探討火電廠600MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電有限責任公司 任金輝

隨著我國經(jīng)濟效益的不斷提升，國內(nèi)電網(wǎng)規(guī)模也在不斷地擴大，入網(wǎng)負荷呈現(xiàn)出多元化的運行趨勢，增加火電廠機組控制的難度及復(fù)雜程度。在此背景作用下，各部門應(yīng)增加對電網(wǎng)調(diào)頻工作的重視，有效縮短其調(diào)頻調(diào)峰的難度，提高火力發(fā)電機組的負荷跟蹤能力。現(xiàn)如今，國內(nèi)電力建設(shè)工作正處于高速發(fā)展階段，總裝機的容量也在此基礎(chǔ)上不斷增長，拉近電網(wǎng)之間的互聯(lián)關(guān)系，使控制系統(tǒng)在此環(huán)節(jié)衍生出來。

1 火電廠600MW 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容

現(xiàn)階段國內(nèi)電力建設(shè)企業(yè)正在不斷發(fā)展階段，為保證其綜合效益的提高需增加對其內(nèi)部機組的重視，穩(wěn)定內(nèi)部機組的運行狀態(tài)，保證其在運行過程中能滿足系統(tǒng)運轉(zhuǎn)要求。以常見的火電廠600MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為例，掌握機組鍋爐、輔機、汽輪機的運行狀態(tài)，促進火電機組綜合性能的提升。在此背景作用下，常見單元機組的運用使火電廠面臨汽輪機系統(tǒng)運行與鍋爐運行等問題。因此，部分企業(yè)聘請專業(yè)的研究人員來制定此方面的控制方案，長此以往逐步演變?yōu)榭蓞f(xié)調(diào)單元機組的控制系統(tǒng)，其主要功能為將汽輪機、機組鍋爐、輔機等進行控制，達到穩(wěn)定運行狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟效益提升的目的，以保證火電廠的順利生產(chǎn)[1]。

若電網(wǎng)負荷波動較大，可掌握控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，合理調(diào)節(jié)機組運行參數(shù)，提高其負荷水平并讓其持續(xù)滿足工作需求。在此基礎(chǔ)上使機組運行狀態(tài)始終保持統(tǒng)一，讓其可適應(yīng)內(nèi)部因素及外部因素變化，掌握火電廠機組運行核心所在并將其協(xié)調(diào)控制，保證汽輪機和鍋爐之間的參數(shù)，穩(wěn)定其運行狀態(tài)，讓其構(gòu)建成協(xié)調(diào)一致的有機整體。在火電廠的不斷運行過程中內(nèi)部組裝機容量也在一定程度上得到提升，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可保持燃煤機組的正常運行，卻無法滿足各部門工作的創(chuàng)新需求，增加對控制調(diào)頻調(diào)峰能力創(chuàng)新工作的影響，使其難以滿足工程運行要求。所以，需將其進行升級并更改傳統(tǒng)火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運行方式，制定優(yōu)化手段以保證臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的順利構(gòu)建[2]。

規(guī)劃出火電廠運行機組的額定輸出功率，將其控制在600MW 內(nèi)讓其1小時發(fā)60萬度電，可供1千萬盞60瓦的電燈工作，保證超臨界機組在此階段的穩(wěn)定運行。基于此，國內(nèi)的主要電力供應(yīng)還是以火力發(fā)電機組為主，近年我國新建成的火力發(fā)電機組大部分以單機容量為600MW 或300MW 為主力，并根據(jù)電力能源需求逐漸將生產(chǎn)流程進行規(guī)范，響應(yīng)國家節(jié)能降耗及發(fā)改委上大壓小的基本方針，提高對國內(nèi)無法電力公司的關(guān)注，將小型火力發(fā)電廠進行拆除關(guān)停，以保證現(xiàn)有電力。

2 火電廠600MW 機組協(xié)調(diào)控制的要求

火電廠主要的大型設(shè)備包括汽輪機、鍋爐、發(fā)電成套設(shè)備，在此背景下600MW 超臨界機組起到至關(guān)重要的作用并具備一定的非線性、系統(tǒng)復(fù)雜、鍋爐蓄熱能力較小的特點。為保證其能在火電廠內(nèi)正常運行，可加強對響應(yīng)遲緩、滑壓運行等條件的考慮，制定完整的運行方案來保證電網(wǎng)負荷波動，達到機組協(xié)調(diào)控制的目的。在此期間，為將火電廠600MW 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，可調(diào)高其在電網(wǎng)負荷變化能力的適應(yīng)性，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰工作的快速響應(yīng)，讓電網(wǎng)能在火電廠內(nèi)安全運行并提高其在工作環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性[3]。

