300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

何濤

摘 要：為適應(yīng)大電網(wǎng)對機(jī)組快速響應(yīng)提出的更高要求，發(fā)電機(jī)組在鍋爐跟隨協(xié)調(diào)方式下應(yīng)能快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷并保證機(jī)組壓力及各運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。這就要求機(jī)組在自動發(fā)電量控制（AGC）調(diào)節(jié)精度上達(dá)到最大程度的提升，以滿足電網(wǎng)的需要。針對300MW機(jī)組的特點(diǎn)，對協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，保證機(jī)組負(fù)荷的快速響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：300mw機(jī)組;協(xié)調(diào)控制;優(yōu)化

引言

由于各機(jī)組類型及輔助設(shè)備固有的特性各不相同，需要針對機(jī)組的不同特性，采取控制策略的優(yōu)化改進(jìn)來彌補(bǔ)某些設(shè)備的先天不足，同時利用一些有利條件，挖掘機(jī)組的最大潛能。

一、機(jī)組概況

某熱電公司2×300MW采用HG-1025/17.5-YM24鍋爐，為亞臨界、一次中間再熱、正壓直吹四角切圓、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。每臺鍋爐配備有5臺中速磨煤機(jī)，采用一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制方式采用直接指令平衡策略，該策略采用前饋指令加閉環(huán)校正方式，將負(fù)荷指令直接送至汽機(jī)主控和鍋爐主控，使汽機(jī)和鍋爐同時獲得最快的負(fù)荷響應(yīng)。汽機(jī)側(cè)重校正負(fù)荷，使實(shí)際負(fù)荷等于負(fù)荷指令，鍋爐側(cè)重校正壓力，使主蒸汽壓力等于滑壓曲線設(shè)定值。機(jī)組存在主要問題有：一是機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)無法正常的投入運(yùn)行;二是系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能差，無法滿足自動發(fā)電量控制（automatic generationcontrol，AGC）投入要求。結(jié)合機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行狀況，對300 MW 機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，選擇了直接能量平衡法作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，在調(diào)節(jié)性能方面也做了大量的工作，如在鍋爐主控中增加了前饋控制方式來提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力，在鍋爐主控控制器參數(shù)選擇上采用目前比較先進(jìn)的模糊邏輯理念等，系統(tǒng)控制性能得到了大大地改善。

二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)改進(jìn)的措施

（一） 采用直接能量平衡法（DEB）策略

在協(xié)調(diào)控制策略上，由原來直接指令平衡法改變?yōu)橹苯幽芰科胶夥?。直接能量平衡法DEB是位于美國的Leeds&Northrup公司提出的一種新穎的協(xié)調(diào)控制方法。以機(jī)組的能量平衡為出發(fā)點(diǎn)，以能量需求和能量釋放為控制信號。以能量需求信號為前饋，以熱量釋放信號為反饋，及時反應(yīng)汽機(jī)側(cè)能量需求的變化和鍋爐釋放熱量的變化，根據(jù)二者的偏差調(diào)節(jié)燃料量，滿足負(fù)荷的適應(yīng)性。

對于汽包來講，主蒸汽壓力穩(wěn)定性是反映機(jī)組調(diào)節(jié)性能的關(guān)鍵性因素。主蒸汽壓力變化過大會引起機(jī)組PCV閥動作，引起能量損失甚至可能引發(fā)不安全事件。DEB有保持壓力穩(wěn)定的能力，采用DEB控制策略是最佳選擇，并且在DEB基礎(chǔ)增加了微分環(huán)節(jié)來提高機(jī)組對熱能信號的響應(yīng)速度。

（二）增加動態(tài)前饋來提高鍋爐響應(yīng)速度

鍋爐屬于大慣性、非線性的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)時間滯后，存在著多種非線性輸入變量，且這些輸入變量之間是相互耦合的，控制機(jī)理十分的復(fù)雜。前饋控制針對于大慣性的系統(tǒng)提出的一種控制理念，且前饋信號可以為不可測的干擾信號，來對系統(tǒng)提前進(jìn)行控制。

為了增加鍋爐的響應(yīng)時間，在鍋爐主控增加了若干個前饋信號來改善鍋爐調(diào)節(jié)性能。（1）增加靜態(tài)前饋。機(jī)組負(fù)荷指令代表了機(jī)組應(yīng)發(fā)功率的大小，也代表了鍋爐側(cè)蒸汽功率的大小。利用機(jī)組負(fù)荷指令作為主函數(shù)加在鍋爐側(cè)的前饋信號中，根據(jù)負(fù)荷指令不同，形成不同的鍋爐輸入指令作為靜態(tài)前饋，送入鍋爐各子系統(tǒng)，作為穩(wěn)定工作點(diǎn)。（2）在機(jī)組變負(fù)荷過程中增加動態(tài)前饋。鍋爐側(cè)的純滯后與大慣性環(huán)節(jié)是影響機(jī)組動態(tài)性能的關(guān)鍵性因素，為此根據(jù)負(fù)荷指令信號比鍋爐輸入信號更早原理，來生成動態(tài)前饋信號，分別作用到燃料、送風(fēng)、給水、減溫水等系統(tǒng)，加速鍋爐對負(fù)荷指令的響應(yīng)速度，起到先動作、早控制的作用，該部分在穩(wěn)態(tài)情況不起作用。（3）增加主蒸汽壓力變化率前饋信號。主蒸汽壓力高低直接反映了機(jī)組蓄能的大小，該參數(shù)變化情況直接影響機(jī)組安全運(yùn)行，為了保證主蒸汽壓力維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，增加主蒸汽壓力偏差作為鍋爐前饋信號，該前饋主要使用在穩(wěn)定情況下，當(dāng)機(jī)組壓力偏差大時，該前饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)，消除壓力偏差，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。（4）增加了DEB作為前饋，以及壓力設(shè)定值與機(jī)前壓力之間偏差作為前饋等。

