640MW燃煤發電機組熱電聯產模式下的協調系統優化

摘 要：本文通過對河北西柏坡電廠#5機組純凝和熱電聯產兩種不同模式下AGC性能指標進行對比，探索了機組協調控制系統優化方案。通過對機組滑壓曲線和鍋爐主控靜態前饋等協調控制邏輯進行優化，對控制參數進行長時間跟蹤調整，使機組在熱電聯產模式下AGC的性能指標得到很大的改善，保證了公司的經濟效益，進一步提升公司的市場競爭力。

關鍵詞：AGC；滑壓曲線；調節級壓力；熱電聯產

中圖分類號：TM611.3 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）07-0033-03

Abstract：Through the comparison of the AGC performance indexes under two different modes of the #5 unit’s pure condensing and cogeneration of the Hebei Xibaipo Power Plant，the optimization scheme of the unit coordinated control system is explored in this paper. Through the optimization of the coordinated control logic of the unit sliding pressure curve and the boiler main control static feed forward，the control parameters are adjusted for a long time，so that the AGC performance index of the unit is greatly improved in the cogeneration mode，and the economic benefit of the company is guaranteed and the market competitiveness of the company is further promoted.

Keywords：AGC；sliding pressure curve；regulation stage pressure；cogeneration

0 引 言

傳統燃煤火電機組進行熱電聯產技術改造后，由于機組結構發生變化，供熱期間協調控制系統調節性能變差，并網機組不能快速準確響應電網調度的負荷指令，導致AGC指標未達標。對燃煤火電機組熱電聯產技改后的協調系統進行優化是很多火電廠遇到的共同難題。針對這一問題，本文對河北西柏坡電廠640MW#5機組協調系統進行優化，探索提升AGC性能指標的方法。

1 機組現狀及存在問題

西柏坡電廠#5機組2006年投產，采用北京巴布科克·威爾科克斯（BWB）有限公司設計制造的BWB—1950/25.41—M型鍋爐，哈爾濱汽輪機有限責任公司生產的國內CLN600-24.2/538/566型超臨界、一次中間再熱、三缸、四排氣、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪發電機組。2017年上汽進行了汽輪機通流部分改造，改造后目標銘牌出力640MW，DCS控制系統采用艾默生公司的Ovation系統，機組供熱系統利用汽輪機中壓缸抽汽的方式，通過聯通管供熱閥門來調整供熱蒸汽量。

西柏坡電廠#5機組協調控制系統正常運行投入滑壓模式，主汽壓設定值根據負荷指令經過F（x）函數折算后生成，函數關系參見汽機廠提供的熱力系統平衡圖，同時機組負荷指令參與鍋爐主控調節動態前饋計算，使鍋爐側能快速響應負荷的變化。#5機組2017年冬季首次供暖，當機組由純凝模式進入熱電聯產模式，協調控制系統能否滿足AGC調控要求對機組是一個很大的考驗。

1.1 機組純凝模式與熱電聯產模式的協調控制曲線

對西柏坡電廠#5機組純凝模式與熱電聯產模式的協調系統調節性能做一個測試：在負荷指令大幅增長時，對負荷指令、實際負荷、主機壓設定值、主汽壓力、DEH閥門開度等參數進行曲線分析，檢驗當前機組的協調控制性能，測試曲線如圖1和圖2所示。

紅色表示負荷指令，淺藍色表示實際功率，負荷指令從320MW到580MW快速增加，圖1實際功率跟蹤負荷指令曲線基本重合，協調控制系統調節較好，但圖2實際功率無法及時響應負荷指令（最大12MW偏差），協調控制系統調節較差。

1.2 機組純凝模式與熱電聯產模式的AGC性能指標

一個機組的協調控制好不好，一個重要的指標就是AGC性能指標，AGC系統能真實地表征發電廠對電力調度指令的調節速率K1、調節精度K2、響應時間K3，最終用調節性能綜合指標KP來表示AGC性能指標，KP越大表示AGC性能指標越好。所以我們對西柏坡電廠#5機組在供暖前2017年11月連續11天的AGC指標參數進行了統計，如表1所示。

與此同時，對機組在熱電聯產模式下的AGC性能指標

參數進行統計，選取機組2018年1月份供熱量較大連續9天的數據，如表2所示。

如上所示，表1中#5機組純凝模式下調節性能綜合指標KP=2.3，而表2中#5機組熱電聯產模式下KP=1.839，說明#5機組由純凝模式進入熱電聯產模式后，AGC性能指標變差，機組協調控制調節性能大幅下降。

