變PID參數(shù)法在電廠自動(dòng)發(fā)電控制中的應(yīng)用

楊大錨

(華能國(guó)際電力開發(fā)公司銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

變PID參數(shù)法在電廠自動(dòng)發(fā)電控制中的應(yīng)用

楊大錨

(華能國(guó)際電力開發(fā)公司銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

華能國(guó)際電力開發(fā)公司銅川照金電廠2×600 MW機(jī)組在自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)方式下升降負(fù)荷時(shí)，存在主蒸汽壓力波動(dòng)大的問題。針對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制品質(zhì)差的問題，在汽機(jī)主控邏輯中設(shè)計(jì)了一套變比例、積分、微分(PID)參數(shù)的功能塊，并合理設(shè)置該功能塊中的比例增益和積分時(shí)間，保證在AGC方式下機(jī)組能以較快的速度升降負(fù)荷，且能將主蒸汽壓力偏差控制在允許范圍內(nèi)。

變負(fù)荷；汽機(jī)主控；變參數(shù)；主蒸汽壓力

0 引言

華能國(guó)際電力開發(fā)公司銅川照金電廠裝機(jī)容量為2臺(tái)600 MW亞臨界機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的汽包爐，采用四角切圓燃燒，磨煤機(jī)為直吹式，鍋爐慣性較大，汽包蓄熱較少。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司產(chǎn)品，單閥控制，滑壓運(yùn)行方式。自2014年陜西電網(wǎng)要求該廠投入自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)后，由于負(fù)荷指令變動(dòng)較為頻繁，且電網(wǎng)要求的變負(fù)荷速度較快，該電廠2臺(tái)機(jī)組均存在升降負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力波動(dòng)較大的問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)存在的問題

該電廠2臺(tái)機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)存在的情況相同，本文以#1機(jī)組為例進(jìn)行說明。機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)，由于運(yùn)行工況不盡相同，主要參數(shù)的變化也不同。如早晚高峰期機(jī)組在AGC方式下以較高速率大范圍升負(fù)荷時(shí)，在升負(fù)荷的初始階段，如果主蒸汽壓力高于或等于設(shè)定值，負(fù)荷指令增加后使得汽機(jī)主控按照一定的比例-積分-微分(PID)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的方向是汽機(jī)調(diào)節(jié)閥逐漸開大，實(shí)際負(fù)荷會(huì)較快跟隨AGC負(fù)荷指令，主蒸汽壓力與設(shè)定壓力在整個(gè)過程中偏差不大；如果主蒸汽壓力低于設(shè)定值較多或仍然有下降趨勢(shì)，負(fù)荷指令增加后汽機(jī)主控仍舊按照一定的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度即汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開啟的速度與主蒸汽壓力高于或等于壓力設(shè)定值時(shí)相同，實(shí)際負(fù)荷跟隨AGC負(fù)荷指令的速度會(huì)較慢，且隨著閥門的開大，主蒸汽壓力的實(shí)際值會(huì)有下降的趨勢(shì)，由于機(jī)組是滑壓運(yùn)行，主蒸汽壓力的設(shè)定值隨著負(fù)荷指令的升高逐漸升高，導(dǎo)致主蒸汽壓力的設(shè)定值與實(shí)際值的偏差增大，使得實(shí)際負(fù)荷跟隨AGC負(fù)荷指令的速度變得更慢。由于該電廠鍋爐的滯后很大，因主蒸汽壓力減小而增加的煤量不能立即使主蒸汽壓力提高，因此，由于主蒸汽壓力的偏差增大，鍋爐的總煤量增加了很多，當(dāng)增加的煤量充分燃燒后主蒸汽壓力會(huì)迅速升高，導(dǎo)致升負(fù)荷后期主蒸汽壓力高于設(shè)定壓力較多[1]；同時(shí)，實(shí)際負(fù)荷高于AGC負(fù)荷指令較多，接下來汽機(jī)調(diào)節(jié)閥快速關(guān)小，主蒸汽壓力會(huì)有繼續(xù)憋高的趨勢(shì)，這種情況在高負(fù)荷時(shí)非常危險(xiǎn)，如果不及時(shí)解除協(xié)調(diào)控制，機(jī)組主蒸汽壓力很可能會(huì)超壓，存在很大的安全隱患，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。同理，在機(jī)組以較高速率大范圍降負(fù)荷時(shí)，如果主蒸汽壓力高于設(shè)定值較多或有繼續(xù)升高的趨勢(shì)，汽機(jī)調(diào)節(jié)閥的快速關(guān)小會(huì)導(dǎo)致主蒸汽壓力憋高，實(shí)際負(fù)荷跟隨AGC負(fù)荷指令的速度會(huì)較慢；由于機(jī)組是滑壓運(yùn)行，主蒸汽壓力的設(shè)定值隨著負(fù)荷指令的下降逐漸下降，會(huì)導(dǎo)致主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí)際值的偏差增大，總煤量會(huì)減少很多，在降負(fù)荷后期主蒸汽壓力低于設(shè)定值很多，負(fù)荷實(shí)際值低于負(fù)荷設(shè)定值較多；接下來汽機(jī)調(diào)節(jié)閥快速開大，主蒸汽壓力會(huì)有繼續(xù)下降的趨勢(shì)，整個(gè)過程壓力和負(fù)荷都控制得不好，還會(huì)導(dǎo)致汽溫等參數(shù)大大偏離正常值。

