(山西漳電大唐塔山發(fā)電公司，大同 037001)

0 引 言

當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)展，人們用電需求增加，電力企業(yè)更要重視電力輸送的品質(zhì)，確保供電穩(wěn)定安全。傳統(tǒng)的電力管控系統(tǒng)發(fā)展較為緩慢，無法滿足當(dāng)前供電系統(tǒng)規(guī)模，這便需要對(duì)發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過優(yōu)化控制邏輯，改進(jìn)負(fù)荷控制等方式，從而降低經(jīng)營(yíng)成本，確保供電安全穩(wěn)定。

1 機(jī)組概況

以某地600 MW火力發(fā)電機(jī)組為例，鍋爐采用亞臨界中間再熱控制循環(huán)爐，配備六套正壓直吹式制粉系統(tǒng)；汽機(jī)采用四缸四排單軸凝汽式汽輪機(jī)；DCS的型號(hào)為INFI-90，具有DAS、FSSS、SCS等功能；ETS由西門子生產(chǎn)的S5PLC構(gòu)成，汽機(jī)旁路采用AV6+控制系統(tǒng)。該機(jī)組的運(yùn)行方式為：以燃煤為主要燃料，在制粉系統(tǒng)中將煤變成粉末狀，利用配風(fēng)運(yùn)送到鍋爐之中，再利用產(chǎn)生的熱能將水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝谡羝饔孟买?qū)動(dòng)汽輪機(jī)使其高速運(yùn)轉(zhuǎn)，由此推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并反復(fù)切割磁力線形成電力，實(shí)現(xiàn)火力朝著電力的轉(zhuǎn)換。上述環(huán)節(jié)的連接需要做好各設(shè)備的協(xié)調(diào)工作，促進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行問題

2.1 主控氣壓響應(yīng)緩慢

在該機(jī)組工作中，在提高目標(biāo)負(fù)荷時(shí)應(yīng)對(duì)調(diào)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)指令強(qiáng)度增加時(shí)，整體機(jī)組延遲性發(fā)生變化，且鍋爐燃燒需要一定時(shí)間，由此產(chǎn)生的延遲對(duì)熱量的監(jiān)控準(zhǔn)確度產(chǎn)生不良影響，無法做到及時(shí)反饋，難以準(zhǔn)確掌握實(shí)時(shí)燃燒狀態(tài)；當(dāng)升降負(fù)荷時(shí)，升速率會(huì)發(fā)生改變，負(fù)荷指令前饋輸出固定值，如若單純憑借汽輪機(jī)能量需求信號(hào)、熱量信號(hào)差值改變?nèi)剂狭?，將?dǎo)致壓力響應(yīng)速度降低，穩(wěn)態(tài)偏差也很難被迅速消除，引發(fā)主控氣壓響應(yīng)緩慢問題。

2.2 負(fù)荷響應(yīng)緩慢

該機(jī)組內(nèi)部汽輪機(jī)符合響應(yīng)緩慢、機(jī)前壓力波動(dòng)量之間存在矛盾關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷提升時(shí)，應(yīng)使負(fù)荷響應(yīng)速度得到保障，這便要求提高調(diào)門的調(diào)節(jié)速度，并利用鍋爐蓄熱，但此舉將致使主汽壓力迅速降低。要想保障該項(xiàng)指標(biāo)平穩(wěn)，便無法使負(fù)荷響應(yīng)速度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，使鍋爐燃燒與蒸汽量更加穩(wěn)定。通常情況下，可通過適當(dāng)犧牲負(fù)荷響應(yīng)速度的方式，使主蒸汽壓力穩(wěn)定度得到保障。但是，在AGC投入運(yùn)行后，網(wǎng)調(diào)更注重負(fù)荷響應(yīng)速度，因此勢(shì)必要對(duì)原本控制策略進(jìn)行優(yōu)化，不但使主蒸汽壓力波動(dòng)量得到保障，還要確保AGC與負(fù)荷響應(yīng)速度相符[1]。

3 機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)節(jié)措施

3.1 理論基礎(chǔ)

