單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析與優(yōu)化

呂曉娟　趙津津　李獻(xiàn)忠

摘 要：本文分析了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將智能控制方法應(yīng)用到協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，引用“預(yù)見控制”和“解耦控制”理論形成協(xié)調(diào)控制方案，用來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性，完善和解決基礎(chǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的缺陷之處。

關(guān)鍵詞：智能控制；協(xié)調(diào)控制；CCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.116

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的含義和結(jié)構(gòu)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想是將鍋爐和汽機(jī)作為一個(gè)整體，完成對(duì)負(fù)荷和主汽壓的控制，實(shí)現(xiàn)鍋爐風(fēng)、煤、水的協(xié)調(diào)動(dòng)作。協(xié)調(diào)包含三層含義，一是機(jī)組與電網(wǎng)需求的協(xié)調(diào)，包括了電網(wǎng)AGC控制和一次調(diào)頻控制兩個(gè)方面；二是協(xié)調(diào)鍋爐主控系統(tǒng)與汽機(jī)主控系統(tǒng)，提高鍋爐側(cè)的反應(yīng)速度，減少主汽壓的波動(dòng)；三是鍋爐風(fēng)、煤、水子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。

為了解決大系統(tǒng)的控制問(wèn)題，把鍋爐和汽輪機(jī)作為一個(gè)整體進(jìn)行控制，能響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求指令，將內(nèi)部主要運(yùn)行參數(shù)維持在正常范圍內(nèi)。保證單元機(jī)組較快響應(yīng)外部功率，具有一定的一次調(diào)頻能力，對(duì)內(nèi)保持主蒸汽壓力在允許范圍內(nèi)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有大系統(tǒng)的解決方案，先將大系統(tǒng)分成二級(jí)遞接系統(tǒng)，上位級(jí)是單元機(jī)組主控系統(tǒng)，下位級(jí)是鍋爐主控系統(tǒng)和汽機(jī)主控系統(tǒng)，最下層是機(jī)爐廣義被調(diào)對(duì)象。下圖為單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

機(jī)爐主控制系統(tǒng)都具備多種的控制方式，按鍋爐和汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)任務(wù)的不同，可劃分位以下幾種控制方式。爐跟機(jī)控制方式、機(jī)跟爐控制方式和機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式。前兩種方式基本都是鍋爐、汽輪機(jī)相對(duì)獨(dú)立的方式，協(xié)調(diào)控制方式又分為以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)和以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)方式對(duì)鍋爐側(cè)加負(fù)荷前饋信號(hào)，利用鍋爐蓄熱加快鍋爐側(cè)的反應(yīng)速度，采用非線性環(huán)節(jié)限制主汽壓的變化范圍。圖2為單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成圖。

2 單元機(jī)組CCS方案設(shè)計(jì)

為了響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度，目前單元機(jī)組協(xié)調(diào)空盒子系統(tǒng)絕大部分采用直接能量平衡型，以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)，采用負(fù)荷指令信號(hào)間接平衡的控制方法。經(jīng)典PID控制附加前饋的控制方法已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)和控制精度要求，需要在經(jīng)典空盒子方案的前提下，融合多種現(xiàn)代空盒子理論，引入智能算法，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高協(xié)調(diào)控制的控制效果，圖3為引用“預(yù)見控制”和“解耦控制”理論形成的CCS控制方案。

本方案的優(yōu)勢(shì)在于：

（1）引用“預(yù)見控制”理論，變微分時(shí)間和固定微分時(shí)間兩種方式融合一起，當(dāng)負(fù)荷指令接近目標(biāo)負(fù)荷時(shí)，微分時(shí)間逐漸減小。通過(guò)微分時(shí)間的調(diào)整，可以在負(fù)荷變化初期實(shí)現(xiàn)較大的變化速率，提高鍋爐側(cè)的響應(yīng)速度，并且，系統(tǒng)的超調(diào)量在負(fù)荷接近目標(biāo)負(fù)荷時(shí)逐漸減小。

（2）根據(jù)數(shù)學(xué)模型模擬壓力定制曲線，在機(jī)組滑壓運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，使壓力目標(biāo)值與實(shí)際主汽壓值同步變化，這樣，能夠減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差，克服系統(tǒng)的超調(diào)。

（3）一般通過(guò)擬合鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性，通常為慣性環(huán)節(jié)，產(chǎn)生汽機(jī)主控指令。該方案疊加一微分環(huán)節(jié)，微分時(shí)間根據(jù)負(fù)荷指令的變化速率進(jìn)行調(diào)整（300MW機(jī)組汽包爐可設(shè)為60s左右），在負(fù)荷指令變化初期，使汽機(jī)調(diào)門過(guò)開，目的是充分利用鍋爐的蓄熱，提高機(jī)組的反應(yīng)速度。

綜上所述，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)常見的問(wèn)題包括鍋爐、汽機(jī)動(dòng)態(tài)特效的相互耦合關(guān)系，提高系統(tǒng)負(fù)荷響應(yīng)能力與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的矛盾。破解這一難題的重點(diǎn)在于如何形成適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)負(fù)荷和主汽壓給定值，使該定值與機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性相適應(yīng)，有機(jī)協(xié)調(diào)鍋爐和汽機(jī)，使之共同工作滿足電網(wǎng)的負(fù)荷要求。當(dāng)不確定因素發(fā)生時(shí)，通過(guò)解耦控制提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：鄭州電力高等專科學(xué)校校級(jí)科研項(xiàng)目《大機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化研究》，項(xiàng)目編號(hào)ZEPCKY2018-25