330MW火電機組的協(xié)調控制研究

文/屈原 李波 馬俊峰 李東

隨著自動化水平的快速發(fā)展，大容量的發(fā)電單元機組（200MW以上）逐漸普及并投入使用，現(xiàn)在使用較多的是330MW單元機組，該控制系統(tǒng)主要由汽輪機和鍋爐組成，是一個多變量的控制系統(tǒng)，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性，對汽輪機和鍋爐進行協(xié)同控制保證系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的前提下，最大限度滿足機組負荷響應速度，滿足電網(wǎng)調度中心負荷要求，減輕運行人員的勞動強度，可以為公司創(chuàng)造最大效益。協(xié)同控制是該領域亟待解決的問題，針對這一問題國內外學者也進行了大量的研究，并取得一定的成果，王文蘭、馬然等人設計了基于多變量解耦廣義預測控制策略的單元機組協(xié)同控制系統(tǒng)，控制效果很明顯優(yōu)于普通廣義預測[1]。凌呼君等人采用了廣義預測控制算法，使得控制系統(tǒng)計算量減小、魯棒性增強[2]。文獻[3]設計了新型的協(xié)同控制器，解決了系統(tǒng)的魯棒性問題。

本文針對鄂爾多斯市某熱電公司330MW單元機組的協(xié)調控制系統(tǒng)進行研究，給出幾種常用的控制方法，完成上述控制要求。

1 330MW單元機組的構成及數(shù)學模型

該熱電公司使用的是國產(chǎn)燃煤亞臨界空冷抽凝式供熱發(fā)電機組，主要包括由汽輪機和鍋爐，使用的鍋爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，型號為SG—1176/17.5—M726，使用的汽輪機是哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界蒸汽、一次中間再熱、直接空冷、雙缸雙排汽、單軸、單抽、供熱凝汽式汽輪機，型號為C287/N330—16.7/538/538，該330MW單元機組使用的是北京國電智深控制技術有限公司EDPF-NT 分散控制。該機組的數(shù)學模型和主要環(huán)節(jié)如圖1所示：

其中，μb是燃料量，D是蒸發(fā)量，Pd是汽包壓力，PT是機前壓力，P1是調節(jié)級壓力，NE是汽輪機負荷。

2 330MW單元機組的協(xié)調控制

在330MW單元機組的協(xié)調控制中，理論上最常用的是反饋和前饋控制方式，即實時的把輸出量反饋到輸入端，和輸入量進行比較計算，繼續(xù)控制輸出量，在該系統(tǒng)中對汽輪機負荷控制一般采用鍋爐跟隨負荷控制方式和汽輪機跟隨負荷控制兩種方式。實際工作中，一般是采用集中不同的協(xié)調控制方式對系統(tǒng)進行優(yōu)化，以完成控制要求和工作任務。

2.1 以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制

以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制如圖2所示，在這種協(xié)調控制中鍋爐控制機組負荷，汽輪機控制主汽壓力。當機組負荷指令N0增大或減小時，鍋爐主控制相應的增加或減少爐側的風量、燃料量，鍋爐的蓄熱量、蒸發(fā)量均增大或減少，主蒸汽壓力PT逐漸上升或下降，汽輪機主控制器輸出增大或減少，開大或開小汽輪機調節(jié)閥，從而增大或減小機組的主蒸汽流量，使得機組實際負荷NE與N0相同，主汽壓力PT也逐漸下降或上升與設定值P0相同。該種協(xié)調控制對機組安全性和穩(wěn)定性較好，響應負荷指令實時性一般，因此該控制方式一般用在機組負荷較穩(wěn)定的情況下使用。

2.2 以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制

以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制如圖3所示，在這種協(xié)調控制中汽輪機控制機組負荷功，鍋爐控制主汽壓力。當機組負荷指令N0增大時或減小時，增大或減小汽輪機調節(jié)閥開度，可以增大或減小進入汽輪機的主蒸汽流量，使得機組實際負荷NE與負荷指令N0相同。主蒸汽流量的變化引起主蒸汽壓力PT變化，這時，因主蒸汽壓力產(chǎn)生偏差，增加或減少鍋爐的燃料量、風量等，使得主汽壓力PT與設定值P0相同。該控制方式快速性較好，穩(wěn)定性一般。

2.3 綜合型協(xié)調控制

綜合型協(xié)調控制就是使汽輪機和鍋爐同時受功率偏差或氣壓偏差信號的協(xié)調控制。如圖4所示，該控制方法具有以上兩種控制方式的優(yōu)點。

3 結論

本文通過對330MW單元機組常用的三種協(xié)調控制的比較分析，可知以汽機跟隨為基礎的協(xié)調控制快速性較差、穩(wěn)定性較好，以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制穩(wěn)定性較差、快速性較好。綜合型協(xié)調控制具有以上兩種控制方式的有點，快速性和穩(wěn)定性較好。

圖1：機組整體調節(jié)對象的工藝流程示意圖

圖2：以汽輪機跟隨為基礎的協(xié)調控制

圖3：以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制

圖4：綜合型協(xié)調控制