功煤比及熱耗在火電廠(chǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉永紅，陳二寧（大唐韓城第二發(fā)電有限公司，陜西 韓城 715400）

功煤比及熱耗在火電廠(chǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉永紅，陳二寧（大唐韓城第二發(fā)電有限公司，陜西 韓城 715400）

Application of Power Coal Ratio and Heat Consumption in Coordinated Control System in Power Plant

影響火電廠(chǎng)鍋爐主汽壓力的因素很多，導(dǎo)致在變負(fù)荷工況，壓力大幅度波動(dòng)，燃燒惡化，利用功煤比及熱耗方案能使變負(fù)荷過(guò)程中主汽壓力動(dòng)態(tài)偏差大幅減小，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)到了規(guī)程的優(yōu)良指標(biāo)。本技術(shù)成果介紹了功煤比及熱耗的邏輯計(jì)算和切換方法，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖邏輯設(shè)計(jì)及在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用。

協(xié)調(diào)；功煤比；熱耗；穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖

1　引言

當(dāng)前各火力發(fā)電廠(chǎng)為節(jié)約成本，均不同程度地開(kāi)展配煤摻燒工作，購(gòu)進(jìn)的煤種比較復(fù)雜，煤質(zhì)變化比較大，同時(shí)為滿(mǎn)足環(huán)保要求以及電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻和AGC（Automatic Generation Control，自動(dòng)發(fā)電量控制）的要求越來(lái)越嚴(yán)，導(dǎo)致鍋爐主汽壓力波動(dòng)普遍較大，特別是在變負(fù)荷工況，這個(gè)問(wèn)題尤顯突出。而火力發(fā)電廠(chǎng)控制系統(tǒng)最重要的參數(shù)之一就是主汽壓力，主汽壓力波動(dòng)可能會(huì)造成風(fēng)量、主蒸汽溫度、氧量、爐膛負(fù)壓、給水等大幅波動(dòng)，因此主汽壓力的穩(wěn)定與否，決定機(jī)組穩(wěn)定燃燒的程度。

常規(guī)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)于壓力的控制一般由鍋爐主控來(lái)實(shí)現(xiàn)，鍋爐主控把負(fù)荷指令函數(shù)作為前饋，在升降負(fù)荷時(shí)可以起到一個(gè)煤量粗調(diào)的作用，通過(guò)主蒸汽壓力偏差PID的輸出修正煤量作為細(xì)調(diào)。機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，很難保證所投入煤種的發(fā)熱量與設(shè)計(jì)煤種相同（體現(xiàn)在負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的煤量函數(shù)），特別在負(fù)荷升降階段，負(fù)荷指令函數(shù)很難準(zhǔn)確給定目標(biāo)負(fù)荷所需煤量，只有被動(dòng)地通過(guò)主蒸汽壓力的反復(fù)波動(dòng)，通過(guò)壓力PID來(lái)修正煤量，最終找到新的煤量平衡點(diǎn)。

傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)沒(méi)有考慮煤質(zhì)頻繁變化對(duì)機(jī)組主汽壓力、功率等重要參數(shù)的影響，也沒(méi)有因煤質(zhì)變化而對(duì)控制策略做相應(yīng)改變。因此，傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制已經(jīng)難以滿(mǎn)足新形勢(shì)對(duì)控制系統(tǒng)的要求，急需新的智能控制來(lái)提升協(xié)調(diào)控制能力。

協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)作為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)一直被各個(gè)發(fā)電集團(tuán)、科研院所、國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)商所關(guān)注，無(wú)一例外地采用先進(jìn)的控制技術(shù)，如：預(yù)測(cè)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制等技術(shù)，應(yīng)用到火電機(jī)組的優(yōu)化控制中來(lái)，并且開(kāi)發(fā)出各種高級(jí)智能算法和控制方案，因此對(duì)控制平臺(tái)提出了更高的要求。由于常規(guī)的DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）無(wú)法滿(mǎn)足智能算法的應(yīng)用環(huán)境，因此大多采用獨(dú)立于DCS系統(tǒng)之外的一套獨(dú)立協(xié)調(diào)優(yōu)化控制平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。