該機(jī)組通過燃燒的方式，使燃料在化學(xué)反應(yīng)下形成蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生電能。在此過程中，燃煤在制粉系統(tǒng)的作用下變成煤粉，經(jīng)過鍋爐一、二次風(fēng)系統(tǒng)配風(fēng)后投入鍋爐中燃燒，將低溫的水轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷卣羝?，再在汽輪機(jī)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，以3 000轉(zhuǎn)/min的速度促進(jìn)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)切割磁力線，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能與電能間的轉(zhuǎn)換。在此過程中，對(duì)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)性能具有決定性作用的因素為：制粉系統(tǒng)類型、汽包類型、主汽調(diào)門特點(diǎn)、爐內(nèi)熱量交換特點(diǎn)等等。在該機(jī)組中采用的是HP963型號(hào)的直吹式制粉系統(tǒng)，通過給煤機(jī)運(yùn)送磨煤機(jī)磨成煤粉后，由一次風(fēng)送入鍋爐之中。鍋爐的功能在于通過燃燒的方式，將煤從化學(xué)能變成熱能，通過煤量與送風(fēng)量的變化，對(duì)高溫高壓蒸汽數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。本文重點(diǎn)分析鍋爐燃燒能量轉(zhuǎn)換，用以下傳遞函數(shù)表示：

式中，Bm代表的是燃料量；Ts代表的是蒸汽流量。在該機(jī)組的汽機(jī)中，主要包括高中低壓缸，其中高壓缸為單缸，中低壓缸為對(duì)缸設(shè)置。主蒸汽通過汽輪機(jī)主汽門、調(diào)門進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)后開始做功，排汽進(jìn)入鍋爐后再熱器后進(jìn)入中低壓缸做功，最后排入凝汽器中冷凝成與環(huán)境溫度相關(guān)的水、熱量，并經(jīng)過循環(huán)冷卻水帶走。在該機(jī)組中，可通過2臺(tái)冷卻水塔冷卻，用汽設(shè)備流通阻力關(guān)系式為：

式中，Rt代表的是動(dòng)態(tài)流通阻力系數(shù)；Kt代表的是調(diào)節(jié)閥靜態(tài)放大系數(shù)；μt代表的是調(diào)節(jié)閥開度。

3.2 改進(jìn)措施

3.2.1 縮小制粉系統(tǒng)延遲

根據(jù)上文分析可知，因蒸汽熱量很快便可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娯?fù)荷，機(jī)組負(fù)荷對(duì)鍋爐相應(yīng)速度具有決定作用，屬于延遲較大的高階慣性環(huán)節(jié)，與鍋爐類型、制粉系統(tǒng)息息相關(guān)。因該廠采用爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制模式，在調(diào)門快速響應(yīng)AGC指令時(shí)，由主汽壓力變化幅度對(duì)煤量增減進(jìn)行動(dòng)態(tài)掌控。在此基礎(chǔ)上，制粉系統(tǒng)延遲對(duì)主蒸汽變化產(chǎn)生較大影響。在AGC投用后，負(fù)荷指令并非為平滑曲線，而是為鋸齒狀波動(dòng)，在鍋爐穩(wěn)定狀態(tài)下，如若過度調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)延遲，將使PID控制器積分作用提升，導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。對(duì)此，可增加磨煤機(jī)熱風(fēng)門超調(diào)功能。在加負(fù)荷過程中，煤量迅速提升，此時(shí)超調(diào)開大磨煤機(jī)熱風(fēng)門，使設(shè)備內(nèi)的存粉被迅速吹出，此時(shí)負(fù)荷指令降低沒有明顯變化。同樣的道理，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，熱風(fēng)門超調(diào)關(guān)小，粉量由此降低。風(fēng)量超調(diào)環(huán)節(jié)使鍋爐負(fù)荷發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，迅速超調(diào)熱風(fēng)門，可使磨煤機(jī)出粉速度超過供粉速度[2]。

3.2.2 超調(diào)功能優(yōu)化

因該機(jī)組為直吹制粉系統(tǒng)，從客觀角度來看具有較大負(fù)荷延遲，這就需要對(duì)煤量進(jìn)行適量的超調(diào)，不但使AGC指令增加后的煤量得以彌補(bǔ)，還需要更多煤量回復(fù)主汽壓力。超調(diào)的煤量增加，則持續(xù)時(shí)間縮短，主汽壓力波動(dòng)范圍縮小，但對(duì)鍋爐擾動(dòng)程度增加；而超調(diào)煤量較小，持續(xù)時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)。在原本控制邏輯中，采用主汽壓力的微分機(jī)組對(duì)壓力變化進(jìn)行控制。在加負(fù)荷狀態(tài)下，調(diào)門開大，主汽壓力與預(yù)定值相比差值為△P，當(dāng)鍋爐指令增加后，應(yīng)適當(dāng)對(duì)其超調(diào)，直到歸路負(fù)荷大于電負(fù)荷后，主汽壓力回升到預(yù)定值，即△P的數(shù)值為0，此刻超調(diào)量也清零。如若△P的數(shù)值與所需量相近，可適當(dāng)縮小超調(diào)幅度。但因該機(jī)組處于429MW以內(nèi)，負(fù)荷段可采取滑壓運(yùn)行的模式，在低負(fù)荷情況下，主汽壓力應(yīng)隨著負(fù)荷變化而發(fā)生改變，且具備一定的耦合效應(yīng)。對(duì)此，在本次優(yōu)化中應(yīng)在原本協(xié)調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用與AGC負(fù)荷指令相對(duì)的煤量作為前饋信號(hào)。

