間接能量平衡協(xié)調(diào)方式在昌吉熱電廠的應(yīng)用及分析

李垚

摘 要：結(jié)合新疆超臨界燃煤機(jī)組昌吉熱電廠已經(jīng)投運(yùn)的#1機(jī)組，分析機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，介紹相關(guān)的控制策略和邏輯關(guān)系，并針對(duì)當(dāng)前要求精確前饋的思想介紹協(xié)調(diào)回路下的一次調(diào)頻功能、汽機(jī)側(cè)的壓力偏差回拉功率回路，以及間接能量平衡加燃料前饋的控制策略。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表，所設(shè)計(jì)的控制邏輯工作是有效的，協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制效果比較理想。

關(guān)鍵詞：間接能量平衡；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；超臨界；火力發(fā)電廠

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.178

1 引言

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，英文簡(jiǎn)稱CCS，將其應(yīng)用到火電單元機(jī)組運(yùn)行過程當(dāng)中，可以有效的抵制外界因素對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，它可以不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保障運(yùn)行參數(shù)的正確，變化在合理范圍以內(nèi)，因此該系統(tǒng)可以保障機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全、高效的運(yùn)行。總的來說，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要的復(fù)雜點(diǎn)為：多目標(biāo)相關(guān)聯(lián)、非線性、多變量的強(qiáng)耦合、鍋爐側(cè)有嚴(yán)重延遲情況等。鍋爐從變化燃料量、輸送風(fēng)量以及供給水量一直到主蒸汽壓力和主蒸汽流量所存在的慣性較大，但是汽輪機(jī)從改變汽閥的開度一直到汽輪發(fā)電機(jī)實(shí)際所發(fā)功率的改變所存在慣性較小，所以面對(duì)這種情況就需要我們依據(jù)汽輪機(jī)、鍋爐動(dòng)態(tài)上面的差異特性構(gòu)建這樣一個(gè)控制系統(tǒng)，即使得汽輪機(jī)和鍋爐在控制系統(tǒng)上關(guān)聯(lián)為一個(gè)體系，盡可能大的發(fā)揮機(jī)組的蓄熱功力。實(shí)際中，電網(wǎng)的容量要求不斷提升，電能質(zhì)量要求逐漸提高以及電力工業(yè)自動(dòng)化水平也在提升，自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）在電力系統(tǒng)中應(yīng)用逐漸趨勢(shì)化，加大單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制的投入是良好解決AGC相關(guān)問題的基礎(chǔ)，這就意味著對(duì)CFB鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究已成大勢(shì)所趨。

天池能源昌吉2×35萬千瓦熱電廠工程1號(hào)機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠超臨界直流煤粉鍋爐、Ⅱ型布置、單爐膛平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司制造的超臨界、單軸、一次中間再熱、兩缸兩排汽、一級(jí)調(diào)整抽汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為超臨界直接空冷發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)選用水-氫-氫冷卻方式。天池能源昌吉2×35萬千瓦熱電廠工程1號(hào)機(jī)組DCS分散控制系統(tǒng)采用的是上海新華控制技術(shù)（集團(tuán)）有限公司XDC800控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）等。汽機(jī)數(shù)字電液控制（DEH）也采用上海新華控制系統(tǒng)。

2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行方式概述

依據(jù)負(fù)荷運(yùn)算判定協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的方式有以下幾種。

2.1 手動(dòng)控制方式

手動(dòng)進(jìn)行對(duì)鍋爐主控以及汽機(jī)主控的控制調(diào)節(jié)，由DEH（數(shù)字電液調(diào)節(jié)）進(jìn)行控制控制。工作人員設(shè)定汽機(jī)和鍋爐的負(fù)荷值，切除主汽壓力控制回路以及功率控制回路。機(jī)組的啟動(dòng)或者停止可以利用該方式。

2.2 鍋爐跟隨控制方式

如果鍋爐可以正常運(yùn)行，但是汽機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，機(jī)組功率會(huì)受到影響，這時(shí)我們可以利用選擇畫面，或者選擇鍋爐跟隨控制模式。這時(shí)，汽機(jī)會(huì)調(diào)節(jié)負(fù)荷，鍋爐也會(huì)進(jìn)行壓力調(diào)整。

（1）手動(dòng)汽機(jī)主控時(shí)，機(jī)側(cè)的功率調(diào)節(jié)器以及壓力調(diào)節(jié)器是跟蹤模式，爐側(cè)的壓力調(diào)節(jié)器是自動(dòng)模式。實(shí)發(fā)功率由負(fù)荷指令進(jìn)行跟蹤，DEH負(fù)責(zé)控制機(jī)組負(fù)荷。