本技術(shù)未采用獨(dú)立于DCS系統(tǒng)之外的優(yōu)化平臺(tái)，而是利用電廠(chǎng)DCS系統(tǒng)常用模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)邏輯判斷、適時(shí)切換和精確計(jì)算，能夠?qū)ι地?fù)荷目標(biāo)值煤量進(jìn)行精確控制，從而避免在變負(fù)荷階段壓力的大幅波動(dòng)，保證了燃燒的穩(wěn)定。具體方案是通過(guò)在穩(wěn)態(tài)尋找功率和煤量的比值關(guān)系，并實(shí)時(shí)修正，使之能滿(mǎn)足煤質(zhì)的變化。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化后，由于在升降負(fù)荷階段，負(fù)荷和煤量都在變化，因此功煤比系數(shù)在這個(gè)階段是保持不變的，利用升降負(fù)荷前的功煤比乘以負(fù)荷指令，就可算出實(shí)時(shí)負(fù)荷指令所需的準(zhǔn)確煤量，并利用熱耗系數(shù)進(jìn)行修正。負(fù)荷對(duì)應(yīng)的熱耗函數(shù)是經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)做性能試驗(yàn)時(shí)得出的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，雖然季節(jié)不同，熱耗系數(shù)有所變化，但其在不同負(fù)荷段的比例關(guān)系是不變的，在穩(wěn)態(tài)時(shí)熱耗系數(shù)為1，在升降負(fù)荷的瞬間，保持穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱耗參數(shù)，負(fù)荷指令到多少，就用實(shí)時(shí)的熱耗系數(shù)除以穩(wěn)態(tài)值得到熱耗系數(shù)，再與保持的功煤比系數(shù)和負(fù)荷指令相乘，就得出實(shí)時(shí)負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確煤量值。使用該種方法可以大幅提高機(jī)組對(duì)煤種的適應(yīng)性，提高了機(jī)組閉環(huán)控制的穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力。

該技術(shù)方案是通過(guò)保持某一穩(wěn)定工況功率與煤量比值，在升降負(fù)荷階段根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷指令算出所需的準(zhǔn)確煤量并用能耗系數(shù)進(jìn)行修正，經(jīng)試驗(yàn)同實(shí)際完全吻合。在邏輯方案設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)解決了以下幾個(gè)問(wèn)題：

? 如何在煤量、負(fù)荷實(shí)時(shí)波動(dòng)中，找出能代表穩(wěn)定工況的功煤比；

? 如何保持前一個(gè)穩(wěn)態(tài)負(fù)荷時(shí)的熱耗參數(shù)和查找實(shí)時(shí)負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的熱耗參數(shù)；

? 如何在到達(dá)負(fù)荷目標(biāo)值后，保持煤量不變的情況下，重新計(jì)算出新的功煤比；

? 如何在到達(dá)負(fù)荷目標(biāo)值后，原功煤比與新功煤比及熱耗修正值的無(wú)擾切換問(wèn)題。

只有把以上每個(gè)問(wèn)題都通過(guò)邏輯的方法加以實(shí)現(xiàn)，并且確保每個(gè)步驟都能無(wú)縫銜接，新舊數(shù)值能夠無(wú)擾切換，方案才是可行、完善的。

2　功煤比及熱耗邏輯實(shí)現(xiàn)方案

該邏輯方案解決了功煤比計(jì)算問(wèn)題，熱耗計(jì)算問(wèn)題，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖邏輯設(shè)計(jì)，及到達(dá)穩(wěn)態(tài)值后原功煤比與新功煤比的邏輯切換問(wèn)題。

2.1總煤量及實(shí)際負(fù)荷（如圖1所示）

圖1邏輯中用到TRANSPORT模塊

TRANSPORT是對(duì)模擬量輸入點(diǎn)進(jìn)行延時(shí)輸出的算法模塊。

控制延遲 ：DELAY = TSAM x NSAM，TSAM為設(shè)置的采樣時(shí)間，NSAM 為采用的樣本數(shù)，數(shù)值限制在 1 至 25 范圍內(nèi)，如有必要，可以將其它 TRANSPORT算法串到一起，獲取更長(zhǎng)的延遲時(shí)間。