3.2.3 負(fù)荷控制改進(jìn)

協(xié)調(diào)系統(tǒng)的TM可對(duì)汽機(jī)調(diào)門開度進(jìn)行控制，汽機(jī)側(cè)PID調(diào)節(jié)單位輸入It超過0時(shí)，TM調(diào)門開大，當(dāng)It的數(shù)值小于0時(shí)，則TM調(diào)門關(guān)小，因此PID的調(diào)節(jié)作用較強(qiáng)，可加速系統(tǒng)平衡，也就是It的數(shù)值為0。在優(yōu)化后的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，汽機(jī)側(cè)控制模式間根據(jù)狀態(tài)不同發(fā)生改變，即“加負(fù)荷”“穩(wěn)定”“減負(fù)荷”三種。與常規(guī)爐跟機(jī)相比，穩(wěn)態(tài)與原協(xié)調(diào)方式一致。在汽機(jī)加負(fù)荷狀態(tài)下，當(dāng)△P數(shù)值處于0到m之間時(shí)(m為常數(shù)，本文取0.4 MPa)，則N的數(shù)值與N0相同，其中N為電負(fù)荷，N0為負(fù)荷指令?？梢?，在加負(fù)荷狀態(tài)下，主汽壓力降低到特定數(shù)值時(shí)，電負(fù)荷與負(fù)荷指令具有正比關(guān)系，與電網(wǎng)加負(fù)荷速率要求相符；當(dāng)△P的數(shù)值小于0時(shí)，則N>N0，說明如若主汽壓力數(shù)值固定或者偏高，電負(fù)荷便會(huì)超過負(fù)荷指令，使負(fù)荷速率加快；當(dāng)△P超過m時(shí)，則N

3.3 效果分析

針對(duì)原本方案中的不合理之處，在升降負(fù)荷過程中，通過負(fù)荷指令前饋?zhàn)饔门c汽機(jī)主控指令相加的方式，使負(fù)荷得以改變；再利用PID對(duì)負(fù)荷進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié)，這樣不但可提高負(fù)荷響應(yīng)速度，還可節(jié)約更多超調(diào)時(shí)間。將熱量信號(hào)重新校正后，使各項(xiàng)參數(shù)得到優(yōu)化，熱量信號(hào)也變得更為精準(zhǔn)可靠。在優(yōu)化完畢后，網(wǎng)調(diào)對(duì)該廠的一次調(diào)頻進(jìn)行驗(yàn)收。在一次調(diào)頻驗(yàn)收中，將調(diào)頻指令的最大值設(shè)置為±24NIW，對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速度、燃燒量、主汽壓力等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)。優(yōu)化結(jié)果為：在一次調(diào)頻瞬間升降24NIW負(fù)荷中，主蒸汽壓力波動(dòng)的最大值為±25 MPa，燃料量變化值為±26，實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)速度加快，各項(xiàng)指標(biāo)均與網(wǎng)調(diào)相關(guān)規(guī)定相符；在AGC驗(yàn)收中，投入AGC，分別開展升降40NI認(rèn)負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，該試驗(yàn)速率為6NIW，對(duì)實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)速度、主汽壓力、燃燒量等指標(biāo)變化進(jìn)行觀察。優(yōu)化結(jié)果為：與以往相比，各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)過優(yōu)化后更加符合現(xiàn)實(shí)要求，有助于電力品質(zhì)提升，促進(jìn)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上所述，火力發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)具有發(fā)電率高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，為了滿足當(dāng)前供電新要求，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)顯得十分重要。在實(shí)際應(yīng)用中，要求采用反偏差函數(shù)法對(duì)負(fù)荷壓力耦合問題進(jìn)行解決，減少不良因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾，最大限度的降低反應(yīng)延遲，使反饋速度得以提升，數(shù)值更加精準(zhǔn)可靠。將優(yōu)化后的系統(tǒng)投入到工作中，可使供電品質(zhì)更加良好，用戶的供電需求得到充分滿足。