滑壓運行機組AGC關(guān)鍵技術(shù)研究

馬元坤

（神華國能寧夏煤電有限公司，寧夏寧東750041）

滑壓運行機組AGC關(guān)鍵技術(shù)研究

馬元坤

（神華國能寧夏煤電有限公司，寧夏寧東750041）

傳統(tǒng)滑壓曲線在基于機組效率前提下完成了尋優(yōu)，忽略了機組在自動發(fā)電控制（AGC）工況下負荷指令的變化對滑壓曲線的生成造成擾動的問題。通過優(yōu)化控制策略解決了壓力設(shè)定值隨AGC指令低幅高頻變化對滑壓設(shè)定值生成的擾動問題，同時控制策略保留了大幅度負荷變動工況下調(diào)門的動態(tài)調(diào)節(jié)特點，控制策略具有較強的適應(yīng)性，并通過試驗證實了方案的可行性。

單元機組；效率；滑壓曲線；優(yōu)化；控制策略

0 引言

滑壓運行機組通過改變進汽壓力來調(diào)節(jié)機組功率，改變了定壓方式下通過閥門的節(jié)流作用進行功率調(diào)節(jié)的方式，單元機組采用滑壓運行方式比采用定壓方式具有明顯的優(yōu)越性?？紤]到低負荷下給水泵最低轉(zhuǎn)速及泵出口壓力限制等因素以及高負荷下保留機組負荷調(diào)節(jié)裕量的原因，滑壓運行機組通常采用順序閥“定壓—滑壓—定壓”的方法來實現(xiàn)。

1 傳統(tǒng)滑壓曲線的尋優(yōu)過程

傳統(tǒng)單元機組的滑壓曲線都是在汽輪機廠所提供的設(shè)計滑壓曲線基礎(chǔ)上進行相關(guān)優(yōu)化試驗后得到的。文獻［1］選擇典型的機組負荷點，在每個負荷點上設(shè)置不同的主汽壓力以及高壓調(diào)門開度對應(yīng)關(guān)系，進行機組熱效率試驗，以機組熱耗率最小的滑壓曲線作為最優(yōu)曲線。文獻［2］給出了滑壓優(yōu)化的實質(zhì)是尋找各負荷工況下主蒸汽壓力與調(diào)門的最佳匹配關(guān)系的結(jié)論，并通過試驗方法得到了兼顧機組運行經(jīng)濟型和實際可控性的滑壓曲線。文獻［3］聯(lián)合了運行負荷與閥位基準的概念，在調(diào)峰負荷范圍內(nèi)尋找最優(yōu)主蒸汽壓力，得到機組的最佳滑壓運行曲線。

2 傳統(tǒng)滑壓尋優(yōu)方式存在的主要問題

2.1 機爐滑壓曲線的差別

汽機側(cè)從經(jīng)濟性考慮所得到的滑壓曲線無法與鍋爐廠提供的（負荷壓力設(shè)定）曲線相一致。

文獻［3］指出制約機組采用滑壓運行方式的主要因素是機組響應(yīng)負荷變化的速率太慢，無法滿足機組變負荷運行的要求。機爐兩側(cè)的壓力曲線不一致將導(dǎo)致機組運行效率的降低，同時也降低了AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)。按照負荷變動試驗的經(jīng)驗值，機組容量為670 MW的超臨界機組負荷處于430～530 MW之間，AGC工況下理想滑壓曲線所要求的主汽壓力的變化速率需要達到1／3 MPa／min，這對具有遲滯特性的鍋爐而言是無法實現(xiàn)此類壓力變化需求和蓄熱量變化的需求的，由此造成的后果是降低了機組的AGC調(diào)節(jié)指標，按照目前的考核標準，AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)的降低將影響到上網(wǎng)電量的考核，由此將直接影響到電廠的經(jīng)濟性。

2.2 負荷指令變化對滑壓設(shè)定值的擾動

傳統(tǒng)滑壓曲線的生成過程主要基于對機組效率的考慮，未考慮到機組處于AGC控制方式下的滑壓變負荷階段時AGC指令的頻繁變動給機組滑壓設(shè)定值帶來的擾動問題。最優(yōu)的滑壓曲線雖然通過試驗方式獲得，但是在全程滑壓投入的工況下，滑壓設(shè)定值的生成是與機組負荷指令直接相關(guān)的。當機組負荷指令發(fā)生變化時主汽壓力設(shè)定值必然會隨之發(fā)生變化，尤其是當機組處于AGC工況時?；瑝涸O(shè)定值的改變對于鍋爐控制系統(tǒng)而言將會造成控制系統(tǒng)頻繁調(diào)節(jié)。

2.3 負荷指令頻繁波動對機組被控量的擾動

滑壓運行的機組在AGC指令單向較大幅度變動時協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以達到滿足機組的經(jīng)濟性的要求，但AGC指令小幅震蕩工況下，機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中設(shè)置的為了提高AGC響應(yīng)速率所包含的壓力和負荷設(shè)定值的微分環(huán)節(jié)也將出現(xiàn)小幅震蕩從而引起煤量、風量、水量的連鎖振蕩反應(yīng)。機組壓力的頻繁振蕩將引起機組蓄熱能力變化，從而導(dǎo)致分離器出口溫度不穩(wěn)定，最終也將影響到AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

同時，滑壓運行的機組在AGC指令小幅振蕩時，滑壓所產(chǎn)生的經(jīng)濟性不能彌補煤量震蕩所增加的煤耗；并且由于鍋爐側(cè)的滯后特性，也無法保證機組壓力與壓力設(shè)定值的完全一致。

