摘要：文章针对PID控制在火电厂自动控制中的应用进行了分析，并针对锅炉汽包液位调节系统、蒸汽温度自动调节系统进行了探析，旨在为火电厂自动控制系统设计和管理人员提供一定的参考。

关键词：火电厂；自控系统：PID控制；锅炉汽包液位调节系统；蒸汽温度自动调节系统 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2016）12-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.006

PID控制器是根据系统的误差，采用微分计算、积分以及比例计算出控制量进行控制的，具有调整方便、可靠性高、稳定性好以及结构简单等众多优点，受到众多工业企业的青睐，逐渐成为工业控制的主要控制技术之一。如果不能够完全地掌握被控对象的参数和结构或者数学模型结构不精确时，难以采用其他控制理论和技术，必须根据控制人员的经验来进行现场调解，应用PID控制技术能够有效地解决上述问题。也就是说，即使一个完全不了解的被控制对象或者系统，在没有获得被控对象或者系统的任何参数时，通常采用PID控制技术进行处理，由此可见PID控制技术的重要性。因此，文章针对火电厂自控系统PID控制的研究具有非常重要的现实

意义。

1 PID控制在火电厂自动控制中的应用分析

火电厂的自动控制系统非常复杂，并且运行环境、被控对象的不确定性、变化性特点，想要创建精确的数学模型，其难度非常高，导致火电厂的自动控制难以实现。控制器参数整定的质量，会对闭环控制系统的运行质量产生很大的影响，计算机技术在火电厂自动控制系统中的应用，实现火电厂控制系统逐渐地向智能化、自动化方向发展。但是，现代火电厂最常采用的控制系统为分散控制系统，分散控制系统具有非常强的管理功能和过程控制功能，不仅能够利用模型的先进控制算法，还能够实现解耦、串级、超驰、前馈等先进控制算法，例如回路正当系统、TREMPERMME的预测算法、MAX-1000中的自适应算法功能、滚动预测控制软件等，无论采用哪一种先进控制算法，在分散控制系统中，PID依然占据主导地位。因此，火电厂的自动控制系统以PID控制为基础。参数整定是PID控制的关键环节，传统获取PID整定参数的方法为创建被控对象的数学模型，按照某种整定原则对PID参数进行整定，并确定PID参数，该种参数整定的方法对控制人员的理论知识和经验的要求相对较高，并且在对PID参数值进行整定的过程中，在噪声、负荷变化等因素的影响下，会对模型结构造成一定的影响，使模型参数发生一定的变化，即传统的PID控制系统在运行的过程中，不仅很难创建对象的数学模型，在各种因素的影响下，还会出现控制系统偏离工作点的现象，影响PID参数整定结果和系统品质。

现阶段，PID控制器的参数的整定逐渐采用自整定技术，基于模糊理论自整定PID控制器的结构，本文设置的模糊自整定PID控制器具有不依赖精确数学模型进行模糊控制的能力，并且具有控制精度高、PID控制器结构简单等优点，模糊PID控制器输入偏差变化率ec和被控参数的偏差e，模糊PID控制器输出三个参数的修正量（比例系数、积分系数以及微分系数），通过对被控参数的偏差、偏差变化率进行检测，然后再利用模糊理论进行推理，能够对PID控制器的参数进行调节，以此满足不同时刻被控参数偏差与偏差变化率对PID参数自整定的实际需求，同时，该系统还具有良好的静态特性和动态特性。

2 锅炉汽包液位调节系统的分析

汽包液位会对锅炉运行的安全性和稳定性产生一定的影响，当汽包液位降低至一定高度后，很容易导致锅炉出现爆裂的现象，影响水循环系统的正常运行，甚至会出现干锅的现象；一旦汽包液位上升到一定的高度，很容易导致汽水分离装置出现问题，当蒸汽出现过饱和问题时，将会导致液态的水进入到蒸汽系统中，不仅会对蒸汽的质量产生一定的影响，还会加快锅炉结垢。由此可见，无论汽包液位过高或者过低都会造成不良的影响，甚至引发事故。同时，当锅炉负荷增加后，还会发生更多的化学反应，在反应的过程中产生更多的热能，会降低汽包压力。由于锅炉汽包液体的沸点受到压力的影响，压力越高则沸点越高，压力越低则沸点越低，锅炉内的液体会出现剧烈沸腾的现象，导致锅炉内的水位提高，影响锅炉水循环的正常运行。因此，为了使锅炉的进水量、储水量处于相对平衡的状态，应该对汽包的液位进行合理的调整，始终保持汽包液位在中位线附近浮动。三冲量调节是汽包液位调节系统的关键环节，即蒸汽量调节、汽包液位调节以及给水量调节，采用该控制回路进行汽包液位调整，能够有效地解决汽包液位虚假的问题。PID调节节点公式表示为：

