火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)探討與分析

李陽(yáng)山

（遼寧大唐國(guó)際錦州熱電有限責(zé)任公司，遼寧 錦州121000）

0 引言

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是根據(jù)火電機(jī)組的負(fù)荷控制特點(diǎn)，為解決負(fù)荷控制中的內(nèi)外兩個(gè)能量供求平衡關(guān)系而提出來(lái)的一種控制系統(tǒng)[1]。它把鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)作為一個(gè)整體進(jìn)行綜合控制，使其同時(shí)按照電網(wǎng)負(fù)荷需求指令和內(nèi)部主要運(yùn)行參數(shù)的偏差要求協(xié)調(diào)運(yùn)行，即保證單元機(jī)組對(duì)外具有較快的功率響應(yīng)以及一定的調(diào)頻能力，維持主蒸汽壓力偏差在允許范圍內(nèi)。

主汽壓力、汽包水位、主汽溫度等參數(shù)在負(fù)荷時(shí)保持相對(duì)穩(wěn)定，來(lái)保證火電機(jī)組在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)有較高的安全性和穩(wěn)定性，從而保證機(jī)組有較高的發(fā)電效率[2]。而單元機(jī)組的控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多輸入多輸出系統(tǒng)，其相互依賴、相互制約，一個(gè)參數(shù)的變化會(huì)引起另外多個(gè)參數(shù)的變化，如機(jī)組負(fù)荷的變化就會(huì)引起主汽壓力、主汽溫度、汽包水位等一系列參數(shù)發(fā)生變化，甚至?xí)斐奢^大的波動(dòng)，如果不進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，將很難維持機(jī)組參數(shù)的穩(wěn)定，進(jìn)而影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 協(xié)調(diào)控制的基本原則

根據(jù)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的分析可知，從鍋爐燃燒率及給水流量改變到引起機(jī)組輸出電功率的變化，此過程有較大的慣性和遲延，如果僅依靠鍋爐側(cè)的控制，必然不能獲得迅速的負(fù)荷響應(yīng)。而汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥動(dòng)作可使機(jī)組釋放或儲(chǔ)存鍋爐的部分能量，輸出電功率會(huì)有較迅速地響應(yīng)。因此，為了提高機(jī)組的響應(yīng)性能，可在保證主蒸汽壓力在允許范圍內(nèi)變化的前提下，充分利用鍋爐的蓄熱能力。通過汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的適當(dāng)動(dòng)作，允許汽壓有一定波動(dòng)而釋放或吸收部分蓄能，加快機(jī)組初期負(fù)荷的響應(yīng)速度。與此同時(shí)，根據(jù)外部負(fù)荷請(qǐng)求指令加強(qiáng)對(duì)鍋爐側(cè)燃燒率及相應(yīng)的給水流量的控制，及時(shí)恢復(fù)蓄能，使鍋爐蒸發(fā)量保持與機(jī)組負(fù)荷一致。這即是負(fù)荷控制的基本原則，也是機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的基本原則。

2 負(fù)荷控制系統(tǒng)基本控制方式

2.1 鍋爐跟隨控制方式

鍋爐跟隨控制方式的工作原理是：由鍋爐調(diào)節(jié)器控制汽壓，由汽機(jī)調(diào)節(jié)器控制輸出功率。當(dāng)負(fù)荷指令變化時(shí)，汽機(jī)調(diào)節(jié)器調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，從而改變進(jìn)汽量，使機(jī)組電功率迅速滿足負(fù)荷要求。調(diào)節(jié)閥開度改變后鍋爐出口汽壓隨即變化，通過鍋爐調(diào)節(jié)器改變?nèi)剂狭靠刂迫紵省Ｍ瑫r(shí)，鍋爐其它控制系統(tǒng)相應(yīng)地改變給水量、冷風(fēng)和熱風(fēng)的送風(fēng)量。其特點(diǎn)是，在負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐蒸汽量之所以能迅速變化，主要是因?yàn)閺腻仩t蓄熱量的改變獲得了熱量，因而機(jī)組能比較快地適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求，但汽壓波動(dòng)較大。對(duì)于大容量單元機(jī)組來(lái)說，由于鍋爐蓄熱量相對(duì)減少，當(dāng)負(fù)荷變化較小時(shí)，在汽壓允許變化范圍之內(nèi)還能充分利用鍋爐蓄熱量；但在負(fù)荷變化較大時(shí)，汽壓波動(dòng)較大，會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。當(dāng)單元機(jī)組中的鍋爐運(yùn)行正常，而汽輪機(jī)出力受到限制時(shí)，可采用此種控制方式。

