電廠集控運行與機組協調控制的應用策略分析

嚴劍文

江西贛能股份有限公司豐城二期發電廠 江西 宜春331100

引言

隨著當今社會的快速發展,人們對于電力的需求量也逐漸的增大,甚至電已經成為人們生活密不可分的一部分。因此,為了滿足人們生活對于電力質量的需求情況。電廠不斷引進新型技術以此來提高電能的質量。如果想要達到提高電能質量這一要求,就需要對機組協調控制體系進行改進和完善,從而提高控制系統的準確度,而在電廠控制系統中最為主要的控制便是集控運行。由此可見,機組協調控制是電廠中集控運行的主要因素。若想要提高電廠電能的生產效率、質量以及電廠安全系統的安全性和可靠性。對集控運行和機組協調控制進行改進和完善是當下電廠發展所必須采取的措施。

一、集控運行系統主要作用

如果想要更加完善電廠的集控系統,首先就要明白什么是集控運行系統、集控運行系統作用是什么、以及其工作內容是什么等一系列的問題。所謂的集控系統是通過集中控制技術將原本單元制的基礎進行集合。從而使各個機組的操作統一性管理。在電廠中集控系統是將監控功能以及指揮操作功能集于一體的操作系統。通過對電廠電控系統進行監控和管理,從而收集電廠系統中度產生的一系列數據。再將收集到數據進行處理分析進一步為生產者提供生產電能所需的數據。從而使電能的生產更為合理可靠,并且能夠有效提高的其安全性能。在電廠的自動化控制中,集中控制系統是主要的運行系統。電廠自動化中通過將集中控制系統與機組協調進行組合,進一步對電能生產的各個流程進行監控管理以及對數據進行處理[1]。其中集控運行系統是主要對生產中所產生的信息數據進行分析處理和儲存為生產者提供主要理論依據。而機組協調控制系統則通過接收生產制造者或者集控運行系統所發出的指令進行實際運行從而對生產系統進行優化完善其性能,提高電能生產的安全性。

二、集控運行系統的使用策略

(一)通過改進調節器參數,提高電能產率。在電能生產過程中集控運行能夠通過協調控制系統來提高電能產率。而在控制系統中負荷調節器的存在能夠對電能的生產起到一定的調節性作用。但是在控制系統中由于負荷調節器數值會產生不定性的變化,導致在電能生產存在波動。而當系統中的負荷趨于穩定時,負荷的反饋信息將會提前進行結束。根據這一特點我們可以對負載調節器采取相應的平衡措施,從而提高負載調節器的調節能力。與此同時,也能夠有效的降低在生產系統中由于負載的不穩定性而造成的不良影響。因此合理的對負載調節器的參數進行改變和調節不僅可以提升協調系統的穩定性。同時能夠有效地提高電能的生產效率,從而保證生產效率以及生產質量[2]。

三、機組協調控制優化策略江西

機爐協調控制系統優化主要體現在鍋爐控制回路方面[3],它是一種改進型的鍋爐水煤解耦式控制策略,但根據火電機組調頻AGC方式運行的特點,在策略上進行了針對性的完善優化。對機爐協調的汽機負荷控制回路,也針對AGC指標要求進行了針對性地完善,以提高機組AGC過程中的響應時間和速度。對機組其它子系統的控制,其策略則基本遵循原有的單PID加前饋,或者串級PID加前饋的控制策略。在控制策略完善優化的基礎上,對各系統的控制參數進行全方位的優化調整。

(一)主汽壓力設定值系統。主汽壓力設定值系統,在滑壓方式下,根據機組負荷指令折算生成鍋爐主汽壓力參考值;疊加上運行人員偏置,生成主汽壓力目標設定值;然后經過速率限制,形成鍋爐主汽壓力設定值;鍋爐主汽壓力設定值,經過三階慣性的時延處理,作為最終進入鍋爐主控PID的壓力設定值,該值是最終衡量主汽壓力偏差指標的設定參考值。通過優化,在低負荷和高負荷工作區內,防止壓力設定值變化大,造成擾動大而超壓,在中間負荷工作區內,適度加快壓力設定值的變化,防止或減緩主汽壓力變化過慢,而導致的DEH 調門全開或開度過小的情況出現。進行以上處理,避免了鍋爐主控PID在升降負荷過程中的主汽壓力跟蹤調節作用,而主汽壓力壓力跟蹤主要由控制邏輯中的前饋控制分量完成。在升降負荷中,由于鍋爐燃燒和制粉的過程的滯后,調節主汽壓力的前饋控制分量,其作用需一分鐘左右才能在鍋爐主汽壓力上體現出來,此時如果不進行延時處理,隨負荷指令變化的設定值會直接調節鍋爐主控PID,設定值和過程量之間的偏差,會造成由于鍋爐主控PID衰減率而致的鍋爐主控升降波動,并進而又引起鍋爐水、煤指令的波動而導致鍋爐各主輔參數穩定性的下降。

(二)鍋爐主控系統。鍋爐主控指令,是生成鍋爐煤水指令的原始指令。直流鍋爐的給煤、給水設定指令,除去考慮其響應時延的先后區別外,指令形式是一致的,一般情況下,主要有三部分組成,其一是主汽壓力調節PID控制分量部分;其二是負荷指令的比例折算前饋作用;其三是升降負荷過程中的超調量部分。目前,在應用最廣泛的直流鍋爐控制方案中,以上三部分控制分量中的升降負荷超調量部分,則是分別在給水主控、給煤主控回路中分別實現的。通過優化考慮到給水響應的快速性,在升降負荷過程中的初期,可以適度利用給水流量的變化,來動態改變鍋爐內蒸汽蓄能的變化,以適應AGC發電對鍋爐負荷蓄能快速變化的要求。另外,不同負荷下,爐內的熱容量變化、鍋內的蒸汽蓄能變化,這兩者所需要的熱能折算量是不同的,實現了不同的超調量。

