300MW機組協調控制系統優化研究

何濤

摘 要：為適應大電網對機組快速響應提出的更高要求，發電機組在鍋爐跟隨協調方式下應能快速響應電網負荷并保證機組壓力及各運行參數的穩定。這就要求機組在自動發電量控制（AGC）調節精度上達到最大程度的提升，以滿足電網的需要。針對300MW機組的特點，對協調控制策略進行優化改進，保證機組負荷的快速響應和穩定運行。

關鍵詞：300mw機組;協調控制;優化

引言

由于各機組類型及輔助設備固有的特性各不相同，需要針對機組的不同特性，采取控制策略的優化改進來彌補某些設備的先天不足，同時利用一些有利條件，挖掘機組的最大潛能。

一、機組概況

某熱電公司2×300MW采用HG-1025/17.5-YM24鍋爐，為亞臨界、一次中間再熱、正壓直吹四角切圓、強制循環鍋爐。每臺鍋爐配備有5臺中速磨煤機，采用一次風直吹式制粉系統。協調控制方式采用直接指令平衡策略，該策略采用前饋指令加閉環校正方式，將負荷指令直接送至汽機主控和鍋爐主控，使汽機和鍋爐同時獲得最快的負荷響應。汽機側重校正負荷，使實際負荷等于負荷指令，鍋爐側重校正壓力，使主蒸汽壓力等于滑壓曲線設定值。機組存在主要問題有：一是機組協調控制系統無法正常的投入運行;二是系統調節性能差，無法滿足自動發電量控制（automatic generationcontrol，AGC）投入要求。結合機組當前的運行狀況，對300 MW 機組協調控制系統進行優化，選擇了直接能量平衡法作為協調控制系統的控制策略，在保證機組安全穩定運行的前提下，在調節性能方面也做了大量的工作，如在鍋爐主控中增加了前饋控制方式來提高系統的動態響應能力，在鍋爐主控控制器參數選擇上采用目前比較先進的模糊邏輯理念等，系統控制性能得到了大大地改善。

二、協調控制系統改進的措施

（一） 采用直接能量平衡法（DEB）策略

在協調控制策略上，由原來直接指令平衡法改變為直接能量平衡法。直接能量平衡法DEB是位于美國的Leeds&Northrup公司提出的一種新穎的協調控制方法。以機組的能量平衡為出發點，以能量需求和能量釋放為控制信號。以能量需求信號為前饋，以熱量釋放信號為反饋，及時反應汽機側能量需求的變化和鍋爐釋放熱量的變化，根據二者的偏差調節燃料量，滿足負荷的適應性。

對于汽包來講，主蒸汽壓力穩定性是反映機組調節性能的關鍵性因素。主蒸汽壓力變化過大會引起機組PCV閥動作，引起能量損失甚至可能引發不安全事件。DEB有保持壓力穩定的能力，采用DEB控制策略是最佳選擇，并且在DEB基礎增加了微分環節來提高機組對熱能信號的響應速度。

（二）增加動態前饋來提高鍋爐響應速度

鍋爐屬于大慣性、非線性的系統，這樣系統調節響應時間滯后，存在著多種非線性輸入變量，且這些輸入變量之間是相互耦合的，控制機理十分的復雜。前饋控制針對于大慣性的系統提出的一種控制理念，且前饋信號可以為不可測的干擾信號，來對系統提前進行控制。

為了增加鍋爐的響應時間，在鍋爐主控增加了若干個前饋信號來改善鍋爐調節性能。（1）增加靜態前饋。機組負荷指令代表了機組應發功率的大小，也代表了鍋爐側蒸汽功率的大小。利用機組負荷指令作為主函數加在鍋爐側的前饋信號中，根據負荷指令不同，形成不同的鍋爐輸入指令作為靜態前饋，送入鍋爐各子系統，作為穩定工作點。（2）在機組變負荷過程中增加動態前饋。鍋爐側的純滯后與大慣性環節是影響機組動態性能的關鍵性因素，為此根據負荷指令信號比鍋爐輸入信號更早原理，來生成動態前饋信號，分別作用到燃料、送風、給水、減溫水等系統，加速鍋爐對負荷指令的響應速度，起到先動作、早控制的作用，該部分在穩態情況不起作用。（3）增加主蒸汽壓力變化率前饋信號。主蒸汽壓力高低直接反映了機組蓄能的大小，該參數變化情況直接影響機組安全運行，為了保證主蒸汽壓力維持在穩定范圍內，增加主蒸汽壓力偏差作為鍋爐前饋信號，該前饋主要使用在穩定情況下，當機組壓力偏差大時，該前饋作用加強，消除壓力偏差，維持主蒸汽壓力穩定。（4）增加了DEB作為前饋，以及壓力設定值與機前壓力之間偏差作為前饋等。

