優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提高機組AGC響應(yīng)速率

趙 雷

大唐黃島發(fā)電有限公司 山東 黃島 266000

0 引言

目前高容量的電網(wǎng)運行情況對發(fā)電機組的AGC投運提出了更高的要求，而發(fā)電機組的AGC投運情況的優(yōu)劣取決于機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。本文結(jié)合大唐黃島電廠三期兩臺超臨界670MW火電機組AGC的投入運行情況，提出了對機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，進而提高機組AGC的響應(yīng)速率。

1 AGC系統(tǒng)的概述

火電機組AGC系統(tǒng)主要由機組控制系統(tǒng)、遠程終端控制系統(tǒng)（RTU）、傳輸通道和電網(wǎng)調(diào)度實時控制系統(tǒng)組成?；痣姍C組將電廠的運行情況傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，對火電機組的負荷進行分配，發(fā)出AGC指令傳輸?shù)诫姀S的RTU裝置。信息傳輸過程如圖1所示［1］。

AGC指令是根據(jù)當(dāng)前負荷需求和電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定要求，每幾秒鐘運算一次機組的設(shè)定負荷，由此產(chǎn)生指令信號，AGC指令是由基本負荷分量和調(diào)節(jié)分量組成?；矩摵煞至吭诙唐诘念A(yù)測中制定的日負荷發(fā)電量；調(diào)節(jié)分量是負荷預(yù)測系統(tǒng)在根據(jù)當(dāng)前幾分鐘內(nèi)負荷的變化情況預(yù)測得出下一個時間段負荷的調(diào)節(jié)量［2］。

圖1 電網(wǎng)調(diào)度與電廠的信息傳輸過程

火電機組通過分散控制系統(tǒng)（DCS）中的機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）完成對AGC指令的響應(yīng)和調(diào)節(jié)，CCS又包括鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協(xié)調(diào)多種控制方式。不管機組CCS采用哪種控制方式，其最終的目的都是通過協(xié)調(diào)機組的燃燒和調(diào)門的開度，盡可能地快速響應(yīng)AGC指令和運行人員的操作指令［1-2］。

2 控制對象的特點

大唐黃島電廠三期兩臺機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在投入運行后基本可滿意電網(wǎng)調(diào)度中心AGC的指令要求，但是機組在負荷升降和燃料擾動等情況下，主蒸汽壓力和溫度波動幅度較大；且在負荷命令變化后機組系統(tǒng)響應(yīng)慢，難以滿足電網(wǎng)調(diào)度中心對AGC投運的要求。調(diào)度中心對AGC的投運要求為機組出力調(diào)整遲延時間小于30s，機組負荷調(diào)節(jié)速率不小于機組額定出力的1.2%［3］。

在機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)盡量克服純時延、大滯后環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，盡可能加快鍋爐側(cè)的動態(tài)響應(yīng)；并且要保持燃料率與給水量之間的平衡等。在鍋爐跟隨的協(xié)調(diào)方式下，鍋爐主控維持機前壓力、汽機主控控制機組負荷，這種控制方式下系統(tǒng)具有較高的控制精度且機組負荷響應(yīng)速度較快。因此采用鍋爐跟隨的控制方式，機組最適合投入AGC運行，本文也是在此基礎(chǔ)上進行機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化。

黃島電廠兩臺機組鍋爐采用直流式鍋爐，在鍋爐蓄熱能力方面表現(xiàn)較差，并且在不同的負荷段鍋爐的蓄熱能力也有較大差別，鍋爐的給水流量對機組的穩(wěn)定性和相關(guān)參數(shù)也有明顯的影響。由于機組鍋爐蓄熱能力較差，并且具有較強的遲延性和耦合性，機組在正常運行時，不利于機組負荷變化，對機組的安全穩(wěn)定性能有一定影響［4］。機組在負荷變化過程中初始階段響應(yīng)較慢，如果只是加大燃料前饋，可能使負荷變化超調(diào)，相關(guān)的主要參數(shù)不穩(wěn)定，鑒于以上情況在機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整中，還需要考慮燃料和給水量的比例，保證燃料和給水量的平衡關(guān)系。總之在使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿足機組安全穩(wěn)定運行的同時，還要滿足能夠快速跟蹤AGC指令的變化。

3 對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化處理

為使系統(tǒng)較好地跟隨電網(wǎng)調(diào)度中心的AGC指令，并結(jié)合機組在調(diào)試期間出現(xiàn)的問題，工程人員對機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行了相應(yīng)優(yōu)化處理。火電機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包含多輸入、多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，針對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，對系統(tǒng)增加非線性函數(shù)和變參數(shù)設(shè)置，可適當(dāng)提高機組對諸如煤種變化、負荷變化等外界干擾的適應(yīng)能力［5］。

