排气端真空占当地大气压的百分数。

10）凝汽器端差：是指汽轮机低压缸排汽温度与冷却水出口温度之差。

11）高加投入率：是指汽轮机高压加热器运行时间与机组运行时间的比值。

22）给水温度：是指机组高压给水加热器系统出口的温度值（°C ）。

13）发电补给水率：是指统计期内汽、水损失水量，锅炉排污量，空冷塔补水量，事故放水（汽）损失量，机、炉启动用水损失量, 电厂自用汽（水）量等总计占锅炉实际总蒸发量的比例。

2、综合厂用电率：是指统计期内综合厂用电量与发电量的比值, 即：综合厂用电率二（发电量/综合厂用电量）X 100%。

锅炉蒸汽温度的广义智能控制系统设计与应用

性和快速性的矛盾。
关键词：状态反馈；态特性；线性；义智能控制动非广中图分类号：Ｐ２４文献标识码：文章编号：６１—７４（０００Ｔ７Ａ１７１７２１）４—０５４９—０７
ＡｐｉａｉｎｎｄＤｅｉｎｏＧｅｒｌｚｄＩｅｌｇｅｎｒｌＳｙｔｍｐｌｃｔｏａｓｇｎｎｅａｉｅｎｔｌｉｎｔＣｏｔｏｓｅ
Ａｂｓｒｃ：ｅｃｎｒｄｃｉｎｏｐｅｎｅｓａｄｓａｌｔＳａｄｆｃｌｏｅｉａｅｏｏｒｌｔｅｒｔａｔＴｈｏｔａｉｔｏｆｓｅｄｉｓｎｔｂｉｉｙｉｉｕｔｐｒｂｌｍｎｆｅｆｃｎｔｏｈｏｙｉｓｕｎｃｎｔｏｓｓｅｔｄｙａｄｏｒｌｙｔｍｄｅｉｎｔｌｉｓＴｈｅａｅｔｋｓｉ－ａｉｎ．ｇｅｔｉｒｉａｓｇａａＩｍｅ．ｔｐｐｒａｅｔｍｅｖｒａｔｒａ－ｎｅｔａｎｄ
ｄｓｇｔｏａｅｂｅｒｖｎｂｓｄｏｉｌｔｎｔｓｓａｄｅｆｃｆｎｉｅｒｎｒｃｉｅｉｏｌｒｅｉｎｍｅｈｄｈｖｅｎｐｏｅａｅｎｓｍｕａｉｔｎｆｔｇｎｅｉｇｐａｔｂｉｏｅｅｏｅｃｎｅ
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第32卷第6期中国科学技术大学学报Vol.32,No.6 2002年12月JO URNAL O F UNI VE RSI TY OF SCIENCE AND TECH NO LOG Y OF CHINA Dec.2002文章编号:0253-2778(2002)06-0685-05火电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制*薛美盛,孙德敏,吴刚(中国科学技术大学自动化系,安徽合肥230026)摘要:在分析火力发电厂锅炉主蒸汽压力动态特性及其串级控制方案的基础上,采用阶梯式控制策略,实现了锅炉主蒸汽压力的广义预测控制,并给出了预测控制方案的工程实现和控制效果.关键词:锅炉;主蒸汽压力;广义预测控制;阶梯式控制策略中图分类号:TK223.7;TP273.2文献标识码:A0引言锅炉作为是火力发电厂三大主要设备之一,用于将水变成高温高压的蒸汽,推动汽轮机做功,把热能转化成电能[1].因为电能不易储存,所以发电设备的出力要随外界负荷的变化而调整.锅炉运行的首要任务是保质(压力、温度等等)、保量(蒸发量)并适时地向汽轮机提供过热蒸汽.锅炉主蒸汽压力是衡量蒸汽品质的重要指标,汽压波动直接影响锅炉和汽轮机组的运行.为了保证锅炉机组运行的安全与经济,必须确保主蒸汽压力的控制品质.某火力发电厂燃煤锅炉(以及汽轮机组)采用英国欧陆公司的Ne twork6000型集散控制系统(DCS)控制,控制软件为美国Intellution公司的FIX32.锅炉主蒸汽压力原采用串级控制方案,控制效果一直不太理想.作者采用阶梯式控制策略实现了锅炉主蒸汽压力的广义预测控制,取得了良好的控制品质.1锅炉主蒸汽压力的动态特性锅炉的燃烧过程利用燃料燃烧产生的热量生产蒸汽,再利用蒸汽驱动汽轮机做功.主蒸汽压力是衡量蒸汽产量与外界负荷是否相适应的重要标志.主蒸汽压力P T受到的扰动主要有:燃烧量扰动,称为基本扰动或内部扰动;汽轮机耗汽量的扰动,称为外部扰动.下面分析在上述两种扰动下锅炉主蒸汽压力的动态特性.(a)内部扰动下主蒸汽压力的动态特性.记燃烧量为u B.当u B作阶跃变化时,炉膛热负荷立即增大,汽包压力上升,蒸汽流量D随之增加.若汽轮机调汽阀开度不变,主蒸汽压力*收稿日期:2001-06-26作者简介:薛美盛,男,1969年生,副教授.E-mail:xuems@就会增大,从而使蒸汽流出量增加,最终达到新平衡.