(三)中間點溫度及給水控制系統。根據分離器壓力折算分離器處的飽和蒸汽溫度,疊加上據機組負荷折算出的過熱度曲線,并加上根據主蒸汽溫度偏差的補償修正,并加上運行人員的過熱度偏置值,形成鍋爐中間點溫度設定值。設定值和分離器出口溫度比較,其差經過PID運算,形成給水流量設定值過熱度修正系數。鍋爐主控及負荷超調量折算來的給水流量之和,是給水流量原始設定值,經過過熱度修正系數的乘式修正,便得到最終的鍋爐給水流量設定值。同時,如鍋爐主控系統說明部分所述,該過熱度修正系數以除的形式修正鍋爐主控指令。

過熱度修正系數是一個范圍在(0.7～1.3)左右的修正系數,當過熱度上升時,該修正系數會增加,經過該系數乘式修正的鍋爐給水流量設定值會增加,故此可以控制過熱度的上升;同時,經過該系數除式修正的鍋爐主控會減小,折算成的燃料主控設定值會減小,也可以達到控制過熱度上升的效果。

從邏輯結構上分析,從鍋爐主控負荷前饋至給水流量設定值,在穩態時,其關系是函數折算關系,但從鍋爐主控負荷前饋至燃料主控煤量設定值,則存在一個過熱度修正系數,當煤質變好導致過熱度上升,或者煤質變差導致過熱度下降,最終會實現對給煤量設定減小或增大的校正作用,如上段內容所述,最終實現了一種煤水控制自有煤質校正功能。實際上,對于直流鍋爐而言,鍋爐中間點溫度本身就是反映煤質的一個最直接的中間變量,一定程度上佳,中間點溫度控制器本身就是煤質校正器。

(四)燃料主控系統及一次風系統。鍋爐主控指令,疊加變負荷過程中的燃料補償部分,其和經過煤質校正回路的校正,形成形成鍋爐燃料量總指令,經過燃料主控PID的計算,形成最終的給煤機公共指令。在其基礎上,疊加上各自的偏置,形成各給煤機的最終給煤指令。鍋爐給水和給煤系統的超調量,并不在鍋爐主控中生成,而在各自子系統中分別生成,其動作量可分別調整,以便于在穩定性和快速性之間進行適度平衡取舍。

根據燃料主控設定值,也即鍋爐燃料量總指令,除以磨煤機運行臺數,折算生成燃料主控輸出的近似擬合量,根據該擬合量折算生成鍋爐一次風壓設定值,可避免斷煤時燃料主控上下波動導致的影響。一次風壓和磨煤機負荷有直接的關系,但和鍋爐負荷則是間接的關系。考慮兩種特殊工況:機組低負荷運行2臺磨煤機,但每臺磨都在高出力工況,機組高負荷5臺磨煤機運行,但每臺磨都在較低出力工況,顯然,前者所需的一次風壓要大于后者,盡管對于一次風,后者大于前者。這是采用以上所述風壓控制策略的原因。采用擬合燃料主控輸出指令的形式,則是為了避免給煤機斷煤等特殊工況下一次風壓的擾動情況。另一方面,對于大型超臨界鍋爐,一般情況下,普遍認為相對于亞臨界鍋爐的蓄熱小,這樣,為了加快鍋爐的AGC負荷響應,適度加快一次風壓力和磨煤機一次風流量的響應速度,一定程度上可以彌補超臨界鍋爐蓄熱小的不足。

(五)在電廠設備中使用該系統提高設備安全性及經濟性。由于電能的生產不比其他生產,其存在的危險性較高,所以在電廠中,專門存在著一種為保護機組設備安全和工作人員自身安全以及提升生產安全的保護系統。而在這個保護系統中,如果想要真正的發揮它的作用就必須將保護系統的特性與集控運行以及機組協調控制相結合從而達到有效的防護安全措施。例如,當電廠設備在生產過程中出現嚴重故障時通過采用集控運行的方式,及時的關閉其控制系統,從而避免由于設備出現故障而造成的一系列損失和人身安全問題。在如在電廠進行檢修時通過采用控制系統進行設備的試運行,從而了解設備的運行情況,以便對存在問題的設備進行針對性的維護和檢修。這不僅能夠提高生產效率,更加能夠保障工作人員以及設備的安全性[4]。

豐城二期發電廠兩臺700 MW機組經過協調優化后,機組負荷響應速度及一次調頻貢獻率得到明顯提高,2018、2019年兩個細則獎勵電費分別達到1520萬元、1750萬元,連續兩年獎勵電費排名江西電網第一名,占全全獎勵的的45%左右。

四、結束語

從以上論述不難看出,無論是集控系統的運行,還是協調控制系統在電廠中電能的生產過程中都有著重要的作用。它不僅能夠提高電能的生產效率和生產質量,更加能夠降低生產過程中存在的危險系數,還能為企業提高經濟效益。并且在設備的檢修方面也有著一定的作用。同時也為電廠的長久發展奠定堅定的基礎。因此,集控運行與機組協調控制在電場中運用,是當下我國電廠發展的趨勢。同時也是我國當下科技發展的必要前提。