1）改變?nèi)剂狭控摵汕梆?/h3>

大唐黃島電廠三期超臨界機組在升負荷過程中，發(fā)現(xiàn)鍋爐的蓄熱能力有下降趨勢。針對此種情況，在系統(tǒng)中增加變負荷指令前饋；對虛假煤位使燃燒調(diào)節(jié)滯后，在系統(tǒng)中增加給煤量前饋；這樣通過記錄不同負荷下的燃料量，就可得到鍋爐的靜態(tài)前饋參數(shù)［6］。在機組負荷變動的AGC調(diào)試實驗中發(fā)現(xiàn)單一的f（x）函數(shù)難以滿足機組變負荷時對系統(tǒng)的需求，因此根據(jù)負荷偏差變化的特點對燃料量前饋增加動態(tài)可變前饋回路，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的燃料主控前饋

在負荷AGC指令與實際負荷偏差較大情況下，機組增負荷時通過f（x）對燃料主控前饋進行修正調(diào)整，增加鍋爐燃料量；機組減負荷時通過f（x）對燃料主控前饋進行修正調(diào)整，減少燃料量。機組在穩(wěn)定工況下，沒有變化時此回路失效；在壓力閉鎖情況下，此回路作用也會失效，此時由原CCS控制回路自身進行閉鎖和調(diào)節(jié)［7］。優(yōu)化后的燃料和給水前饋曲線如圖3所示。

2）預(yù)加減燃料

通過預(yù)加減可克服主蒸汽壓力慣性，在蒸汽壓力回路中增加一路預(yù)加減燃料前饋，可實現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)實際負荷的需要對燃料量做相應(yīng)地增減。此回路在系統(tǒng)中的主要作用是在負荷變化開始時，增加主蒸汽壓力的變化力度，克服主蒸汽壓力的慣性，從而達到加快負荷變化速率的目的［8-9］。

3）增加機組對煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力

目前燃煤鍋爐的煤質(zhì)得不到保障，機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和AGC投入的品質(zhì)很大程度上也受到煤質(zhì)變化的影響。機組在負荷變化較大時，系統(tǒng)為提高機組的快速響應(yīng)能力，會采用較強的前饋作用，在此作用下機組負荷就會出現(xiàn)較大程度地超調(diào)。因此在燃料量發(fā)生較大變化時，系統(tǒng)對前饋環(huán)節(jié)作出相應(yīng)地修正，可在一定程度上減小超調(diào)程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和對負荷變化的響應(yīng)速率［10］。

圖3 優(yōu)化后的燃料和給水前饋曲線

4）對汽輪機調(diào)門特性流量曲線整定

根據(jù)高調(diào)門的實際流量特性曲線和重疊度數(shù)據(jù)，優(yōu)化DEH系統(tǒng)高調(diào)門單閥和順序閥流量曲線，使流量趨于線性化。整定后機組可較準(zhǔn)確和快速的響應(yīng)中調(diào)指令，保障和提高了AGC投入品質(zhì)［11］。

4 系統(tǒng)優(yōu)化后AGC的投入情況

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，分別對黃島電廠三期兩臺機組進行了相應(yīng)的AGC系統(tǒng)性能測試，測試結(jié)果表明系統(tǒng)具有較好的負荷響應(yīng)性能，機組升負荷和降負荷的實際速率都大于12MW/min，滿足電網(wǎng)調(diào)度中心對機組跟蹤AGC指令的要求，且機組在投運AGC后運行穩(wěn)定，各模擬量控制子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果良好。機組在升負荷時各項相應(yīng)參數(shù)如圖4所示。機組在降負荷時各項相應(yīng)參數(shù)如圖5所示。

圖4 機組升負荷時AGC指令、實際功率、主蒸汽壓力、煤量關(guān)系曲線

圖5 機組降負荷時AGC指令、實際功率、主蒸汽壓力、煤量關(guān)系曲線

由圖4和圖5可見在機組升負荷和降負荷的過程中，機組的實際負荷值與AGC的指令值最大偏差為4MW，主蒸汽壓力最大偏差為0.6MPa，給水量也根據(jù)負荷的變化而變化，其他參數(shù)也基本穩(wěn)定，機組運行滿足電網(wǎng)AGC及機組安全運行的要求。

5 結(jié)語

黃島電廠三期兩臺超臨界670MW機組控制系統(tǒng)設(shè)計合理，且根據(jù)機組特點對其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)做了相應(yīng)地優(yōu)化，采取了適應(yīng)機組特點的控制策略，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后機組的AGC投運可較好地滿足電網(wǎng)調(diào)度中心的要求，達到了預(yù)期的效果。

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