利用三選中模塊，設(shè)置平均值輸出，把總煤量（實(shí)際負(fù)荷）在一段時(shí)間內(nèi)的平均值輸出來(lái)，第一個(gè)TRANSPORT設(shè)置的延遲時(shí)間DELAY=3分鐘，第二個(gè)TRANSPORT設(shè)置的延遲時(shí)間DELAY=6分鐘。

圖1 總煤量及實(shí)際負(fù)荷的均值選擇邏輯

燃煤量和實(shí)際負(fù)荷的平均值通過(guò)均值選擇模塊實(shí)現(xiàn)，均值選擇模塊包括TRANSPORT模塊和MEDIANSELECT模塊。其中TRANSPORT模塊是對(duì)模擬量輸入點(diǎn)進(jìn)行延時(shí)輸出的算法模塊，MEDIANSELECT模塊為中值（設(shè)置為均值功能）選擇模塊。

第一個(gè)TRANSPORT模塊設(shè)置延時(shí)時(shí)間為3分鐘，第二個(gè)TRANSPORT模塊設(shè)置延時(shí)時(shí)間為6分鐘。燃煤量或?qū)嶋H負(fù)荷經(jīng)采集進(jìn)入第一個(gè)TRANSPORT模塊后，延時(shí)3分鐘才輸出，燃煤量或?qū)嶋H負(fù)荷經(jīng)采集進(jìn)入第二個(gè)TRANSPORT模塊后，延時(shí)6分鐘才輸出。MEDIANSELECT模塊將每6分鐘的當(dāng)前值、從第一個(gè)TRANSPORT模塊輸出的前3分鐘數(shù)值、從第二個(gè)TRANSPORT模塊輸出的前6分鐘數(shù)值進(jìn)行取均后輸出平均值，作為燃煤量或?qū)嶋H負(fù)荷在這段時(shí)間內(nèi)的數(shù)值。

MEDIANSELECT模塊設(shè)置報(bào)警參數(shù)，當(dāng)當(dāng)前燃煤量同3分鐘前時(shí)刻和6分鐘前時(shí)刻的數(shù)值差在5噸以上則報(bào)警，MEDIANSELECT模塊的XALM=1；當(dāng)當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷同3分鐘前時(shí)刻和6分鐘前時(shí)刻的數(shù)值差在10MW以上則報(bào)警，MEDIANSELECT模塊的XALM=1。

為使功煤比能夠真實(shí)反映煤質(zhì)變化，需要機(jī)組處于穩(wěn)定狀態(tài)下。當(dāng)前后時(shí)刻燃煤量的偏差值、前后時(shí)刻實(shí)際負(fù)荷的偏差值、前后時(shí)刻鍋爐主汽壓力的偏差值在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，可判斷出機(jī)組處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。在本實(shí)例中，前后時(shí)刻燃煤量的偏差值在5噸范圍內(nèi)、前后時(shí)刻實(shí)際負(fù)荷的偏差值在10MW范圍內(nèi)、前后時(shí)刻鍋爐主汽壓力的偏差值在±0.3MPa范圍內(nèi)時(shí)，機(jī)組處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在前后時(shí)刻燃煤量的偏差值、前后時(shí)刻實(shí)際負(fù)荷的偏差值、前后時(shí)刻鍋爐主汽壓力的偏差值在設(shè)定范圍內(nèi)持續(xù)t1時(shí)間后，機(jī)組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖持續(xù)t2時(shí)間后，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，重新判斷機(jī)組是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。在本方案中，t1為8分鐘，t2為2分鐘。