2 控制策略

針對(duì)這種情況，通過分析每次升降負(fù)荷時(shí)的協(xié)調(diào)控制曲線，該電廠熱控專業(yè)設(shè)計(jì)了一套汽機(jī)主控變PID控制策略，即變比例增益P和積分時(shí)間T。該策略的核心思想為：在AGC方式下升降負(fù)荷時(shí)，根據(jù)主蒸汽壓力與設(shè)定壓力的偏差修正汽機(jī)主控的P和T，從而改變汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度的變化速度，當(dāng)升負(fù)荷主蒸汽壓力高于設(shè)定值時(shí)，要求汽機(jī)調(diào)節(jié)閥以較高的速度開啟，當(dāng)升負(fù)荷主蒸汽壓力低于設(shè)定值時(shí)，要求汽機(jī)調(diào)節(jié)閥以較低的速度開啟；當(dāng)降負(fù)荷主蒸汽壓力高于設(shè)定值時(shí)，要求汽機(jī)調(diào)節(jié)閥以較慢的速度關(guān)小，當(dāng)降負(fù)荷主蒸汽壓力低于設(shè)定值時(shí)，要求汽機(jī)調(diào)節(jié)閥以較快的速度關(guān)小。汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開啟和關(guān)小的具體速度靠汽機(jī)主控的P和T來實(shí)現(xiàn)，其均設(shè)計(jì)為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)2部分，穩(wěn)態(tài)是指負(fù)荷穩(wěn)定的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)是指升降負(fù)荷時(shí)的狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)的P相加得到汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P，穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)的T相加得到汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的T[2-3]。動(dòng)態(tài)的P和T在汽機(jī)主控邏輯中通過函數(shù)模塊來實(shí)現(xiàn)，函數(shù)模塊的輸入為主蒸汽壓力實(shí)際值與設(shè)定值的偏差，輸出為汽機(jī)主控的動(dòng)態(tài)P和T。

3 汽機(jī)主控中P和T的函數(shù)

在分散控制系統(tǒng)(DCS)邏輯中，汽機(jī)主控的穩(wěn)態(tài)和升降負(fù)荷時(shí)的P，T通過采用幾套不同的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)變化的功能，函數(shù)中的數(shù)值可以通過表格的形式體現(xiàn)。表1為穩(wěn)態(tài)時(shí)不同負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P和T，從表1可以看出，隨著負(fù)荷指令的升高，P逐漸減小，T逐漸加大，即比例作用和積分作用均減小，這種改變是從高負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定主蒸汽壓力的角度考慮的。

表1 穩(wěn)態(tài)時(shí)不同負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器P和T

表2為升負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí)際值之差對(duì)應(yīng)的汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P和T，從表2可以看出：升負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力越高，P越大，T越小，即比例和積分的作用越強(qiáng)；升負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力越低，P越小，T越大，即比例和積分作用越弱。表中數(shù)值為熱控人員通過分析協(xié)調(diào)控制曲線，經(jīng)多次修改參數(shù)后得出，下同。

表2 升負(fù)荷時(shí)參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

表3為降負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí)際值之差對(duì)應(yīng)的汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器P和T，從表3可以看出：降負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力越高，P越小，T越大，即比例和積分的作用越弱；降負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力越低，P越大，T越小，即比例和積分作用越強(qiáng)。