2.2 汽機(jī)跟隨控制方式

當(dāng)功率給定值改變時(shí)，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量。待機(jī)前壓力改變后，再通過汽機(jī)調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥開度，使機(jī)組輸出功率符合功率給定值。鍋爐主控制器接受機(jī)組負(fù)荷指令和實(shí)發(fā)功率反饋信號(hào)，當(dāng)負(fù)荷指令改變時(shí)，鍋爐主控制器根據(jù)負(fù)荷偏差改變鍋爐子控制系統(tǒng)指令，從而改變鍋爐的燃燒率及相應(yīng)的給水流量，以適應(yīng)負(fù)荷需求。汽輪機(jī)主控制器接受主蒸汽壓力的給定值和機(jī)前實(shí)際主蒸汽壓力反饋信號(hào)，當(dāng)鍋爐側(cè)調(diào)負(fù)荷或其它原因引起主蒸汽壓力變化時(shí)，汽輪機(jī)主控制器根據(jù)汽壓偏差，改變汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)的負(fù)荷指令，從而改變進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開度及進(jìn)汽流量，以維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定。由于鍋爐側(cè)主蒸汽壓力對(duì)燃燒率的響應(yīng)緩慢，在負(fù)荷指令改變時(shí)，通過改變?nèi)紵什⒉荒芰⒖剔D(zhuǎn)化為適應(yīng)負(fù)荷需求的蒸汽能量。為提高機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)能力，可將負(fù)荷偏差信號(hào)引入汽輪機(jī)側(cè)的控制之中，通過改變汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的開度，在鍋爐側(cè)響應(yīng)負(fù)荷的遲緩過程中，利用蓄能使機(jī)組迅速作出負(fù)荷響應(yīng)。該協(xié)調(diào)方式是以加大汽壓動(dòng)態(tài)偏差為代價(jià)來(lái)?yè)Q取負(fù)荷響應(yīng)速度提高的。此種協(xié)調(diào)控制方式直接由負(fù)荷指令控制燃燒率，通過加快鍋爐側(cè)的負(fù)荷響應(yīng)速度，使機(jī)爐之間的動(dòng)作達(dá)到協(xié)調(diào)。

2.3 綜合型協(xié)調(diào)控制方式

綜合協(xié)調(diào)控制方式采用“雙向”協(xié)調(diào)，即任一被控量均是通過兩個(gè)控制變量的協(xié)調(diào)操作加以控制的。當(dāng)負(fù)荷指令改變時(shí)，機(jī)、爐主控制器同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)側(cè)和鍋爐側(cè)發(fā)出負(fù)荷控制指令，改變?nèi)紵始跋鄳?yīng)的給水流量和汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開度，一方面利用蓄能暫時(shí)應(yīng)付負(fù)荷請(qǐng)求，快速響應(yīng)負(fù)荷，另一方面改變進(jìn)入鍋爐的能量，以保持機(jī)組輸入能量與輸出能量的平衡。當(dāng)主蒸汽壓力產(chǎn)生偏差時(shí)，機(jī)、爐主控制器對(duì)鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)同時(shí)進(jìn)行操作，加強(qiáng)鍋爐燃燒率的控制作用，補(bǔ)償蓄能的變化，同時(shí)適當(dāng)限制汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開度，控制主蒸汽流量，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。