2.2觸發(fā)脈沖設(shè)計(jì)邏輯

如圖2所示，當(dāng)當(dāng)前燃煤量同3分鐘前時(shí)刻和6分鐘前時(shí)刻的數(shù)值差在5噸范圍內(nèi)時(shí)，MEDIANSELECT模塊的XALM=0，取非后為1，說(shuō)明煤量穩(wěn)定；當(dāng)當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷同3分鐘前時(shí)刻和6分鐘前時(shí)刻的數(shù)值差在10MW范圍內(nèi)時(shí)，MEDIANSELECT模塊的XALM=0，取非后為1，說(shuō)明負(fù)荷穩(wěn)定；鍋爐主汽壓力采樣前后偏差在±0.3MPa內(nèi)，HIGHLOWMON模塊輸出為0，取非后為1，說(shuō)明主汽壓力穩(wěn)定。在燃煤量偏差和主汽壓力偏差滿(mǎn)足穩(wěn)定后，通過(guò)AND模塊1輸出“1”，在經(jīng)過(guò)上升沿觸發(fā)延時(shí)模塊2-1延時(shí)8分鐘后進(jìn)入AND模塊3，在實(shí)際負(fù)荷偏差滿(mǎn)足穩(wěn)定后，經(jīng)過(guò)上升沿觸發(fā)延時(shí)模塊2-2延時(shí)8分鐘后進(jìn)入AND模塊3，AND模塊3輸出“1”，這樣機(jī)組處于穩(wěn)定狀態(tài)8分鐘時(shí)間后，機(jī)組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。

然而在實(shí)際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，由于主汽壓力±0.3MPa、煤量偏差5噸、負(fù)荷偏差10MW范圍時(shí)，有可能條件在滿(mǎn)足的邊界，導(dǎo)致觸發(fā)脈沖一直滿(mǎn)足，實(shí)時(shí)功煤比持續(xù)輸出，可能造成功煤比波動(dòng)較大，不具有代表性。為解決此問(wèn)題，增加采樣個(gè)數(shù)，延長(zhǎng)采樣時(shí)間，當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖AND模塊3輸出持續(xù)為1時(shí)，通過(guò)上升沿觸發(fā)延時(shí)模塊4延時(shí)2分鐘后進(jìn)入AND模塊1，AND模塊1復(fù)位，重新判斷機(jī)組是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，即重新進(jìn)行8分鐘時(shí)間的計(jì)時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)采樣觸發(fā)脈沖循環(huán)。

穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖用于功煤比計(jì)算、熱耗系數(shù)計(jì)算、煤量指令形成。只有在機(jī)組處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，即穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖存在時(shí)，功煤比的數(shù)值才真正代表煤質(zhì)的變化。

2.3功煤比計(jì)算邏輯

如圖2所示邏輯中用到RUNAVERAGE模塊是以設(shè)置的采樣間隔時(shí)間收集的許多樣本進(jìn)行求平均值的算法模塊。 按用戶(hù)指定的“時(shí)間單位”定期對(duì)輸入（IN1）進(jìn)行采樣。

圖2 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖設(shè)計(jì)邏輯

在任何特定時(shí)間，輸出均為N個(gè)樣本的平均值，這些樣本包括最近的樣本和前N-1個(gè)樣本。 每次采樣時(shí)，將丟棄最舊的樣本，將其替換為新樣本。

邏輯中這兩個(gè)模塊內(nèi)部參數(shù)均設(shè)置為5分鐘的平均值，也就是實(shí)時(shí)輸出前5分鐘的變化值，由于當(dāng)前值實(shí)時(shí)變化作為新樣本的同時(shí)丟棄超過(guò)5分鐘的舊樣本，因此平均值始終在變化。

邏輯中用到的LEADLAG函數(shù)，是個(gè)非線(xiàn)性的超前/滯后函數(shù)。

如圖3所示，將每時(shí)刻的燃煤量和實(shí)際負(fù)荷相除得到實(shí)時(shí)變化的功煤比。燃煤量和實(shí)際負(fù)荷的數(shù)值為多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均值，功煤比的計(jì)算通過(guò)功煤比計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)，包括除法模塊、RUNAVERAGE模塊、LEADLAG函數(shù)模塊。除法模塊用于燃煤量和實(shí)際負(fù)荷均值選擇模塊輸出的燃煤量和實(shí)際負(fù)荷相除。

圖3 功煤比計(jì)算邏輯

RUNAVERAGE模塊是以設(shè)置的采樣間隔時(shí)間內(nèi)收集的樣本進(jìn)行求平均值的算法模塊。在采樣間隔時(shí)間內(nèi)，輸出均為N個(gè)樣本的平均值，樣本包括最近的樣本和之前N-1個(gè)樣本，每次采樣時(shí)，丟棄時(shí)間最早的樣本，將最新的樣本補(bǔ)入。在本實(shí)施例中RUNAVERAGE模塊的采樣間隔時(shí)間設(shè)定為5分鐘。