3 滑壓優(yōu)化控制策略

優(yōu)化控制策略解決了AGC指令的變化對機組壓力設(shè)定值的頻繁擾動問題，控制策略如下。

根據(jù)需要進行負荷設(shè)定后，對負荷設(shè)定值進行濾波，以減小負荷設(shè)定值在傳遞過程中所產(chǎn)生的毛刺，并對AGC指令隨電網(wǎng)周波產(chǎn)生的小幅波動起到抑制作用。

根據(jù)節(jié)流和循環(huán)效率的最佳效率點設(shè)置理想滑壓曲線。

利用PID的純積分模塊進行滑壓設(shè)定的自動尋優(yōu)，即讓PID運算輸出后的壓力設(shè)定值不斷向理想滑壓曲線逼近：將理想滑壓曲線的輸出作為PID的設(shè)定值，將PID的輸出作為PID的控制變量；加入滑壓設(shè)定值的速率限制，以滿足AGC負荷變化速率的要求，并對壓力設(shè)定進行平滑處理，以免壓力設(shè)定值微分環(huán)節(jié)造成波動；增加滑壓設(shè)定PID運算旁路，由切換模塊實現(xiàn)；當理想滑壓設(shè)定和PID運算后的壓力設(shè)定偏差的絕對值大于定值時，啟動運算旁路；當理想滑壓設(shè)定和PID運算后的壓力設(shè)定偏差的絕對值小于定值時，關(guān)閉運算旁路，壓力設(shè)定由PID運算給出。

在壓力設(shè)定速率限制后增加高低限模塊，以防止壓力設(shè)定值超出機組安全運行所允許的范圍。

AGC未投入時，負荷設(shè)定由運行人員手動設(shè)定，負荷不會產(chǎn)生小幅震蕩，相應(yīng)的壓力設(shè)定也不會產(chǎn)生小幅震蕩，邏輯中將壓力設(shè)定切至運算旁路。

優(yōu)化控制策略避免了AGC負荷指令的低幅高頻對機組壓力設(shè)定值的擾動；保留了機組在大范圍負荷擺動時提高調(diào)門動作的特點；速率限制功能模塊的使用使得調(diào)節(jié)范圍更加寬泛。

滑壓尋優(yōu)控制邏輯見圖1。

圖1 滑壓尋優(yōu)控制邏輯

4 優(yōu)化控制試驗

為了驗證優(yōu)化方案的有效性，在某超臨界機組上進行了滑壓曲線尋優(yōu)的試驗。

4.1 試驗條件

相關(guān)的閥門、執(zhí)行機構(gòu)動作良好可靠，并具有足夠的調(diào)節(jié)余量。

各模擬量控制系統(tǒng)投入運行，調(diào)節(jié)品質(zhì)達到《火電工程調(diào)整試運質(zhì)量檢驗及評定標準》的要求。

機組負荷處于60%～100%MCR正常工況下進行。

4.2 負荷變動試驗

負荷變化率9MW／min，目標負荷從480MW升至500MW，再下降至430MW。當負荷指令以9MW／min的速率上升和下降時，滑壓設(shè)定曲線是相對平滑的曲線，實際壓力與壓力設(shè)定值之間的偏差最大0.5 MPa，滿足相關(guān)控制系統(tǒng)的要求。

同時，壓力偏差的降低減少了鍋爐主控動態(tài)前饋中壓力偏差的微分前饋生成量，減小了鍋爐主控輸出的擺動，即直接減小了煤量、水量、風量等被控對象的擾動。爐膛負壓的波動范圍為±100 Pa；過熱度的最大輸出變化為10℃。

5 結(jié)語

尋優(yōu)控制方法避免了滑壓設(shè)定值在負荷變動過程中的低幅高頻擺動，穩(wěn)定了機組的運行。

尋優(yōu)控制方法對負荷指令發(fā)生高頻低幅性質(zhì)的變動過程時有很好的適應(yīng)性，它減少了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的動態(tài)微分前饋輸出的變動范圍，對優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中核心控制對象如煤量、水量、風量的控制效果明顯，減小了機組主要運行參數(shù)的波動。

滑壓尋優(yōu)控制方法的實施優(yōu)化了滑壓設(shè)定值在負荷指令高頻低幅波動下對機組滑壓設(shè)定值產(chǎn)生造成的擾動，同時保持了原滑壓曲線在高負荷階段提高鍋爐AGC響應(yīng)性的特點，適應(yīng)新形勢下的AGC協(xié)調(diào)控制現(xiàn)狀。

［1］林旻栩，周金順.600 MW機組滑壓運行的優(yōu)化及效益分析［J］.電力與電工，2010（2）：46-51.

［2］包勁松，孫永平.1 000 MW汽輪機滑壓優(yōu)化試驗研究及應(yīng)用［J］.中國電力，2012（12）：12-47.

［3］郎澄宇，任振偉.300 MW機組自動滑壓控制的研究與應(yīng)用［J］.山東電力技術(shù)，2001（3）：3-5.

The Key Technology of Sliding Pressure Operation Units in AGC Mode

The optimization process of traditional sliding pressure curve has finished on the base of the unit efficiency，but in AGC mode，the change of ULD（unit load demand）disturbed the sliding pressure curve has been neglected.In this paper，the disturbance question has been solved through optimized control strategy，and the dynamic adjustment characteristics in the load change have been retained.The control strategy has a strong adaptability，and the feasibility has been verified by the test.

power generating unit；efficiency；sliding pressure curve；optimization；control strategy

TK323

：B

：1007－9904（2014）05－0066－03

2014-08-03

馬元坤（1965—），男，高級工程師，從事發(fā)電廠管理工作。