通過增加若干個鍋爐主控的前饋信號，有效地改善了鍋爐的動態(tài)響應(yīng)，在機(jī)組變負(fù)荷過程中，通過預(yù)加或預(yù)減煤，提升了變負(fù)荷速率。

（三）模糊邏輯應(yīng)用在鍋爐主控參數(shù)選擇

模糊控制是由美國的扎德創(chuàng)立的，1974年英國的Mamdani首先用模糊控制構(gòu)建了模糊控制器，并把它用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，在實(shí)驗(yàn)室獲得成功，這一開拓的工作標(biāo)志著模糊控制理論的誕生。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)都需要建立數(shù)學(xué)模型，利用精確的數(shù)學(xué)模型去控制系統(tǒng)，對模型要求非常高。在實(shí)際工程應(yīng)用中，無法得到精確的數(shù)學(xué)模型，而模糊思想不需要數(shù)學(xué)模型利用以往經(jīng)驗(yàn)來改善系統(tǒng)的性能，實(shí)踐證明控制效果良好。以鍋爐調(diào)節(jié)器偏差與鍋爐調(diào)節(jié)器偏差變化率作為模糊邏輯的輸入，構(gòu)成了11*11模糊控制表，模糊規(guī)則為11*E+DE，其中E為鍋爐調(diào)節(jié)器偏差，DE為偏差變化率。利用E與DE的變化，根據(jù)模糊規(guī)則得到值作為鍋爐主控制器積分時間常數(shù)。當(dāng)壓力變化大時，積分時間常數(shù)變化，加快鍋爐響應(yīng)，鍋爐主控輸出增加，反之亦然。

（四）瞬時煤量修正容量風(fēng)開度調(diào)節(jié)煤量

為了保證進(jìn)入爐膛燃燒量的準(zhǔn)確性，從兩方面調(diào)節(jié)煤量進(jìn)行改造：一方面將由原來的容量調(diào)節(jié)風(fēng)門后移動到容量風(fēng)門之前，移動后利用熱風(fēng)來保證一次風(fēng)壓，用熱冷風(fēng)配比來調(diào)整磨煤機(jī)出口溫度值;另一方面利用瞬時煤量來不斷地修正容量風(fēng)門的開度控制進(jìn)入爐膛煤粉量。

本次改造對300MW機(jī)組5臺中速磨均進(jìn)行了改造升級，利用瞬時煤量值的大小有效地修正容量風(fēng)門的大小，已達(dá)到用容量風(fēng)門開度大小來控制進(jìn)入爐膛燃料量大小。需要說明的是，為了保證容量風(fēng)門的線性度，從兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。第一，機(jī)組負(fù)荷變化不同區(qū)段，設(shè)置不同的一次風(fēng)壓，以保證一次風(fēng)攜帶煤粉的剛度;第二，對容量風(fēng)門開度大小進(jìn)行限制，一般設(shè)置在（0到55%開度）。除此之外，由于煤質(zhì)、鍋爐本身特性的差異等因素的影響，當(dāng)容量風(fēng)門開度達(dá)到了設(shè)置上限（如55%）后，鍋爐主控輸入仍舊在增加，為了保證壓力穩(wěn)定，在鍋爐主控設(shè)置了閉鎖增，以防止后期鍋爐超壓。

三、協(xié)調(diào)控制與AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

為了測試在協(xié)調(diào)控制方式下機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。我們在不同負(fù)荷、不同負(fù)荷速率下做了負(fù)荷擾動試驗(yàn)，比較其控制效果的優(yōu)劣。

AGC 試驗(yàn)是在變負(fù)荷試驗(yàn)基礎(chǔ)上，由負(fù)荷調(diào)度中心向機(jī)組發(fā)送負(fù)荷指令，以驗(yàn)證協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及各子自動控制系統(tǒng)響應(yīng)負(fù)荷變動的能力。

LDC GROSS-MW 為機(jī)組負(fù)荷，從試驗(yàn)得到趨勢可知， 實(shí)際負(fù)荷由211.05 MW 升至239.805MW，實(shí)際負(fù)荷速率為7.1 MW/min，試驗(yàn)過程中速率滿足電網(wǎng)要求。主汽壓力，主蒸汽溫度，給水等參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。由此證明優(yōu)化的協(xié)調(diào)控制方式在調(diào)節(jié)性能方面得到了大大地改善，完全滿足AGC投入要求。

四、結(jié)束語

本文主要根據(jù)某熱電公司300MW機(jī)組AGC功能優(yōu)化項(xiàng)目，通過優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，改善機(jī)組調(diào)節(jié)性能，滿足了電網(wǎng)對機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能的要求。但實(shí)際使用中，在速率高的情況下主蒸汽壓力波動大，引起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)退出，甚至PCV閥動作，今后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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