LEADLAG函數(shù)模塊是非線(xiàn)性的超前/滯后函數(shù)模塊，具有兩個(gè)參數(shù)LEAD和LAG，當(dāng)LEAD=0時(shí)，LAG>0時(shí)，該模塊為滯后模塊，用于平滑輸入變化量。

燃煤量和實(shí)際負(fù)荷通過(guò)除法模塊相除得到功煤比，功煤比輸出值第一個(gè)RUNAVERAGE模塊，其將功煤比數(shù)據(jù)處理后輸出至切換塊5的Y路輸入端，切換塊5輸出端輸出至第二個(gè)RUNAVERAGE模塊，第二個(gè)RUNAVERAGE模塊分別輸出至切換塊5的N路輸入端以及LEADLAG函數(shù)模塊，LEADLAG函數(shù)模塊輸出至切換塊6的Y路輸入端，切換塊6輸出端分別輸出至切換塊6的N路輸入端和煤量指令形成模塊。

穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖分別控制切換塊5和切換塊6的切換，當(dāng)機(jī)組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖時(shí)，功煤比能夠反映煤質(zhì)變化，切換塊5和切換塊6均為Y路導(dǎo)通，功煤比能夠?qū)崟r(shí)隨燃煤量和實(shí)際負(fù)荷采樣變化而變化，經(jīng)過(guò)兩個(gè)RUNAVERAGE模塊以及LEADLAG函數(shù)模塊處理后形成實(shí)時(shí)變化功煤比反映煤質(zhì)變化。當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失時(shí)，切換塊5和切換塊6均為N路導(dǎo)通，第二個(gè)RUNAVERAGE模塊的輸出至切換塊5的N路輸入端，將穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比進(jìn)行反復(fù)處理，切換塊6的輸出端輸出至切換塊6的N路輸入端，經(jīng)LEADLAG模塊輸出的功煤比被保持，并且輸出至煤量指令形成模塊用于煤量指令的計(jì)算。

2.4熱耗系數(shù)計(jì)算邏輯

模塊RATELIMIT算法是帶固定速率限制和超出速率限制標(biāo)志的速率限制器。如果輸出的變化率小于或等于速率限制，則輸出等于輸入；如果輸出的變化率大于速率限制，則輸出變化限制為速率限制設(shè)置值。本邏輯中設(shè)置該參數(shù)，避免當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)，熱耗系數(shù)大幅度變化。

表1中負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的f（x）為性能試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)測(cè)試的機(jī)組熱耗函數(shù)，由表中可以看出濕冷機(jī)組同空冷機(jī)組的熱耗相差很大，邏輯中把熱耗參數(shù)輸入負(fù)荷指令LDCOUT對(duì)應(yīng)的f（x）函數(shù)模塊。

表1 大唐韓城第二發(fā)電廠(chǎng)600MW機(jī)組

在負(fù)荷指令變化時(shí)，取負(fù)荷指令所對(duì)應(yīng)的熱耗值與負(fù)荷指令變化瞬間的熱耗值相除得到熱耗系數(shù)。當(dāng)機(jī)組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖時(shí)，熱耗系數(shù)為1，當(dāng)機(jī)組穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失時(shí)，保持穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值作為分母，將負(fù)荷指令所對(duì)應(yīng)的熱耗值作為分子。

如圖4所示，熱耗系數(shù)計(jì)算模塊包括f(x)函數(shù)模塊、RATELIMIT算法模塊、LEADLAG函數(shù)模塊、除法模塊。

圖4 熱耗系數(shù)計(jì)算邏輯

f(x)函數(shù)模塊用于根據(jù)負(fù)荷指令輸出負(fù)荷指令所對(duì)應(yīng)的熱耗值，如表1所示，將表中空冷機(jī)組熱耗參數(shù)和濕冷機(jī)組熱耗參數(shù)分別輸入各自機(jī)組控制系統(tǒng)中的f(x)函數(shù)模塊中，當(dāng)負(fù)荷指令變化時(shí)，f(x)函數(shù)模塊根據(jù)負(fù)荷指令與總負(fù)荷的比值確定負(fù)荷率，根據(jù)負(fù)荷率輸出的相應(yīng)的熱耗值f(x)函數(shù)模塊將熱耗值輸出至除法模塊作為分子，還將熱耗值輸出至切換塊7的Y路輸入端，切換塊7的輸出端輸出至除法模塊作為分母，切換塊7的輸出端還輸出至切換塊7的N路輸入端。