表3 降負(fù)荷時(shí)參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

4 升負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)P和T的邏輯實(shí)現(xiàn)

圖1為升負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)P和T邏輯圖，圖中：LDCSP為負(fù)荷指令；SELGENMW為實(shí)際負(fù)荷；MWSP為負(fù)荷指令計(jì)算值，即負(fù)荷指令經(jīng)過機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)側(cè)一次調(diào)頻疊加后作為汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器設(shè)定值的負(fù)荷指令；MAINPRESS為主蒸汽壓力；MAINPRESSSP為主蒸汽壓力設(shè)定值；SELRATE為升降負(fù)荷指令的開關(guān)量；TOTMP4為升負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)P，TOTMT4代表升負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)T。邏輯中的2個(gè)函數(shù)f(x)分別為主蒸汽壓力的偏差與動(dòng)態(tài)P和T的函數(shù)，函數(shù)中的設(shè)置見表2。邏輯中設(shè)計(jì)了2個(gè)高選模塊：(1)LDCSP-SELGENMW值的高選，高選值設(shè)定為6 MW，且高選后有延時(shí)關(guān)的模塊；

圖1 升負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)比例增益和積分時(shí)間邏輯

(2)MWSP-SELGENMW值的高選，高選值設(shè)定為4 MW。當(dāng)2個(gè)高選值均滿足且SELRATE=1的情況下邏輯中的與門出口為1，通過2個(gè)切換器取2個(gè)函數(shù)f(x)輸出，將計(jì)算出的TOTMP4和TOTMT4疊加到汽機(jī)主控的穩(wěn)態(tài)P和T上(見表1)；實(shí)際負(fù)荷接近負(fù)荷指令后，邏輯中與門出口為0，2個(gè)切換器切至0，TOTMP4和TOTMT4將按照切換器設(shè)定好的速率由當(dāng)前值變?yōu)?，動(dòng)態(tài)比例和積分作用消失。例如：當(dāng)實(shí)際負(fù)荷SELGENMW在380 MW時(shí)升負(fù)荷，負(fù)荷指令LDCSP為400 MW，主蒸汽壓力的設(shè)定值為13.2 MPa，主蒸汽壓力實(shí)際值為13.7 MPa，主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí)際值之差為-0.5 MPa，根據(jù)表1和表2，穩(wěn)態(tài)P為0.80，穩(wěn)態(tài)T為115，動(dòng)態(tài)P為0.40，動(dòng)態(tài)T為-30，通過計(jì)算得出在升負(fù)荷初期作用到汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P為1.20，T為85，使得汽機(jī)調(diào)節(jié)閥以較快的速度開啟，實(shí)際負(fù)荷能夠較快響應(yīng)負(fù)荷指令。當(dāng)升負(fù)荷過程中主蒸汽壓力偏差減小至-0.1 MPa時(shí)，動(dòng)態(tài)P為0.25，動(dòng)態(tài)T為-10，調(diào)節(jié)閥的開啟速度較之前會(huì)有所減小，主蒸汽壓力下降的速度也會(huì)減慢，起到穩(wěn)定壓力的作用。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷接近負(fù)荷指令時(shí)，動(dòng)態(tài)P和T均為0，汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P為0.80，T為115，回歸到穩(wěn)態(tài)值。

5 降負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)P和T的邏輯實(shí)現(xiàn)