此过程具有自平衡性,其传递函数为:G B (s)=K B e -S B s (T B s +1)(1)其中:K B 、T B 和S B 分别为过程增益、时间常数和纯滞后时间.从锅炉蒸发受热面的热平衡方程可以得到下式:$Q r i d =D +C d d p d d t (2)其中:$Q r 为热负荷阶跃变化;D 、p d 为蒸汽流量和汽包压力;i d 为饱和蒸汽的焓;C 为热容;C d =C i d 称为受热面的蓄热能力.测量出蒸汽流量D 和汽包压力变化速度d p d d t,再将两者按照比例C d 组合,就得到代表热负荷的Q r ,称之为热量信号.它能迅速反映燃烧量的变化情况.控制系统中采用热量信号,能显著改善基本扰动下的主蒸汽压力的控制品质.(b)外部扰动下主蒸汽压力的动态特性.外部扰动由电网负荷变化引起,它通过改变蒸汽阀开度u g ,使汽轮机进汽量发生变化.当u g 作阶跃变化时,主蒸汽压力的动态特性可以用下列传递函数描述:G g (s )=-A +K g (T g s +1)(3)其中:A 为主蒸汽压力的突跳值,K g 和T g 为过程增益和时间常数.在外部扰动的开始瞬间,主蒸汽压力立即会有跳跃变化,因此可以很快地反映外部扰动.为了有效地克服上述两种扰动,可以采用串级控制方案,如图1所示.副回路克服内部扰动,主回路克服外部扰动.主调节器为主蒸汽压力调节器,引入二次油压的变化作为前馈,以快速响应汽轮机蒸汽阀门开度的变化;主蒸汽压力调节器的输出为热量信号,作为副调节器燃料量调节器的设定值;燃料量调节器的反馈为热量信号,输出为给煤机的转速设定值,给煤机内环控制器跟踪转速设定值的变化(图中没有画出此部分).图1 锅炉主蒸汽压力串级控制方案Fig.1 Cascade control scheme for mai n -steam pressure在上述方案中,比例器K1和K2用FIX 32的比例器模块实现;主蒸汽压力调节器和燃料量调节器用FIX 32的PID 模块实现,其参数利用AtLoop PID 自动整定软件包[2]进行了整定.事实表明,采用串级控制效果较好,主蒸汽压力的控制指标能够达到部颁标准.2 阶梯式广义预测控制方案及其实现广义预测控制(GPC)[3]采用受控自回归积分滑动平均(C ARI MA)模型,设计灵活方便,具有预测模型、滚动优化和在线反馈校正等特征.通过长周期预测,其可解决变参数及纯滞后和阶次同时变化的系统的稳定控制问题,并能有效地抑制阶跃干扰引起的稳态偏差,呈现686 中国科学技术大学学报第32卷出优良的控制性能和鲁棒性,被广泛地应用于工业过程控制中,取得了明显的经济效益[4].2.1 主蒸汽压力的广义预测控制方案尽管锅炉主蒸汽压力在采用串级控制后能够达到部颁标准.但由于电网负荷经常有较大波动,主蒸汽压力也随之波动;而且PID 控制器的控制量变化频繁,变化幅度也较大,加重了执行机构的负担,缩短了执行机构的使用寿命.因此,有必要在原有的控制方案基础上采用广义预测控制[5],进一步改善控制品质.实现锅炉主蒸汽压力的广义预测控制时,将原串级控制方案中的主调节器用GPC 控制器代替,仍然引入二次油压作为前馈,控制器的输出为热量信号,作为副调节器的设定值,副调节器的输出为给煤机的转速,通过控制给煤机转速,从而改变给煤量.原来的串级控制是通过组态,由多个数采模块、控制模块来完成的.由于DCS 系统中没有GPC 模块,且GPC 算法相对复杂,不可能通过运算模块的组合来实现,必须另外实现GPC 控制器.同时需要解决一些关键的技术问题,如GPC 控制器如何与DCS 系统相连接,如何存取FIX 32数据等等.此外为保证安全生产,还必须做到可以随时切换到PID 控制.2.2 阶梯式控制策略广义预测控制可以采用递推方法避免Diophantine 方程在线求解[3],但还是要进行高维矩阵运算,包括矩阵求逆运算,计算量非常大,况且有时矩阵不可逆.在实际控制系统运行时,应尽量减小控制量的变化波动,又因为每次预测控制计算出的控制量中只有当前时刻的值由控制系统付诸实现,所以给出阶梯式控制策略[5],以减少计算量,即预测的若干步控制量增量遵循一个比例系数:$u t +1$u t =B(4)其中$u t+1和$u t 分别为预测的t +1时刻和t 时刻的控制量增量.