當(dāng)升降負(fù)荷負(fù)荷指令發(fā)生變化時(shí)，機(jī)組不處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，切換塊7的N路導(dǎo)通，f(x)函數(shù)模塊隨著負(fù)荷指令的變化輸出不同的熱耗值作為除法模塊的分子，切換塊7的輸出端輸出至N路輸入端，即保持了穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值，該熱耗值被切換塊7反復(fù)輸出至除法模塊作為分母，這樣除法模塊的分母一直保持為穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值，分子為隨負(fù)荷指令變化而變化的熱耗值。

例如濕冷機(jī)組需要將負(fù)荷從600WM降至540WM，即負(fù)荷率從100%降至90%，此時(shí)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，切換塊7的N路導(dǎo)通，600WM所對(duì)應(yīng)的熱耗值為7768被保持為分母，f(x)函數(shù)模塊將600WM至540WM分為幾段，例如分為600WM、580WM、560WM、540WM，600WM與540WM所對(duì)應(yīng)的熱耗值已知，f(x)函數(shù)模塊按線(xiàn)性關(guān)系分別計(jì)算出580WM、560WM所對(duì)應(yīng)的熱耗值，分別將600WM、580WM、560WM、540WM所對(duì)應(yīng)的熱耗值與所保持的熱耗值7768相除得到每段所對(duì)應(yīng)的熱耗系數(shù)，逐步控制熱耗系數(shù)變化。

除法模塊輸出的熱耗系數(shù)經(jīng)過(guò)RATELIMIT算法模塊、LEADLAG函數(shù)模塊輸出至煤量指令形成模塊。

RATELIMIT算法模塊為速率限制模塊，如果輸出的變化率小于或等于速率限制，則輸出等于輸入，如果輸出的變化率大于速率限制，則輸出變化率為速率限制值，避免當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)，熱耗系數(shù)大幅變化。

當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)，切換塊7的Y路導(dǎo)通，熱耗系數(shù)會(huì)突然變?yōu)?，會(huì)使熱耗系數(shù)變化過(guò)大，因此對(duì)切換塊7變化率進(jìn)行限制，觸發(fā)脈沖觸發(fā)幾次后，才能使切換塊7的Y路與輸出相等，熱耗系數(shù)逐漸變?yōu)?，避免在機(jī)組達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)熱耗系數(shù)大幅波動(dòng)。

將負(fù)荷指令變化瞬間的功煤比與熱耗系數(shù)以及負(fù)荷指令相乘得到負(fù)荷指令變化過(guò)程中所需的精確煤量。

2.5穩(wěn)態(tài)煤量指令形成

在升降負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷指令變化，機(jī)組不處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比通過(guò)切換塊6被保持并且反復(fù)輸出，負(fù)荷指令所對(duì)應(yīng)的熱耗值與切換塊7所保持的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值相除得到熱耗系數(shù)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比與熱耗系數(shù)相乘后再與負(fù)荷指令相乘即可得到升降負(fù)荷階段所需的精確煤量。

將精確煤量轉(zhuǎn)換為煤量指令來(lái)控制給煤機(jī)的給煤量。通過(guò)所得到的精確煤量通過(guò)系數(shù)模塊K轉(zhuǎn)換為煤量指令。在升降負(fù)荷結(jié)束后，負(fù)荷達(dá)到負(fù)荷指令目標(biāo)值時(shí)，機(jī)組會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定觸發(fā)脈沖開(kāi)始觸發(fā)，功煤比又會(huì)通過(guò)切換塊6的Y路導(dǎo)通開(kāi)始實(shí)時(shí)變化，并且熱耗系數(shù)也會(huì)通過(guò)切換塊7的Y路導(dǎo)通開(kāi)始趨近于1。這樣會(huì)導(dǎo)致煤量指令產(chǎn)生新的變化，造成機(jī)組的擾動(dòng)，因此增加了吸收模塊與切換模塊。