1.3 原因分析

#5機組協調控制系統在純凝與熱電聯產兩種模式下性能差異較大。#5機組協調控制系統使用負荷滑壓方式，負荷滑壓能夠定量指出機組功率和主汽壓力之間的對應關系，在機組純凝工況時起到很好的作用，但是由于機組負荷與主汽壓力的對應關系實質上是主汽流量和汽輪機工作點的對應關系，在沒有供熱抽氣的工況下，這種對應關系是成立的，當機組處于熱電聯產工況時，機組的負荷滑壓對應關系就忽略了機組供熱抽汽這一部分的影響，即有一部分蒸汽沒有做功，但是它們也要流經汽輪機高壓調整門，造成了在高負荷或者快速升負荷時主汽壓力定值過低，導致汽輪機調門全開。

2 機組熱電聯產模式下的協調系統優化

與河北省電科院研究討論后，我們對西柏坡電廠#5機組熱電聯產模式下的協調系統進行了優化，使機組能更好地滿足AGC的調控要求，經過反復試驗和論證后，最終從兩個方面對協調控制系統進行了優化。

2.1 滑壓曲線

原協調系統滑壓曲線在機組指令折算后生成，即負荷滑壓曲線，鍋爐熱量與汽輪機所需能量在純凝模式下能很好地匹配，那么現在就存在一個問題，由負荷指令折算生成的主汽壓設定值經爐主控制調節，最終形成鍋爐指令，在供熱期間，部分鍋爐熱量用于機組供熱，也就是熱負荷，剩余的鍋爐熱量轉換為汽機能量后，不足以驅動DEH系統滿足當前負荷指令，從而造成發電機功率達不到負荷指令要求，影響機組AGC性能指標。機組在熱電聯產模式下的機組負荷=電負荷+熱負荷，用汽輪機調節級壓力作為汽輪機所需能量表征信號，即采用調壓滑壓曲線，它更全面地將機組供熱、機組發電所需的能量包含在內，要求鍋爐側提供充足的熱量，優化后的邏輯示意圖如圖3所示。

調壓滑壓模式實質上是主汽流量與主汽壓力相對應的關系，這種對應關系充分考慮了進入汽輪機高壓調整門的蒸汽總量，進而得出汽輪機的初壓，能夠保證機組工作在最佳的工作點上，并且能充分考慮機組供熱時中壓缸抽汽造成的主汽流量消耗。

當機組非供熱期間，機組處于純凝模式，機組負荷指令經過滑壓曲線1生成主汽壓設定值；當機組供熱投入后，主汽壓設定值由調節級壓力經過滑壓曲線2生成，滑壓曲線2由汽輪機廠家根據機組性能提供。

2.2 鍋爐主控靜態前饋

原鍋爐主控靜態前饋由機組負荷指令折算生成，同理機組供熱后，汽輪機調節級壓力較負荷指令能夠更加準確、更全面地表征鍋爐主控前饋量，優化后的邏輯示意圖如圖4所示。

2.3 協調系統優化后AGC性能指標

#5機組協調系統優化后，對優化后連續10天的AGC數據進行記錄，如表3所示。表3中KP平均值是2.457，明顯高于優化前表2的KP平均值1.839，說明#5機組協調控制系統經調節級滑壓模式、鍋爐主控前饋優化后，AGC性能指標得到提升，且優化后的KP值高于機組純凝模式KP值。

3 結 論

燃煤發電機組進行熱電聯產改造后，在機組供熱期間，協調控制系統調節性能變差，協調系統需進行優化。調節級滑壓模式較負荷指令滑壓模式能充分考慮機組熱負荷對機組工況的影響，更準確地表征主汽流量與主汽壓力的對應關系，調壓滑壓模式能有效提升機組協調控制能力，改善機組AGC性能指標，進一步提升發電廠的市場競爭力。

參考文獻：

[1] 孫奎明，時海剛.600MW級熱工自動化 [M].第二版.北京：中國電力出版社，2009.

[2] 望亭發電廠.660MW超臨界火力發電機組培訓教材 熱控分冊 [M].北京：中國電力出版社，2011.

作者簡介：董偉（1985.09-），男，漢族，河北靈壽人，工程師，本科。從事熱控檢修工作。