（2）自動(dòng)汽機(jī)主控時(shí)，爐側(cè)壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)機(jī)前壓力，DEH控制汽機(jī)調(diào)功回路，汽機(jī)所能承受的最大荷便是機(jī)組負(fù)荷的極值。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能組成

3.1 負(fù)荷指令形成回路

我們通常人為設(shè)定機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷數(shù)值，或由電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)（ADS）發(fā)送指令進(jìn)行控制，同時(shí)根據(jù)頻率差異進(jìn)行更正，這些和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)（如實(shí)發(fā)功率、機(jī)前壓力、給水量、燃料量、爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓等）的變化調(diào)節(jié)情況、機(jī)組負(fù)荷變化幅度及變化率存在一定的影響關(guān)系。如果實(shí)際過程中，有些參數(shù)存在較大偏差，我們就需用閉鎖增加或減小、迫升或降等手段，變化負(fù)荷數(shù)值，這樣可以阻止機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)繼續(xù)惡化。我們?cè)谔幚碡?fù)荷指令時(shí)，如果有若干影響情況同時(shí)發(fā)生，我們要判斷事件的輕重情況，進(jìn)行有序的對(duì)負(fù)荷指令的變化速率限制和幅值限制做出及時(shí)修正，保障機(jī)組負(fù)荷正確變化。ADS的輸入指令需要進(jìn)行速率限制以及負(fù)荷限幅，然后才可以輸入給機(jī)組主控M/A，負(fù)荷控制指令的形成所示。這里面，被速率限制的頻率校正信號(hào)是作為機(jī)組負(fù)荷設(shè)置好的數(shù)值傳輸給PID調(diào)節(jié)器的SP一端。使用該方法的優(yōu)勢(shì)在于：轉(zhuǎn)速以及頻率變化的差異和機(jī)組功率指令的變化情況具有相關(guān)線性關(guān)系。機(jī)組在任何的運(yùn)行情況下，定的轉(zhuǎn)速（或頻率）變化差異是具有相同速率、幅度的負(fù)荷變化，這有助于我們進(jìn)行二次調(diào)頻功能的計(jì)算。與此同時(shí)，這樣還可以在機(jī)組處于變負(fù)荷階段時(shí)，相同方向的（加負(fù)荷過程中頻率偏低或者減負(fù)荷過程中頻率偏高）一次調(diào)頻行為會(huì)被停止。但是我們應(yīng)該注意，只有保證是在校正信號(hào)能夠滿足一次調(diào)頻功能需要在CCS系統(tǒng)的PID回路運(yùn)行投入的情形下，才會(huì)有反映。同時(shí)，因?yàn)榻?jīng)過調(diào)節(jié)器，一次調(diào)頻功能的反饋時(shí)間會(huì)被功率調(diào)節(jié)器的參數(shù)所影響限制。

4 結(jié)論

（1）可以在功率指令（經(jīng)過限制速率）上直接加頻差校正信號(hào)，可以穩(wěn)定機(jī)組，同時(shí)可以在負(fù)荷變化的情況下的一次變頻功能發(fā)揮作用。

（2）設(shè)計(jì)壓力偏錯(cuò)回拉功率回路可以避免機(jī)前壓力波動(dòng)過大情況發(fā)生，有效降低鍋爐需熱量的利用。

（3）在物理角度上面研究，直接能量平衡控制方式可以尋找出機(jī)爐能量的平衡點(diǎn)，在保障充分實(shí)驗(yàn)、計(jì)算參數(shù)正確以及正確整定的前提下，是一種可取的方式。值得注意的是，該方式要在汽機(jī)能量需求變化以后，方能有所反應(yīng)變化，因此難以避免會(huì)存在相對(duì)滯后的問題發(fā)生，這時(shí)我們可以選用間接能量平衡加前饋的方式，可以將滯后問題有效的控制。

（4）鍋爐存在的延遲以及慣性問題，我們利用負(fù)荷訂制前饋或者負(fù)荷預(yù)加煤前饋的方式可以有效避免。在實(shí)際運(yùn)用該系統(tǒng)時(shí)，有良好的表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]衛(wèi)丹靖，田亮，邊防，張全.“機(jī)跟爐”協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)整定規(guī)律研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（06）：91-96.

[2]王立.間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)前饋控制策略的優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2013（04）：53-56.endprint