如圖5所示，計(jì)算后的精確煤量輸出至切換塊11的N路輸入端，切換塊11的輸出端分別輸出至系數(shù)模塊K和切換塊11的Y輸入端。切換模塊觸發(fā)條件包括一個(gè)TRANSPORT模塊、加法模塊8（實(shí)現(xiàn)減法功能）和AND模塊10的邏輯，TRANSPORT模塊輸出的前3分鐘的負(fù)荷指令與當(dāng)前值負(fù)荷指令在模塊8中相減，變化范圍在±5MW內(nèi)，并且機(jī)組處于協(xié)調(diào)控制（LDCAUTO）狀態(tài)、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖存在時(shí)，AND模塊10輸出值為“1”，AND模塊10控制切換塊11的Y路導(dǎo)通，切換塊11保持之前的精確煤量不變，循環(huán)輸出至系數(shù)模塊K。在升降負(fù)荷階段，由于負(fù)荷指令不在±5MW內(nèi)，或者穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，AND模塊10輸出為“0”，切換塊11的N路導(dǎo)通，實(shí)時(shí)變化的負(fù)荷指令與功煤比、熱耗系數(shù)進(jìn)行相乘計(jì)算的精確煤量輸出至系數(shù)模塊K。吸收模塊用于吸收精確煤量輸入與輸出的差值，精確煤量通過(guò)跟隨模塊9輸出至切換塊11，跟隨模塊9還連接吸收模塊，跟隨模塊9用于比較輸出值與精確煤量輸出值的差值，將差值通過(guò)吸收模塊吸收。

圖5 穩(wěn)態(tài)時(shí)煤量指令形成

通過(guò)吸收模塊與切換模塊，當(dāng)機(jī)組不在升降負(fù)荷階段時(shí)，無(wú)論功煤比如何變化，輸出的煤量指令均不會(huì)變化，當(dāng)機(jī)組處于升降負(fù)荷階段時(shí)，所計(jì)算出的精確煤量才能實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為煤量指令，有效避免了在升降負(fù)荷結(jié)束后產(chǎn)生新的擾動(dòng)問(wèn)題。

3　功煤比及熱耗方案在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用

圖6為原控制邏輯，畫(huà)框部分為功煤比及熱耗部分所替代，原邏輯雖然非常簡(jiǎn)單，但是無(wú)法解決由于煤質(zhì)變化而導(dǎo)致升降負(fù)荷壓力波動(dòng)大問(wèn)題，因此也無(wú)法解決升降負(fù)荷燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成很大威脅。

圖6 原主汽壓力控制邏輯

功煤比及熱耗方案應(yīng)用于大唐韓城第二發(fā)電廠(chǎng)機(jī)組協(xié)調(diào)控制的主汽壓力回路中，圖7是功煤比及熱耗的應(yīng)用邏輯。在升降負(fù)荷階段，由于負(fù)荷和煤量均在變化，因此功煤比在這個(gè)階段是保持不變的，用穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比與負(fù)荷指令相乘可算出負(fù)荷指令所需的準(zhǔn)確煤量，再通過(guò)熱耗系數(shù)進(jìn)行修正，即可得到升降負(fù)荷階段所需的精確煤量。具體而言，在升降負(fù)荷階段，保持穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比，以及穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值，通過(guò)負(fù)荷指令所對(duì)應(yīng)的熱耗值與保持的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值相除得到熱耗系數(shù)，用熱耗系數(shù)與保持的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比相乘，再與負(fù)荷指令相乘即可得到升降負(fù)荷階段所需的精確煤量，轉(zhuǎn)換為煤量指令即可控制給煤機(jī)的給煤量。

實(shí)時(shí)變化的功煤比只有在機(jī)組穩(wěn)定狀態(tài)下才能真實(shí)反映出煤質(zhì)變化，機(jī)組在穩(wěn)定協(xié)調(diào)狀態(tài)時(shí)，供煤比只是實(shí)時(shí)變化，但是機(jī)組的煤量指令保持不變。

3.1采用功煤比及熱耗方案在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的曲線(xiàn)