圖2為降負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)P和T的邏輯圖，圖中： TOTMP5為降負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)P；TOTMT5為降負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)T。邏輯中的2個(gè)函數(shù)f(x)分別為主蒸汽壓力的偏差與動(dòng)態(tài)P和T的函數(shù)，函數(shù)中的設(shè)置見表2。 邏輯中設(shè)計(jì)了2個(gè)低選模塊：(1)LDCSP-SELGENMW值的低選，低選值設(shè)定為-6 MW，且低選后有延時(shí)關(guān)的模塊；(2)MWSP-SELGENMW值的低選，低選值設(shè)定為-4 MW。當(dāng)2個(gè)低選值均滿足且SELRATE=1的情況下邏輯中的與門出口為1，通過2個(gè)切換器取2個(gè)函數(shù)f(x)輸出，將計(jì)算出的TOTMP5和TOTMT5疊加到汽機(jī)主控的穩(wěn)態(tài)P和T上，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷接近負(fù)荷指令時(shí)，邏輯中與門出口為0，2個(gè)切換器切至0，TOTMP5和TOTMT5將按照切換器設(shè)定好的速率由當(dāng)前值變?yōu)?，動(dòng)態(tài)比例和積分作用消失。例如：當(dāng)實(shí)際負(fù)荷SELGENMW在580 MW時(shí)降負(fù)荷，負(fù)荷指令LDCSP為560 MW，主蒸汽壓力的設(shè)定值為15.5 MPa，主蒸汽壓力實(shí)際值為16.5 MPa，主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí)際值之差為-1.0 MPa，根據(jù)表1和表3，穩(wěn)態(tài)P為0.65，穩(wěn)態(tài)T為130，動(dòng)態(tài)P為-0.40，動(dòng)態(tài)T為70，通過計(jì)算得出降負(fù)荷初期作用到汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P為0.25，T為200，使得汽機(jī)調(diào)節(jié)閥以較慢的速度關(guān)小，防止主蒸汽壓力由于調(diào)節(jié)閥的快速開啟而被憋高，從而避免機(jī)組超壓。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷接近負(fù)荷指令時(shí)，動(dòng)態(tài)P和T均為0，汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器的P和T回歸到穩(wěn)態(tài)值。

6 控制策略優(yōu)化后的升降負(fù)荷曲線

汽機(jī)主控控制策略優(yōu)化后，在AGC控制方式下，該電廠2臺(tái)機(jī)組均能夠以較高的速度升降負(fù)荷，且能將主蒸汽壓力偏差控制在允許范圍內(nèi)。圖3、圖4分別為升降負(fù)荷初期和后期的主要參數(shù)趨勢(shì)，圖中：MAINPRESS為主蒸汽壓力實(shí)際值；MAINPESSSP為主蒸汽壓力設(shè)定值；10DCSFMYDAI001為電網(wǎng)AGC負(fù)荷指令；MWSP為負(fù)荷指令計(jì)算值，即負(fù)荷指令經(jīng)過CCS側(cè)一次調(diào)頻疊加后作為汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器設(shè)定值的負(fù)荷指令；SELGENMW為實(shí)際負(fù)荷；BMOUT為鍋爐主控輸出；TMOUT為汽機(jī)主控輸出；TOTCOALFLOW為總煤量。

圖2 降負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)P和T邏輯

圖3 升降負(fù)荷初期(315 MW)主要參數(shù)趨勢(shì)

圖4 升降負(fù)荷后期(600 MW)主要參數(shù)趨勢(shì)

從圖3、圖4可以看出，08:11:00—20:10:00，電網(wǎng)AGC指令頻繁地升降負(fù)荷，#1機(jī)組實(shí)際負(fù)荷能夠較快地跟蹤負(fù)荷指令，主蒸汽壓力實(shí)際值與設(shè)定值偏差始終在允許范圍內(nèi)，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)最大偏差為0.58 MPa，負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)最大偏差為0.30 MPa。

7 結(jié)束語(yǔ)

華能國(guó)際電力開發(fā)公司銅川照金電廠熱控專業(yè)在汽機(jī)主控邏輯中設(shè)計(jì)了一套變PID參數(shù)的功能塊，對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制起了積極的作用。在機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)鍋爐側(cè)的預(yù)加減煤以及預(yù)加減一次風(fēng)壓對(duì)整個(gè)協(xié)調(diào)控制的作用是不能忽視的，正是這些作用與汽機(jī)主控調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的相互協(xié)調(diào)和配合，才能保證在AGC方式下既能滿足電網(wǎng)要求的負(fù)荷響應(yīng)速度，又能保持機(jī)組主蒸汽壓力等重要參數(shù)在可控范圍內(nèi)。

[1]田亮，曾德良，劉吉臻，等.簡(jiǎn)化的330MW機(jī)組非線性動(dòng)態(tài)模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24(8)：180-184.

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[3]房方，劉吉臻，譚文.火電單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的多變量IMC-PID設(shè)計(jì)[J].動(dòng)力工程，2004，24(3)：360-365.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-05-29；

2017-07-14

TM 621.6

A

1674-1951(2017)08-0006-04

楊大錨(1977—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，熱控專工，工學(xué)碩士，從事火電機(jī)組熱控及優(yōu)化方面的工作(E-mail:47773152@qq.com)。