这样控制量呈现阶梯状,变化稳定均衡,计算也因此大为简化,避免了在线矩阵求逆.为减少由于耦合造成回路间的相互干扰及延长执行机构寿命,在控制工程中,控制量不宜变化频繁,变化幅度不宜过大,一段时间内应当向一个方向变动.而许多优化控制算法为了抑制输出噪声,控制量包含许多高频信号,但由于执行机构的惯性,高频信号基本上不起作用,反而加重执行机构的磨损.采用阶梯式控制,有效地抑制了高频控制分量,并且控制的变化是单向的,符合工程要求.当B >1时,未来控制量增量递增,表明更希望在未来时刻改变控制量,响应速度较慢,控制量平缓;当B <1时,未来控制量增量递减,表明更希望在当前时刻改变控制量,响应速度较快.B 的取值应在被控系统的快速性与平稳性之间取折衷.2.3 控制方案的实现FIX 32可以通过/动态数据交换0(dynamic data exchange,简称DDE)与其它应用程序交换数据.GPC 控制器程序通过DDE 服务程序来实现对过程数据库数据的存取操作.为保证预测控制系统的安全正常运行,必须保留原PID 串级控制,同时还必须保证控制器切换过程无扰动.FIX 32PID 控制模块有手动、自动、串级三种工作状态,其中的手动是指软手动,即可以由操作员或工程师修改控制量.利用这一特性,当GPC 切入时,PID 控制器设定为软手动工作方式,此时GPC 控制器取代了PID 控制器,PID 控制器处于备用状态;当需要切换回PID 控制器时,可以人为手工设定PID 控制器为自动工作状态,或者由GPC 控制器发出指令修改PID 控制器工作方式.在GPC 控制器工作时,控制量的输出是通过修改PID 控687第6期火电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制制器的输出端,这样在GPC 控制器切换到PID 控制器时,是无扰动切换;在PID 控制器工作时,GPC 控制器的输出值跟踪PID 控制器的输出,这样当GPC 控制器切换到工作状态时,保证是无扰动切换.为实现GPC 控制,首先需要建立广义对象的数学模型,广义对象的输入为副调节器的设定值,也即主调节器的输出,对应工位点为主调节器的操作变量(OP 值),单位为103kg/h,其值范围在0~500;广义对象的输出为主蒸汽压力的测量值,对应工位点为主调节器的过程变量(PV 值),单位为MPa,其值范围在0~20.采用增广递推最小二乘算法在线建立广义对象的CARIMA 模型,每一次辨识收敛并得到合理的辨识结果后,控制器将更新对象的数学模型,再重新进行控制律的设计.采样周期为2s,遗忘因子为0.98.另外,需要整定GPC 控制器的有关参数,如预测步长、控制步长、柔化因子、阶梯式因子和控制量权重因子.设计广义预测控制器时,要考虑以下三条原则:1)安全性、可靠性:操作人员对手动及PID 控制比较熟悉,有一定操作经验,但对预测控制比较陌生,所以实现预测控制时要充分考虑操作人员的适应性,要保留原PI D 控制及手动控制.在预测控制出现意外的情况下,可以方便地切换到手动控制或PID 控制,保证锅炉可靠运行.另外,预测控制程序要充分保证系统运行安全,在与手动控制及PID 控制切换时要考虑稳定过渡,要规定预测控制运行的必要条件.当满足条件时才运行预测控制,运行中要判断系统运行状态,当出现问题时应报警,当不满足预测控制条件时自动退出预测控制,并且切换到PI D 控制.2)友好性:广义预测控制器的人机界面采用外观与PID 控制器相似的设计,显示控制器的设定值、控制量的输出值、测量值等.同时可以很方便地调整控制器参数.3)有效性:采用预测控制确实能够改善控制效果,并尽可能减少人工干预.控制器能对一些不良情况进行自动处理,以方便使用.3 控制效果经过仔细的参数整定,预测控制正式投入运行,控制效果良好,主蒸汽压力稳定,波动小.尤其是给煤机转速变化幅度变小、调整频率明显降低,这意味着执行机构动作平缓,调整图2 1号机组锅炉主蒸汽压力GPC 与PID 控制效果对比图Fig.2 Comparative curves between GPC and PID controller on unit No.1频率降低,延长了执行机构的使用寿命.