由圖8可以看出，在負(fù)荷大幅升降的過(guò)程中，功煤比一直保持不變。熱耗系數(shù)隨著負(fù)荷的升降進(jìn)行變化，當(dāng)負(fù)荷到達(dá)峰值時(shí)，熱耗系數(shù)也到達(dá)峰值。當(dāng)負(fù)荷到達(dá)目標(biāo)值后，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖開(kāi)始觸發(fā)，在這其間煤量指令保持不變。熱耗系數(shù)同功煤比發(fā)生變化，輸入與輸出的差值由具有跟蹤功能的吸收模塊來(lái)接收該值。當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊消失時(shí)，吸收模塊數(shù)值保持當(dāng)前值。經(jīng)過(guò)若干個(gè)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖后功煤比就反應(yīng)了當(dāng)前真實(shí)的功煤比，熱耗系數(shù)趨向于1，隨后穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊不停對(duì)功煤比進(jìn)行修正，可以確保煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，實(shí)時(shí)功煤比反應(yīng)煤質(zhì)的變化。

3.2采用功煤比及熱耗方案后壓力和煤量曲線(xiàn)

圖7 功煤比及熱耗在主汽壓力回路應(yīng)用邏輯

圖8 采用功煤比及熱耗在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的曲線(xiàn)

由圖9可以看出，當(dāng)采用功煤比、熱耗修正的煤量時(shí)，負(fù)荷從602MW變化到305MW過(guò)程中，可以看到壓力一直穩(wěn)定，實(shí)際煤量同所計(jì)算煤量偏差很小，達(dá)到升降負(fù)荷過(guò)程中主汽壓力動(dòng)態(tài)偏差大幅減小，從而保證了燃燒的穩(wěn)定。

圖9 采用功煤比及熱耗后主汽壓力煤量及負(fù)荷變化曲線(xiàn)

4　結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目成果在600MW機(jī)組的成功應(yīng)用，解決了火力發(fā)電廠(chǎng)在升降負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)的壓力不穩(wěn)定，導(dǎo)致負(fù)荷大幅波動(dòng)的問(wèn)題，使負(fù)荷變化過(guò)程中主汽壓力參數(shù)偏差大幅減小，提高了機(jī)組燃燒穩(wěn)定性和機(jī)組快速響應(yīng)能力。

目前升降負(fù)荷階段主汽壓力波動(dòng)大，全國(guó)火力發(fā)電廠(chǎng)普遍存在這個(gè)問(wèn)題，針對(duì)此問(wèn)題，有些電廠(chǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入幾十萬(wàn)元的資金，采用斯密斯預(yù)估、狀態(tài)觀測(cè)器等先進(jìn)算法，但由于理論太深，參數(shù)太多，有的還是黑匣子，一般普通工程技術(shù)人員很難掌握修改參數(shù)的方法。

該項(xiàng)目成果：沒(méi)有使用先進(jìn)的控制算法，不需要投入資金，僅采用機(jī)組原先的DCS系統(tǒng)，無(wú)需增加新的控制系統(tǒng)或其他硬件即可實(shí)現(xiàn)目的。解決了困擾提高機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)的技術(shù)難題，如把此項(xiàng)成果推廣到火力發(fā)電廠(chǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對(duì)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，能有效地提高機(jī)組的調(diào)頻調(diào)峰性能，提高機(jī)組運(yùn)行的整體控制水平，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

[1] 李遵基. 熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2001.

[2] 羅萬(wàn)金. 電廠(chǎng)熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)[M]. 北京: 水利電力出版社, 1991.

There are many factors affecting the pressure of boiler main steam in thermal power station. These factors would result in big boiler pressure fluctuations and deterioration of combustion in the condition of load changes. Using power coal ratio and heat consumption scheme can significantly decrease the dynamic deviation of main stream pressure during the variable load process and automatically improve the quality so that the regulated good performance can be achieved. This paper introduces the logic calculation and switching method for coal power ratio and heat consumption, the logic design of steadystate trigger pulse as well as its application in the production site.

Coordinated control; Power coal ratio; Heat consumption; Steadystate trigger pulse

B 文章編號(hào)：1003-0492(2015)01-0084-06

TP273

劉永紅（1971- ），男，陜西韓城人，高級(jí)工程師，本科，現(xiàn)就職于大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事熱工專(zhuān)業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究。

陳二寧（1982- ），男，湖南邵陽(yáng)人，計(jì)量技師，本科，現(xiàn)就職于大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)及自動(dòng)化儀表。