通過增加若干個鍋爐主控的前饋信號，有效地改善了鍋爐的動態響應，在機組變負荷過程中，通過預加或預減煤，提升了變負荷速率。

（三）模糊邏輯應用在鍋爐主控參數選擇

模糊控制是由美國的扎德創立的，1974年英國的Mamdani首先用模糊控制構建了模糊控制器，并把它用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功，這一開拓的工作標志著模糊控制理論的誕生。

傳統控制系統都需要建立數學模型，利用精確的數學模型去控制系統，對模型要求非常高。在實際工程應用中，無法得到精確的數學模型，而模糊思想不需要數學模型利用以往經驗來改善系統的性能，實踐證明控制效果良好。以鍋爐調節器偏差與鍋爐調節器偏差變化率作為模糊邏輯的輸入，構成了11*11模糊控制表，模糊規則為11*E+DE，其中E為鍋爐調節器偏差，DE為偏差變化率。利用E與DE的變化，根據模糊規則得到值作為鍋爐主控制器積分時間常數。當壓力變化大時，積分時間常數變化，加快鍋爐響應，鍋爐主控輸出增加，反之亦然。

（四）瞬時煤量修正容量風開度調節煤量

為了保證進入爐膛燃燒量的準確性，從兩方面調節煤量進行改造：一方面將由原來的容量調節風門后移動到容量風門之前，移動后利用熱風來保證一次風壓，用熱冷風配比來調整磨煤機出口溫度值;另一方面利用瞬時煤量來不斷地修正容量風門的開度控制進入爐膛煤粉量。

本次改造對300MW機組5臺中速磨均進行了改造升級，利用瞬時煤量值的大小有效地修正容量風門的大小，已達到用容量風門開度大小來控制進入爐膛燃料量大小。需要說明的是，為了保證容量風門的線性度，從兩個方面進行改進。第一，機組負荷變化不同區段，設置不同的一次風壓，以保證一次風攜帶煤粉的剛度;第二，對容量風門開度大小進行限制，一般設置在（0到55%開度）。除此之外，由于煤質、鍋爐本身特性的差異等因素的影響，當容量風門開度達到了設置上限（如55%）后，鍋爐主控輸入仍舊在增加，為了保證壓力穩定，在鍋爐主控設置了閉鎖增，以防止后期鍋爐超壓。

三、協調控制與AGC聯調試驗

為了測試在協調控制方式下機組運行的穩定性。我們在不同負荷、不同負荷速率下做了負荷擾動試驗，比較其控制效果的優劣。

AGC 試驗是在變負荷試驗基礎上，由負荷調度中心向機組發送負荷指令，以驗證協調控制系統及各子自動控制系統響應負荷變動的能力。

LDC GROSS-MW 為機組負荷，從試驗得到趨勢可知， 實際負荷由211.05 MW 升至239.805MW，實際負荷速率為7.1 MW/min，試驗過程中速率滿足電網要求。主汽壓力，主蒸汽溫度，給水等參數均在正常范圍內。由此證明優化的協調控制方式在調節性能方面得到了大大地改善，完全滿足AGC投入要求。

四、結束語

本文主要根據某熱電公司300MW機組AGC功能優化項目，通過優化協調控制系統，改善機組調節性能，滿足了電網對機組AGC調節性能的要求。但實際使用中，在速率高的情況下主蒸汽壓力波動大，引起協調控制系統退出，甚至PCV閥動作，今后協調控制系統還需要進一步的優化。

參考文獻：

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