優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提高機(jī)組AGC性能指標(biāo)

劉慶余 翟秀榮

摘 ?要：本文針對(duì)石橫熱電有限公司#1機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)影響機(jī)組協(xié)調(diào)品質(zhì)的控制策略進(jìn)行診斷，并采取相應(yīng)改進(jìn)措施。從而確保#1機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地投入運(yùn)行，并進(jìn)一步投入AGC功能，以適應(yīng)現(xiàn)代化大電網(wǎng)運(yùn)行管理的需要，滿足電網(wǎng)調(diào)度兩個(gè)細(xì)則的考核要求。

關(guān)鍵詞：AGC;MCS;協(xié)調(diào)控制;優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TK323 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2021）11-0000-00

0引言

DCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）采用的是基于鍋爐跟隨方式（BF）的協(xié)調(diào)控制策略：鍋爐主控器以負(fù)荷指令經(jīng)滑壓曲線函數(shù)折算的壓力設(shè)定值作為設(shè)定值[1]，以實(shí)際主汽壓力作為調(diào)節(jié)量，調(diào)節(jié)結(jié)果為鍋爐熱負(fù)荷目標(biāo)值，進(jìn)而通過(guò)調(diào)整風(fēng)、燃料，使鍋爐熱負(fù)荷匹配機(jī)組電負(fù)荷。隨著發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，燃煤摻燒、機(jī)組老化及設(shè)備缺陷，使得控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)逐漸下降，嚴(yán)重時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)甚至無(wú)法正常投入。此外，電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則的逐步實(shí)施，對(duì)機(jī)組的AGC性能指標(biāo)也提出了更高的要求。

1 設(shè)備概況及存在的問(wèn)題

國(guó)家能源集團(tuán)山東石橫熱電有限公司#1機(jī)組容量315MW，鍋爐由上海鍋爐廠按照美國(guó)C-E燃燒工程公司技術(shù)專利設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)的亞臨界壓力、一次中間再熱強(qiáng)制循環(huán)，單爐膛，倒U型半露天布置，鋼架結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣汽包爐。鍋爐型號(hào)：SG1025/18.3-M840。汽輪機(jī)主機(jī)設(shè)備為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)。型號(hào)為N300-16.7（170）/537/537。發(fā)電機(jī)由上海電機(jī)廠制造生產(chǎn)的水氫冷汽輪發(fā)電機(jī)。型號(hào)為QFSN-300-2。

DCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）鍋爐側(cè)采用的是直接能量平衡控制系統(tǒng)：鍋爐調(diào)節(jié)器定值采用機(jī)組熱量需求信號(hào)，公式為Nb=P1/Pt×Ps+Cg×dPs/dt，調(diào)節(jié)量采用熱量信號(hào)，公式為HR=P1+Ck×dPb/dt。在穩(wěn)定工況下，dPb/dt=0，因而可以得到Pt=Ps，機(jī)前壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[2]。汽機(jī)調(diào)節(jié)器定值采用經(jīng)高低限幅和速率限制后的目標(biāo)負(fù)荷值，調(diào)節(jié)量采用機(jī)組實(shí)發(fā)有功功率信號(hào)，調(diào)節(jié)器輸出值作用于DEH控制器動(dòng)作汽機(jī)調(diào)門(mén)，達(dá)到控制機(jī)組負(fù)荷的目的。[3]。

我廠#1機(jī)組機(jī)組老化現(xiàn)象嚴(yán)重，在投入AGC時(shí)，存在主汽壓力、風(fēng)量、煤量波動(dòng)大的問(wèn)題，性能指標(biāo)較差，此時(shí)需要通過(guò)控制策略的優(yōu)化來(lái)彌補(bǔ)控制系統(tǒng)性能的下降。

2 優(yōu)化的目的

2.1 CCS控制系統(tǒng)優(yōu)化及試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)影響機(jī)組協(xié)調(diào)品質(zhì)的控制策略進(jìn)行診斷，并采取相應(yīng)改進(jìn)措施。從而確保#1機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地投入運(yùn)行，并進(jìn)一步投入AGC功能，以適應(yīng)現(xiàn)代化大電網(wǎng)運(yùn)行管理的需要，滿足電網(wǎng)調(diào)度兩個(gè)細(xì)則的考核要求。

2.2梳理、診斷MCS其他分系統(tǒng)

首先對(duì)控制品質(zhì)不能滿足生產(chǎn)要求且存在明顯缺陷的重要子系統(tǒng)進(jìn)行策略改進(jìn)，其后對(duì)所有涉及的MCS分系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整優(yōu)化，從而提高#1機(jī)組整體自動(dòng)投入率，提升自動(dòng)控制品質(zhì)，減少運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障機(jī)組的安全性。

3 控制策略設(shè)計(jì)與組態(tài)

（1）CCS策略優(yōu)化思路：鍋爐主控前饋分為動(dòng)態(tài)前饋與靜態(tài)前饋兩部分。動(dòng)態(tài)前饋由變負(fù)荷前饋與汽壓設(shè)定值微分環(huán)節(jié)構(gòu)成;靜態(tài)前饋由負(fù)荷指令（疊加一定比例的一次調(diào)頻分量）與汽壓偏差微分環(huán)節(jié)構(gòu)成。鍋爐主控指令邏輯如圖1所示：

（2）燃料控制：燃料主控指令由鍋爐主控輸出和變負(fù)荷前饋兩部分疊加而成，以實(shí)際燃料量為調(diào)節(jié)量。節(jié)流壓力設(shè)定增加三階慣性環(huán)節(jié)，等一等加煤后的熱量遲延;修改氣壓偏差微分，增加鍋爐變負(fù)荷加速和壓力設(shè)定前饋邏輯。鍋爐變負(fù)荷加速前饋邏輯如圖2所示：

