1000MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化改造

孔祥鑫

(國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 1000MW 超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制

1.1 機(jī)組概況

某火電廠有2 臺(tái)1000MW 超超臨界機(jī)組，型號(hào)為SG3099/27.46-M545。為單爐膛塔式布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，搭配機(jī)械刮板撈渣機(jī)固態(tài)排渣的鍋爐。鍋爐額定蒸發(fā)量3000t/h，主蒸汽額定溫度為600℃，主汽壓力28.5MPa。采用協(xié)調(diào)控制(CCS)系統(tǒng)，由PLC 發(fā)布中央調(diào)度指令(AGC)、頻差信號(hào)、值班員指令。所有指令或信號(hào)在到達(dá)負(fù)荷指令處理回路后，控制子系統(tǒng)會(huì)根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，對(duì)接收到的指令、信號(hào)做進(jìn)一步處理，然后生成新的負(fù)荷指令，繼續(xù)傳輸?shù)较乱患?jí)的機(jī)爐主控控制回路。同樣的，控制子系統(tǒng)會(huì)基于各部分的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，對(duì)接收到的指令做進(jìn)一步處理，然后用新生成的指令，控制前端設(shè)備，迅速改變汽機(jī)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，適應(yīng)各種負(fù)荷，提高了機(jī)組負(fù)荷相應(yīng)速率。整個(gè)過(guò)程如圖1 所示。

圖1 機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

在協(xié)調(diào)模式下，控制終端接收到AGC 請(qǐng)求投入信號(hào)后，進(jìn)行條件判斷；如果條件滿(mǎn)足，則自動(dòng)完成接入，機(jī)組調(diào)整為AGC模式。判斷條件包括：(1)AGC 指令范圍位于500-1000MW 之間；(2)未接收到快速減負(fù)荷(RUNBACK)信號(hào)；(3)前饋量滿(mǎn)足機(jī)組能力需求。對(duì)于條件(3)，如果前饋量達(dá)不到要求，可借助于西門(mén)子DEH 投入一次調(diào)頻，通過(guò)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速差滿(mǎn)足機(jī)組的能量需求。調(diào)頻曲線(xiàn)如圖2 所示。

圖2 頻差前饋調(diào)節(jié)曲線(xiàn)

1.2 機(jī)鍋主控

對(duì)于大容量超超臨界機(jī)組，僅靠調(diào)門(mén)變化來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，往往達(dá)不到預(yù)期效果。這時(shí)就必須借助于鍋爐的快速響應(yīng)達(dá)到對(duì)變動(dòng)負(fù)荷的實(shí)時(shí)響應(yīng)。但是鍋爐本身具有延遲特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)鍋爐主控回路時(shí)，要著重解決延遲問(wèn)題，進(jìn)而提高負(fù)荷響應(yīng)速率。實(shí)現(xiàn)方式有兩種：第一，將采集到的機(jī)組負(fù)荷指令，以及調(diào)頻增量信號(hào)匯集起來(lái)，作為鍋爐主控回路的前饋信號(hào)，簡(jiǎn)化了信號(hào)與指令識(shí)別的流程，從而讓鍋爐識(shí)別負(fù)荷的速率得到進(jìn)一步提升，響應(yīng)周期被縮短；第二，借助于鍋爐主控系統(tǒng)，在接受前端反饋的壓力偏差、功率偏差等基本參數(shù)的情況下，發(fā)送相應(yīng)的調(diào)控指令，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷、實(shí)時(shí)響應(yīng)的效果。鍋爐主控的運(yùn)行邏輯如圖3 所示。

圖3 鍋爐主控前饋、反饋邏輯

1.3 RUNBACK 信號(hào)控制

控制系統(tǒng)發(fā)出RUNBACK 信號(hào)的必要條件有二：其一是輔機(jī)出現(xiàn)跳閘情況；其二是機(jī)組運(yùn)行實(shí)際負(fù)荷，超出了額定負(fù)荷。在RUNBACK 信號(hào)的控制下，機(jī)組快速降低負(fù)荷，回歸到輔機(jī)正常運(yùn)行所能承受的負(fù)荷范圍以?xún)?nèi)。在RUNBACK 狀態(tài)下，各類(lèi)輔機(jī)的符合變化情況如表1 所示。

