優(yōu)化協(xié)調控制系統(tǒng)提高機組AGC性能指標

劉慶余 翟秀榮

摘 ?要：本文針對石橫熱電有限公司#1機組協(xié)調控制系統(tǒng)問題進行了分析，通過對影響機組協(xié)調品質的控制策略進行診斷，并采取相應改進措施。從而確保#1機組的協(xié)調控制系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地投入運行，并進一步投入AGC功能，以適應現(xiàn)代化大電網運行管理的需要，滿足電網調度兩個細則的考核要求。

關鍵詞：AGC;MCS;協(xié)調控制;優(yōu)化

中圖分類號：TK323 ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-6903（2021）11-0000-00

0引言

DCS協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）采用的是基于鍋爐跟隨方式（BF）的協(xié)調控制策略：鍋爐主控器以負荷指令經滑壓曲線函數(shù)折算的壓力設定值作為設定值[1]，以實際主汽壓力作為調節(jié)量，調節(jié)結果為鍋爐熱負荷目標值，進而通過調整風、燃料，使鍋爐熱負荷匹配機組電負荷。隨著發(fā)電機組運行時間越來越長，燃煤摻燒、機組老化及設備缺陷，使得控制系統(tǒng)的調節(jié)品質逐漸下降，嚴重時協(xié)調控制系統(tǒng)甚至無法正常投入。此外，電網兩個細則的逐步實施，對機組的AGC性能指標也提出了更高的要求。

1 設備概況及存在的問題

國家能源集團山東石橫熱電有限公司#1機組容量315MW，鍋爐由上海鍋爐廠按照美國C-E燃燒工程公司技術專利設計制造、生產的亞臨界壓力、一次中間再熱強制循環(huán)，單爐膛，倒U型半露天布置，鋼架結構，固態(tài)排渣汽包爐。鍋爐型號：SG1025/18.3-M840。汽輪機主機設備為上海汽輪機廠生產的亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機。型號為N300-16.7（170）/537/537。發(fā)電機由上海電機廠制造生產的水氫冷汽輪發(fā)電機。型號為QFSN-300-2。

DCS協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）鍋爐側采用的是直接能量平衡控制系統(tǒng)：鍋爐調節(jié)器定值采用機組熱量需求信號，公式為Nb=P1/Pt×Ps+Cg×dPs/dt，調節(jié)量采用熱量信號，公式為HR=P1+Ck×dPb/dt。在穩(wěn)定工況下，dPb/dt=0，因而可以得到Pt=Ps，機前壓力達到穩(wěn)定狀態(tài)[2]。汽機調節(jié)器定值采用經高低限幅和速率限制后的目標負荷值，調節(jié)量采用機組實發(fā)有功功率信號，調節(jié)器輸出值作用于DEH控制器動作汽機調門，達到控制機組負荷的目的。[3]。

我廠#1機組機組老化現(xiàn)象嚴重，在投入AGC時，存在主汽壓力、風量、煤量波動大的問題，性能指標較差，此時需要通過控制策略的優(yōu)化來彌補控制系統(tǒng)性能的下降。

2 優(yōu)化的目的

2.1 CCS控制系統(tǒng)優(yōu)化及試驗

通過對影響機組協(xié)調品質的控制策略進行診斷，并采取相應改進措施。從而確保#1機組的協(xié)調控制系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地投入運行，并進一步投入AGC功能，以適應現(xiàn)代化大電網運行管理的需要，滿足電網調度兩個細則的考核要求。

2.2梳理、診斷MCS其他分系統(tǒng)

首先對控制品質不能滿足生產要求且存在明顯缺陷的重要子系統(tǒng)進行策略改進，其后對所有涉及的MCS分系統(tǒng)進行參數(shù)調整優(yōu)化，從而提高#1機組整體自動投入率，提升自動控制品質，減少運行人員的勞動強度，保障機組的安全性。

3 控制策略設計與組態(tài)

（1）CCS策略優(yōu)化思路：鍋爐主控前饋分為動態(tài)前饋與靜態(tài)前饋兩部分。動態(tài)前饋由變負荷前饋與汽壓設定值微分環(huán)節(jié)構成;靜態(tài)前饋由負荷指令（疊加一定比例的一次調頻分量）與汽壓偏差微分環(huán)節(jié)構成。鍋爐主控指令邏輯如圖1所示：

（2）燃料控制：燃料主控指令由鍋爐主控輸出和變負荷前饋兩部分疊加而成，以實際燃料量為調節(jié)量。節(jié)流壓力設定增加三階慣性環(huán)節(jié)，等一等加煤后的熱量遲延;修改氣壓偏差微分，增加鍋爐變負荷加速和壓力設定前饋邏輯。鍋爐變負荷加速前饋邏輯如圖2所示：