節(jié)流壓力設(shè)定邏輯如圖3所示：

（3）風(fēng)量控制：在風(fēng)量指令上加已遲延環(huán)節(jié)，等一下煤量變化后形成煤粉進(jìn)入爐膛的時(shí)間，以防大量冷風(fēng)進(jìn)入爐膛降低熱負(fù)荷。

（4）汽包水位控制：汽包水位控制在傳統(tǒng)三沖量控制策略的基礎(chǔ)上增加燃料指令前饋環(huán)節(jié)，以保證機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中汽包水位保持穩(wěn)定。

（5）主汽溫度控制：控制策略仍以經(jīng)典串級(jí)汽溫控制為基礎(chǔ)，適當(dāng)引入變負(fù)荷控制前饋，從而提高動(dòng)、靜態(tài)控制品質(zhì)。取導(dǎo)前溫度作為內(nèi)回路的測(cè)量值，快速消除減溫水的自發(fā)性擾動(dòng)和其他進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，對(duì)汽溫起粗調(diào)作用;主回路調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持出口汽溫等于給定值，起細(xì)調(diào)作用。同時(shí)引入變負(fù)荷前饋，提高變負(fù)荷工況下的汽溫控制品質(zhì)。過(guò)熱汽溫控制前饋邏輯如圖4所示：

（6）磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)擋板控制：按照鍋爐廠常規(guī)設(shè)計(jì)，將DCS原有控制邏輯修改為：磨煤機(jī)熱一次風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口風(fēng)量，冷一次風(fēng)調(diào)節(jié)門(mén)調(diào)節(jié)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度。這種控制策略主要是從有效利用熱能的角度考慮，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)主體風(fēng)是熱風(fēng)，所以風(fēng)量應(yīng)該依靠調(diào)節(jié)熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)的。

（7）一次風(fēng)機(jī)控制：在原有控制邏輯上增加變負(fù)荷前饋，以彌補(bǔ)中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)慣性大的缺點(diǎn)。

其他MCS分系統(tǒng)不做策略上的修改，機(jī)組啟動(dòng)后可根據(jù)生產(chǎn)人員意見(jiàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)參數(shù)的優(yōu)化，確保自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)滿足國(guó)家規(guī)范和生產(chǎn)實(shí)際要求。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，以方案能夠滿足調(diào)節(jié)指標(biāo)要求，且不影響DCS系統(tǒng)的安全性為指導(dǎo)原則，根據(jù)實(shí)際需要可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行刪減。

邏輯優(yōu)化下裝完畢后，對(duì)各模塊之間的軟件連接線進(jìn)行檢查，對(duì)組態(tài)后的各功能模塊進(jìn)行性能試驗(yàn)，并按系統(tǒng)要求完成模塊系數(shù)和參數(shù)的設(shè)置。對(duì)系統(tǒng)各模塊之間的跟蹤連接線進(jìn)行檢查，確保手、自動(dòng)切換無(wú)擾動(dòng)。最后進(jìn)行協(xié)調(diào)控制各子系統(tǒng)的擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察系統(tǒng)的調(diào)節(jié)指標(biāo)，修改有關(guān)調(diào)節(jié)參數(shù)，努力達(dá)到最優(yōu)調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)CCS各子系統(tǒng)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，機(jī)組跟隨負(fù)荷的能力大幅提升，煤量變化后的熱量遲延減小，主汽溫度自動(dòng)控制效果良好，主汽壓力、主汽溫度等重要參數(shù)動(dòng)態(tài)偏差明顯改善。對(duì)2020年9月份和10月份#1機(jī)組投入R模式AGC運(yùn)行方式下的性能指標(biāo)和補(bǔ)償費(fèi)用情況繪制表格如表1所示：

采用直接指令平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，優(yōu)化前的AGC平均性能指標(biāo)在2以下，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后AGC平均性能指標(biāo)為2.646，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入穩(wěn)定可靠，鍋爐實(shí)際變負(fù)荷速率達(dá)到2%以上，機(jī)組各主要參數(shù)均優(yōu)于相應(yīng)規(guī)程要求，滿足了電網(wǎng)調(diào)度兩個(gè)細(xì)則的考核要求。本次控制策略優(yōu)化采用了嵌入式優(yōu)化方式，所有先進(jìn)控制策略及算法均在DCS中組態(tài)實(shí)施，不涉及外掛設(shè)備，在充分利用原控制系統(tǒng)邏輯的基礎(chǔ)上，與原有控制及保護(hù)系統(tǒng)兼容性更佳。CCS各子系統(tǒng)控制品質(zhì)的好壞也會(huì)直接影響機(jī)組AGC功能，進(jìn)一步提高各子系統(tǒng)動(dòng)作可靠性是今后特別關(guān)注的工作重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2021-10-01

作者簡(jiǎn)介：劉慶余（1990—），男，山東泰安人，工學(xué)碩士，工程師，研究方向：熱工檢測(cè)與控制技術(shù)。

Abstract： This article analyzes the problem of Shiheng Thermal Power Co.， Ltd. #1 unit coordinated control system， diagnoses the control strategy that affects the unit's coordinated quality， and takes corresponding improvement measures. So as to ensure that the coordinated control system of unit #1 can be put into operation stably and reliably， and further put in the AGC function to meet the needs of modern large-scale power grid operation and management， and to meet the assessment requirements of the two detailed rules of power grid dispatch.

Keywords： AGC; MCS; coordinated control; optimization