当锅炉负荷增加时，汽包液位会出现虚假上升的现象，但是当负荷增加时，F汽、L液会增大，以此保证PID调节节点不发生变化，以此避免主给水阀出现变动，采用该调节控制回路进行汽包液位控制，能够有效地解决虚假液位的现象。此外，当水蒸发量增加时，汽包液位会随着水蒸发量的增加而降低，根据公式可知，PID调节节点会增加，主給水阀会变大，增加给水量，实现进出水量的平衡，保证汽包液位始终处于平衡状态。

3 蒸汽温度自动调节系统的分析

蒸汽温度会影响燃料的化学反应，进而影响燃料化学能转化成电能的效率，如果蒸汽的温度低于一定值，将会减弱驱动汽轮机的动力，降低发电系统的发电率；如果蒸汽温度超过一定值，并且温度超过了过热器管道的承受范围，将会损坏过热器管道，影响火电厂发电进程，甚至还会造成严重的安全事故。因此，在火电厂自动控制系统中，必须采用PID控制技术进行蒸汽温度的调节。影响蒸汽温度的因素主要包括温度、压力和主蒸汽流量，其中对蒸汽温度影响最大的是主蒸汽流量，随着负荷的上升，过热蒸汽的流速与流量增加，延迟时间、时间常数、静态增益等都会降低，会对对象的特性产生很大的影响。由此可见，主蒸汽温度系统属于多模型

系统。

多模型系统的创建过程表现为：以主蒸汽温度系统为对象，确定工作变量，例如输出、输入以及状态变量等；对工作空间进行分解，通常划分成n个操作子空间（n由对象的非线性决定，n不能过少，如果过少，则不能够真实、准确地反映对象的动态特性；n不能过多，如果过多，则设计和计算过程复杂），为每一个操作子空间创建相应的过程局部数学模型，通过加权把所有的局部模型转换成全局非线性模型。假设Y为全局工作空间，Yi表示局部工作空间，局部工作空间传递函数公式表

示为：

式中：U（s）表示多模型控制系统的控制器综合输出；Gi（s）在第i个局部空间辨识获得；Yi（s）表示局部模型输出。

采用模糊隶属函数的加权求和法创建多模型调度机制，也就是用隶属度数ai（v）表示局部模型，全局多模型公式表示为：

即通过局部模型的加权和，获得全局多模型。

文章以某锅炉为例，创建5个局部工作点（负荷介于30%～100%）的主蒸汽温度对象模型，其动态特性数学模型参数表现为：负荷30%，导前区的动态特性参数为8.07/（1+24s）2，惰性区的动态特性参数为1.48/（1+46.6s）4；负荷44%，导前区的动态特性参数为6.65/（1+21s）2；惰性区的动态特性参数为1.66/（1+39.5s）4，负荷62%，导前区的动态特性参数为4.35/（1+19s）2，惰性区的动态特性参数为1.83/（1+28.2s）4；负荷88%，导前区的动态特性参数为2.01/（1+16s）2，惰性区的动态参数为2.09/（1+22.3s）4；负荷100%，导前区的动态参数为1.58/（1+14s）2，惰性区的动态参数为2.45/（1+15.8s）4。PID控制器控制回路的固定参数KI为0.04，KP为1.1，外回路PID控制器的公式表示为：

对上述5种典型的工况进行计算，PID控制器的参数如表1所示：

4 结语

火电厂自动控制系统中PID控制的应用能够对火电厂的整個生产流程进行控制，避免各种干扰因素对PID参数整定产生影响，显著地提高了火电厂自动控制系统运行的安全性和可靠性，在提高火电厂发电效率的同时降低了运行成本。

参考文献

[1] 李国峰，张旭.火电厂控制系统中的PID控制[J].电站系统工程，2011，27（2）.

[2] 孟战勇.火电厂自控系统的PID控制[J].自动化应用，2013，（12）.

[3] 姜东旭.火电厂锅炉主汽温智能PID控制研究[J].中国电力教育，2013，（8）.

[4] 武彬，张栾英.模糊自整定PID控制在主汽温控制中的应用[J].计算机仿真，2015，32（2）.

[5] 王安，杨青青，闫文宇.模糊自整定PID控制器的设计与仿真[J].计算机仿真，2012，29（12）.

作者简介：李刚（1988-），男，重庆人，大唐陕西发电有限公司渭河热电厂助理工程师，研究方向：热控。

（责任编辑：黄银芳）