而投用PID 控制器时,控制量变化频繁.图2是GPC 在某日投运前后的对比曲线,时间为17点到20点.从图中可以看出PID 控制与GPC 控制的688 中国科学技术大学学报第32卷明显区别.图中中间段为GPC 控制,前后两端为PID 控制.图中控制器状态共有3种,1为软手动,即为GPC 控制,2为自动,即为PID 控制,3为串级控制.从图2中还可以看出,当GPC 投运时,发电机的有功功率比较平稳,PID 控制器投运时变化频率比较大.出现这种现象是必然的,因为锅炉主蒸汽压力和负荷相互影响,负荷的变化影响锅炉的主蒸汽压力,同时锅炉蒸汽推动汽轮机做功,蒸汽压力大时,发电机的有功功率大,反之,发电机的有功功率小.显然,锅炉的主蒸汽压力波动较大时,发电机的有功功率波动就较大;反之,蒸汽压力波动较小时,发电机的有功功率波动就较小.因此发电机的有功功率可以更容易更直观的反应主蒸汽压力的波动情况.显然从图中可以看出发电机有功功率在GPC 控制时比PID 控制时平稳的多,变化频率较低.阶梯式广义预测控制先后多次长时间在该发电厂1号机组和2号机组的锅炉上运行.根据FI X 32历史数据库数据统计,PID 控制时主蒸汽压力波动的标准差为0.035~0.050,GPC 控制时主蒸汽压力波动的标准差为0.020~0.030.统计数据显示GPC 控制时蒸汽压力稳定,给煤机转速平稳.4 结论实际应用表明,火力发电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制效果良好,主蒸汽压力稳定,有较强的抗干扰能力,控制量变化柔和.经过适当的改造,该控制方案可以推广到其它工业锅炉上应用,有比较广阔的应用前景.参考文献[1] 容鸾恩.燃煤锅炉机组[M ].北京:中国电力出版社,1999.[2] 吴刚,薛美盛,张志刚等.AtLoop PID 自动整定软件包)))原理与算法[J].控制理论与应用,1999,16(4):541-545.[3] Clarke D W,Mohtadi C,Tuffs P S.GeneralizedPredictive Control:Part Ñand Part Ò[J].Au -tomatica,1987,23(2):137-160.[4] 王伟.广义预测控制理论及其应用[M ].北京:科学出版社,1998.[5] 吴刚.预测控制研究及在工业锅炉自动控制中的应用[D].合肥:中国科学技术大学,1989.Stair -like Generalized Predictive Control for Main -steamPressure of Boilers in a Fire Power PlantX UE Me-i sheng,SUN De -min,W U Gang(De pt.o f Automation ,U STC ,He f e i 230026,China )Abstract:After analyzing the dyna mic behavior of main -stea m pressure of the boiler in a fire power plant,this paper presents a generalized predictive control algorithm with stair -like control sche me based on modification of the re gular cascade control sche me.The implementation and performance of the control scheme are given too.Key words:boiler;main -steam pressure;generalized predic tive c ontrol;stair -like c ontrol scheme 689第6期火电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制。