表1 RB 時(shí)負(fù)荷目標(biāo)值及下降速率

2 1000MW 超超臨界機(jī)組控制問(wèn)題及優(yōu)化改造

2.1 控制問(wèn)題

該火電廠現(xiàn)行的1000MW 超超臨界機(jī)組，所使用的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)有以下幾種問(wèn)題：第一，主蒸汽壓力偶爾出現(xiàn)明顯波動(dòng)。分析原因，認(rèn)為是系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷變化時(shí)，水與燃料之間在幅值、時(shí)序上配合不當(dāng)，從而引發(fā)主氣溫發(fā)生較為明顯地波動(dòng)，進(jìn)而造成主蒸汽壓力的劇烈變化；第二，受到主控信號(hào)的影響，直流爐的給水信號(hào)、通風(fēng)信號(hào)、進(jìn)煤信號(hào)等，也會(huì)隨之發(fā)生變動(dòng)。由于信號(hào)變動(dòng)具有延時(shí)性，可能會(huì)對(duì)煤質(zhì)發(fā)熱量的計(jì)算結(jié)果造成誤差；第三，鍋爐主控選擇PID 控制模式，調(diào)節(jié)器參數(shù)與過(guò)程控制量的變化量之間無(wú)法做到同步協(xié)調(diào)，會(huì)對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制效果造成負(fù)面影響。

2.2 優(yōu)化改造

2.2.1 鍋爐子系統(tǒng)加速信號(hào)整定

為進(jìn)一步提高負(fù)荷響應(yīng)速度，在原來(lái)的送分、給水、供料系統(tǒng)中，新增了加速信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)起到過(guò)調(diào)作用，在系統(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)起到欠調(diào)作用，從而始終保證主汽壓力和溫度維持在一個(gè)相對(duì)恒定的區(qū)間內(nèi)。調(diào)節(jié)原理如圖4 所示。另外，引進(jìn)基于AI 的智能判斷系統(tǒng)，由PLC 根據(jù)前端反饋信號(hào)，自動(dòng)完成對(duì)超調(diào)信號(hào)幅值、起始時(shí)間的設(shè)定，在簡(jiǎn)化人工操作壓力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高機(jī)組協(xié)調(diào)效果。

圖4 鍋爐加速回路原理圖

2.2.2 參數(shù)的優(yōu)化

從機(jī)組運(yùn)行的整體效益考慮，不僅要追求機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，還要兼顧自身運(yùn)行的穩(wěn)定性。為此，在鍋爐主控系統(tǒng)的優(yōu)化改造中，引入了變參數(shù)(PID)調(diào)節(jié)機(jī)制。由終端系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集機(jī)組的各項(xiàng)工況，如負(fù)荷變動(dòng)、壓力變化等，然后利用模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PID 參數(shù)的靈活調(diào)控，邏輯結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 通過(guò)DCS 組態(tài)實(shí)現(xiàn)模糊控制規(guī)則

為了保證調(diào)控精度，需要構(gòu)建一組11×11 的模糊控制規(guī)則表，表示隨偏差(E)變化導(dǎo)致偏差變化率(DE)的變動(dòng)情況，具體見(jiàn)表2。

表2 模糊控制規(guī)則表

將上表所得的壓力偏差信號(hào)，作為模糊控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)，可以得到穩(wěn)定狀態(tài)下鍋爐主控積分。通過(guò)調(diào)節(jié)積分時(shí)間，在機(jī)組調(diào)控速率和運(yùn)行穩(wěn)定之間達(dá)到最優(yōu)解。

3 結(jié)論

本文提出的一種適用于1000MW 超超臨界機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)，主要包含了機(jī)鍋主控、給水控制、RUNBACK 信號(hào)控制等部分。在保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和提高響應(yīng)速率方面取得了明顯效果。在試運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)基于協(xié)調(diào)控制的機(jī)組，出現(xiàn)主蒸汽壓力劇烈變化等問(wèn)題，通過(guò)鍋爐子系統(tǒng)加速信號(hào)整定、機(jī)組煤質(zhì)修正BTU 等優(yōu)化改造后，機(jī)組實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷快速響應(yīng)和自身運(yùn)行穩(wěn)定的兼顧，效益良好。