河源電廠2×600MW機組供熱機組的控制策略優化

李恩鵬

1.機組及其供熱系統

河源電廠一期2X600MW機組供熱系統中，4段抽汽為供熱主熱源，再熱冷段作為備用熱源。從電廠一期2X600MW機組每臺機的再熱冷段蒸汽管道止回閥后增加供熱分支，在4段抽汽管道上增加供熱分支，接到每臺機組的壓力匹配器。每臺機的壓力匹配器還設置一個低溫再熱蒸汽的減壓閥旁路，作為壓力匹配器的備用供熱管路。每臺機組低溫再熱蒸汽管道（額定負荷4.61Mpa，340.2℃）、4段抽汽管道（額定負荷1.0Mpa，379.4℃）根據設計分界處的參數要求，經壓力匹配器或者減壓器后的蒸汽參數不小于：1.7Mpa，298℃；每臺機組最大供熱能力120t/h。廠區供熱蒸汽母管到電廠圍墻分界處的設計最大蒸汽流量200t/h。在每臺機組的壓力匹配器后設置減溫裝置，保證到分界點的溫度不超過285℃。

2 供熱超（超）臨界機組協調控制系統模型

供熱直流鍋爐的協調控制對象模型可簡化為一個四輸入四輸出系統，輸入為汽輪機調節閥開度μT（%）、燃料量M（t）、給水流量W（t），壓力匹配器調節閥開度U（%），輸出為機組電負荷NE（MW）、機前壓力PT（MPa）、分離器入口蒸汽溫度θ（℃）或焓值H（kJ/kg）、供熱負荷NH（MW），其相互間的耦合關系如圖2所示。燃料量增大，機組電負荷、壓力、溫度、供熱負荷均增大；汽輪機調節閥開度增大，機組電負荷、供熱負荷增大，壓力、溫度降低；給水流量增大，機組電負荷、壓力、供熱負荷增大，溫度降低；壓力匹配器調節閥開度增大，給水流量增大，機組電負荷、壓力降低，供熱負荷增大。圖2中實線為強相關關系，虛線為弱相關關系，在調節系統構建和參數配置時，為簡化控制模型將忽略弱相關關系，而利用各強相關關系的不同系數配比來實現不同的協調控制策略。

通過分析純凝機組在不同負荷下的熱力特性發現，汽輪機進汽流量與機組發電負荷存在近似線性關系，對于供熱機組，當安裝壓力匹配器后，進入汽輪機的蒸汽量與機組發電負荷同壓力匹配器閥開度的乘積成正比關系，則汽輪機供熱抽汽流量描述為：

QH= K5·u·NE（1）

式中：QH為供熱抽汽流量，t/h；K5為固定壓力匹配器調節閥開度下發電負荷折算抽汽流量的系數，t/（h·M W ·%）。調節系統的時域指令模型[1]可表述如下。

汽輪機指令為：

μT=f1（ND）+GPI（k1·ΔNE-k2·ΔPT）+ f5（x）· K5·u·NE （2）

燃料指令為：

M=f2（ND）+f3[GPID（k3·ΔNE+k4·ΔPT）]+ λGPI（Δθ）+ f6（x）· K5·u·NE（3）

給水指令為：

W=f4（ND）+f5[GPID（k3·ΔNE+k4·ΔPT）]+λ′GPI（ΔH）+ f7（x）· K5·u·NE（4）

式中：ND為負荷指令；GPI、GPID為調節器算法；k1-k4為負荷-汽輪機壓力分量的配比系數；f1（x）為汽輪機前饋函數；f2（x）、f4（x）、f5（x）、f6（x）、f7（x）為超前指令函數；f3（x）和f5（x）為煤水分配函數；λ為焓選擇系數；λ′為溫度選擇系數。對于以鍋爐跟隨為基礎的協調控制系統，量綱等效換算后k1>k2，k3k4；采用焓水控制策略的系統，λ=0，λ′=1；采用分離器入口蒸汽過熱度（即分離器入口蒸汽溫度減去該點的蒸汽壓力對應的飽和溫度）控制策略的系統，λ=1，λ′=0[2]。

3 控制策略優化

常規火電機組，采用爐-機-電三者平衡原理對整個熱力循環進行控制，即：通過電負荷表征汽輪機機械負荷，作為系統能量需求，鍋爐蒸發量作為系統能量供給。穩定工況下：鍋爐蒸發量=汽機機械功率=發電機負荷，三者平衡，系統穩定。當系統對外供熱時，汽機機械功率不等于發電機負荷，若仍采用原先平衡控制策略，會造成三者負荷不平衡，壓力失穩，系統狀態失衡。因此，需采取能量補償回路，計算出供熱負荷，將其融入三者能量關系內，從而確保系統平衡。

3.1供熱負荷計算回路

構造供熱負荷計算回路，作為供熱能量平衡的熱負荷基準。熱負荷計算回路：根據抽汽流量生成供熱負荷；同時，為避免供熱流量頻繁波動對鍋爐調節產生擾動，該計算回路增加階梯判斷、速率限制、慣性補償等環節。

3.2供熱負荷--協調控制回路

1）將計算供熱負荷增加至鍋爐水、煤、風等回路中，從而將供熱能量需求補償至鍋爐能量供給中，當供熱需求變化時，鍋爐能量（水、煤、風）隨時變化，達到供需平衡目的；

2）為了滿足供熱負荷需求，使鍋爐中間點溫度的控制偏差較小，將供熱負荷控制中的水煤比設置為7：1；

3）在原BTU 控制策略中的理論燃料量由機組實發功率轉換得到，在投入供熱系統后，在理論燃料量中必須增加供熱負荷消耗的燃料量，供熱負荷對應的燃料量為4t/h蒸汽流量近似對應1 MW 負荷，1MW 負荷對應的燃料量為0.4t/h；

4）由于供熱抽汽時機組的再熱蒸汽壓力以定壓的方式控制，而機前蒸汽壓力處于滑壓控制方式，汽輪機高壓缸的做功效率隨機組負荷的改變變化很大，因此抽汽供熱運行時機組滑壓曲線應隨供熱負荷變化進行修正。

4小結

結果表明：供熱優化機組協調控制系統滿足隨機組供熱負荷變化的要求；供熱狀態下，機組電負荷調節過程的鍋爐側主蒸汽壓力控制偏差、燃料變化量、水煤比控制、主蒸汽溫度等主要運行參數均能滿足機組運行的需求，因此，機組的主要控制系統均能夠滿足自動控制方式下機組電負荷及熱負荷控制的要求。

參考文獻：

[1] 張秋生，梁華，胡曉花，等.超超臨界機組的兩種典型協調控制方案[J].中國電力，2011，44（10）：74-79.

Zhang Qiusheng，Liang Hua，Hu Xiaohua，et al.Two typical coordinated control schemes for Ultra Supercritical Units [J].China Electric Power，2011，44（10）：74-79.

（作者單位：深能合和電力（河源）有限公司）