節(jié)流壓力設定邏輯如圖3所示：

（3）風量控制：在風量指令上加已遲延環(huán)節(jié)，等一下煤量變化后形成煤粉進入爐膛的時間，以防大量冷風進入爐膛降低熱負荷。

（4）汽包水位控制：汽包水位控制在傳統(tǒng)三沖量控制策略的基礎上增加燃料指令前饋環(huán)節(jié)，以保證機組變負荷過程中汽包水位保持穩(wěn)定。

（5）主汽溫度控制：控制策略仍以經典串級汽溫控制為基礎，適當引入變負荷控制前饋，從而提高動、靜態(tài)控制品質。取導前溫度作為內回路的測量值，快速消除減溫水的自發(fā)性擾動和其他進入副回路的擾動，對汽溫起粗調作用;主回路調節(jié)器的任務是維持出口汽溫等于給定值，起細調作用。同時引入變負荷前饋，提高變負荷工況下的汽溫控制品質。過熱汽溫控制前饋邏輯如圖4所示：

（6）磨煤機冷、熱風擋板控制：按照鍋爐廠常規(guī)設計，將DCS原有控制邏輯修改為：磨煤機熱一次風門調節(jié)磨煤機入口風量，冷一次風調節(jié)門調節(jié)磨煤機出口風粉溫度。這種控制策略主要是從有效利用熱能的角度考慮，磨煤機入口一次風主體風是熱風，所以風量應該依靠調節(jié)熱風實現(xiàn)的。

（7）一次風機控制：在原有控制邏輯上增加變負荷前饋，以彌補中速磨煤機制粉系統(tǒng)慣性大的缺點。

其他MCS分系統(tǒng)不做策略上的修改，機組啟動后可根據(jù)生產人員意見進行調節(jié)參數(shù)的優(yōu)化，確保自動調節(jié)品質滿足國家規(guī)范和生產實際要求。實際實施過程中，以方案能夠滿足調節(jié)指標要求，且不影響DCS系統(tǒng)的安全性為指導原則，根據(jù)實際需要可適當?shù)剡M行刪減。

邏輯優(yōu)化下裝完畢后，對各模塊之間的軟件連接線進行檢查，對組態(tài)后的各功能模塊進行性能試驗，并按系統(tǒng)要求完成模塊系數(shù)和參數(shù)的設置。對系統(tǒng)各模塊之間的跟蹤連接線進行檢查，確保手、自動切換無擾動。最后進行協(xié)調控制各子系統(tǒng)的擾動試驗，觀察系統(tǒng)的調節(jié)指標，修改有關調節(jié)參數(shù)，努力達到最優(yōu)調節(jié)品質。

4 結論

通過對CCS各子系統(tǒng)及協(xié)調控制系統(tǒng)的優(yōu)化調整，機組跟隨負荷的能力大幅提升，煤量變化后的熱量遲延減小，主汽溫度自動控制效果良好，主汽壓力、主汽溫度等重要參數(shù)動態(tài)偏差明顯改善。對2020年9月份和10月份#1機組投入R模式AGC運行方式下的性能指標和補償費用情況繪制表格如表1所示：

采用直接指令平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)，優(yōu)化前的AGC平均性能指標在2以下，經過優(yōu)化后AGC平均性能指標為2.646，協(xié)調控制系統(tǒng)投入穩(wěn)定可靠，鍋爐實際變負荷速率達到2%以上，機組各主要參數(shù)均優(yōu)于相應規(guī)程要求，滿足了電網調度兩個細則的考核要求。本次控制策略優(yōu)化采用了嵌入式優(yōu)化方式，所有先進控制策略及算法均在DCS中組態(tài)實施，不涉及外掛設備，在充分利用原控制系統(tǒng)邏輯的基礎上，與原有控制及保護系統(tǒng)兼容性更佳。CCS各子系統(tǒng)控制品質的好壞也會直接影響機組AGC功能，進一步提高各子系統(tǒng)動作可靠性是今后特別關注的工作重點。

參考文獻

[1] 紀煜，姚翠霞，祁海旺.基于煤量預測控制前饋的協(xié)調控制系統(tǒng)[J].熱力發(fā)電，2017（7）：131-136.

[2] 張瑞亞，田亮.直接能量平衡（DEB）協(xié)調控制系統(tǒng)參數(shù)整定[J].華北電力大學學報，2017，44（4）：85-91.

[3] 白德龍，劉鑫屏.火電機組AGC指令前饋濾波邏輯優(yōu)化設計[J].廣東電力，2018（4）：75-77.

收稿日期：2021-10-01

作者簡介：劉慶余（1990—），男，山東泰安人，工學碩士，工程師，研究方向：熱工檢測與控制技術。

Abstract： This article analyzes the problem of Shiheng Thermal Power Co.， Ltd. #1 unit coordinated control system， diagnoses the control strategy that affects the unit's coordinated quality， and takes corresponding improvement measures. So as to ensure that the coordinated control system of unit #1 can be put into operation stably and reliably， and further put in the AGC function to meet the needs of modern large-scale power grid operation and management， and to meet the assessment requirements of the two detailed rules of power grid dispatch.

Keywords： AGC; MCS; coordinated control; optimization