单元机组的负荷控制系统又称为协调控制系统,是将锅炉、汽机及辅机作为一个整体加以控制的十分复杂的多变量控制系统,该系统有机的、协调的控制锅炉的燃料、送风、给水以及汽机调节阀门开度,使各变量间的影响最小。它是建立在汽机控制子系统和锅炉控制子系统基础上的主控系统和机、炉子控制系统组成的二级递阶控制系统。处于调节级的主控系统是协调控制系统的核心,它对负荷指令进行运算处理形成控制决策,给出汽机负荷指令和锅炉负荷指令。处于局部控制级的各子系统在机、炉主指令下分工协调动作,完成给定的控制任务。单元机组协调控制系统的任务是:既要保证机组快速响应负荷需求,又能使机组的主要参数机前压力在变负荷的过程中保持相对稳定。

因为被控对象同时具有多变量强耦合、非线性、大惯性大迟延、慢时变等多种控制理论公认难以控制的特性,目前于火电机组协调控制系统在理论上和工程上的研究涉及面非常广泛。近十年研究工作主要集中于:

(1)神经网络控制。神经网络是由许多具有并行运算的、功能简单的信息处理单元(人工神经元)相互连接组成的网络。网络的信息处理通过处理单元之间的相互作用来实现。它所引出的经验学习方法以及实现非线性函数逼近的见解给复杂系统的建模带来了一种新的、非传统的表达工具,降低了不确定性,增加了控制系统适应环境变化的泛化能力。由于大量神经元之间广泛连接,即使有少量单元或连接损坏,也不影响系统的整体功能,使其表现出很强的鲁棒性和容错性。

(2)预测控制。华北电力大学的侯国莲等人为解决单元机组协调控制系统的高精度和快速负荷跟踪控制的问题,将预测函数控制应用于多变量复杂控制系统中,提出一种基于阶跃响应模型的多输入多输出系统的预测函数控制算法王国玉在其博士学位论文预测函数控制及其在火电厂中的应用研究一文提出了一种新型PFC算法,将此算法推广到多变量情 。哈尔滨工业大学的马述军等人针对单元机组负荷控制的特点,从对受控模型要求不太严格的非参数模型一阶跃响应出发,运用动态矩阵控制算法,,设计了基于动态矩阵控制原理的机组负荷预测控制系统[22]。

(3)模糊控制。华北电力大学的刘吉疗等人为解决火电单元机组协调控制系统的动态非线性和称合特性,设计了基于T-S模糊模型和动态解称PID控制器的模糊多模型协调控制系统 。

(4)内模控制。东南大学的李益国 等人提出一种基于系统T-S模糊模型的模糊内模控制方法,该方法首先利用快速辨识算法获取系统的T-S模糊模型,然后通过适当变形,把模糊模型求逆问题简单的转化为求解线性方程组,并将遗传算法应用于涉及的多个滤波器参数的寻优华北电力大学的房方等人,根据单元机组的低阶非线性模型,推导出一个双输入鼠输出、能够描述机组动态特性及机炉间相互称合关系的传递函数矩阵。以该矩阵为基础,采用多变量内模控制的方法对单元机组协调控制系统进行设计 。

(5)状态观测器控制。韩忠旭 等人在单元机组机理性数学模型的基础上,设计了一种增量式状态观测器,提出基于状态观测器的状态反馈与常规PID控制相结合的新型控制方法。同时,基于增量型状态观测器的状态反馈,设计了具有预测功能的预给煤运算控制回路。有效解决了机炉协调被控对象的非线性、参数慢时变迟滞与大惯性以及强赖合等问题华北电力大学曾德良在其博士论文中也提及这一研究思路。