以前饋—反饋復(fù)合控制為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)隨著火電機(jī)組容量的增大以及熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展已逐漸形成，汽壓偏差和功率偏差信號(hào)同時(shí)送到鍋爐調(diào)節(jié)器和汽機(jī)調(diào)節(jié)器，在穩(wěn)定工況下，實(shí)發(fā)功率與功率給定值相等，機(jī)前壓力與壓力給定值相等。當(dāng)要求增加負(fù)荷時(shí)，將出現(xiàn)正的功率偏差信號(hào)，通過汽機(jī)調(diào)節(jié)器開大調(diào)節(jié)閥，增加實(shí)發(fā)功率，同時(shí)，也作用到鍋爐調(diào)節(jié)器，使燃料量增加。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開大時(shí)，會(huì)引起機(jī)前壓力下降，盡管此時(shí)鍋爐己經(jīng)開始增加燃料量，但燃料與機(jī)前壓力通道有一定慣性，仍然會(huì)有正的壓力偏差信號(hào)。這個(gè)信號(hào)按正方向作用到鍋爐調(diào)節(jié)器，繼續(xù)增加燃料量，反方向作用到汽機(jī)調(diào)節(jié)器，使汽壓恢復(fù)到正常值。正的功率偏差信號(hào)和負(fù)的壓力偏差信號(hào)作用的結(jié)果，會(huì)使調(diào)節(jié)閥開大到一定程度后停止，這時(shí)汽機(jī)實(shí)發(fā)功率還沒達(dá)到功率給定值，因?yàn)檎墓β势钚盘?hào)與負(fù)的汽壓偏差信號(hào)同時(shí)通過鍋爐調(diào)節(jié)器使鍋爐增加燃料量，隨著機(jī)前壓力逐漸恢復(fù)，壓力偏差信號(hào)逐漸減小，汽機(jī)調(diào)節(jié)閥在正的功率偏差信號(hào)作用下繼續(xù)開大，提高實(shí)發(fā)功率，直到功率和汽壓等于給定值，機(jī)組達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

在機(jī)組適應(yīng)負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)過程中，協(xié)調(diào)控制方式允許汽壓有一定波動(dòng)，以便能充分利用鍋爐的蓄熱量(在一定限度內(nèi))，使機(jī)組能較快地適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求。由于鍋爐調(diào)節(jié)器接受功率偏差前饋信號(hào)，能夠迅速地改變?nèi)剂狭浚墒箼C(jī)組功率較快地達(dá)到功率給定值。因此，綜合型協(xié)調(diào)控制方式，能較好的保持機(jī)組內(nèi)、外兩個(gè)能量供求的平衡關(guān)系，既能使機(jī)組較快地適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求，又能確保汽壓的波動(dòng)在允許的范圍之內(nèi)，具有較好的負(fù)荷適應(yīng)性能以及良好的汽壓控制性能，是一種較為合理和完善的協(xié)調(diào)控制方式。

3 結(jié)論

本文分析了火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)“爐跟機(jī)”、“機(jī)跟爐”和“機(jī)爐協(xié)調(diào)”三種控制方式，無(wú)論是何種協(xié)調(diào)控制方式，都是從處理“快速負(fù)荷響應(yīng)和主要運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定”這一對(duì)源于機(jī)、爐動(dòng)態(tài)特性差異的矛盾出發(fā)而設(shè)計(jì)的。火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)延伸了人的信息獲取、處理和決策控制的功能，提高了生產(chǎn)水平、生產(chǎn)能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了火電機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，優(yōu)化電廠的協(xié)調(diào)控制策略使火電機(jī)組控制技術(shù)走向成熟是一重要課題。

［1］姚遠(yuǎn)，馮新江.淺談單元機(jī)組的負(fù)荷自動(dòng)控制[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，5：15-20.

［2］劉鐵祥.火電廠經(jīng)典協(xié)調(diào)控制方案的探討[J].國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2005.