在此基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)運用手動控制、自動控制、聯(lián)鎖控制、順序控制的方式來輔助協(xié)調(diào)控制方案的制定。站在宏觀角度進行思考，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的負荷指令參數(shù)主要在設(shè)定模塊和機爐控制模塊上體現(xiàn)，為調(diào)節(jié)600MW 機組可運用手動的方式來輸入負荷指令參數(shù)，增加信號接收功能并保證AGC 指令的合理運用，讓電網(wǎng)頻差在一定程度上得到控制，在處理完畢后可實現(xiàn)機組負荷指令的順利執(zhí)行。

在輸入?yún)?shù)方面可掌握機組負荷指令與功率之間的差值，了解氣壓偏差等部分參數(shù)，讓其在統(tǒng)一控制模塊下運行，保證工作人員能運用現(xiàn)有技術(shù)來實現(xiàn)對機爐系統(tǒng)的控制。在此條件作用下可加強對本系統(tǒng)地了解，增加控制手段的運用，保證鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協(xié)調(diào)方式能充分應(yīng)用在火電廠工作環(huán)節(jié)，能適應(yīng)不同環(huán)境的控制要求，以此優(yōu)化火電廠機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行，讓其運用靈活的控制模式來穩(wěn)定火電廠實際負荷的變化，通過特定的單元機組來輔助協(xié)調(diào)控制工作。這樣可提高機組運行的安全性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性，促進火電廠600MW 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的加強，使火力發(fā)電機組的負荷跟蹤能力在一定程度上得到提高[4]。

3 火電廠600MW 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

3.1 火電廠機爐協(xié)調(diào)控制

在火電廠運行過程中汽機跟隨控制與鍋爐跟隨控制都可將電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰需求進行滿足，但在火電廠600MW 超臨界機組工作中所具備的蓄熱能力較小，無法在實際場景中應(yīng)用，增加機前運行壓力，使其存在劇烈變化的風險，增加各個環(huán)節(jié)的安全隱患，讓壓力范圍得不到控制。這樣人為因素、內(nèi)部制約、協(xié)調(diào)控制效果都會對其帶來不利的影響并具備一定的優(yōu)化空間。

本系統(tǒng)綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)可利用汽機跟隨控制、鍋爐跟隨控制兩種方式輔助火電廠運行。制定鍋爐主控PID 邏輯的控制計劃，保證過主汽壓力給定值的正確，將此測量值用作于過程控制，在投入BF 方式時可掌握主汽壓力的運行狀態(tài)，掌握設(shè)定值的偏差程度，運用PID 計算的方式來掌握各環(huán)節(jié)分量，以此作為前期反饋參數(shù)，提出主汽壓力的偏差。基于此，一方面將壓力偏差信號作為控制系統(tǒng)的正反饋信號，在不用程度上提高鍋爐內(nèi)部燃燒率；另一方面可將壓力偏差的信號作為負反饋信號，保證主汽壓力控制系統(tǒng)的正常運行，有效抑制壓力的劇烈波動，實現(xiàn)對調(diào)門開度的控制，避免其超出安全范圍，保證電網(wǎng)運行的規(guī)模，使得機組控制系統(tǒng)能夠更順利的運行。

3.2 汽車跟隨協(xié)調(diào)控制

汽車跟隨協(xié)調(diào)控制是利用鍋爐來調(diào)節(jié)機組負荷的，其在工作環(huán)節(jié)可由汽機來將主汽壓力進行控制，保證電網(wǎng)負荷的變化在規(guī)定范圍內(nèi)。同時可根據(jù)其變化情況來掌握負荷指令、負荷偏差信號的運行狀態(tài)，合理控制鍋爐回路，保證信號輸入工作的順利進行。調(diào)節(jié)機組功率，若在負荷平穩(wěn)狀態(tài)下可掌握額定功率運行狀態(tài)，運用鍋爐控制回路將機組進行自動保持，避免在此環(huán)節(jié)出現(xiàn)突發(fā)問題。

為使主汽壓力進行變化，可增加汽車跟隨協(xié)調(diào)的控制，本系統(tǒng)高效利用鍋爐蓄熱能力來響應(yīng)機組速度，保證功率偏差值在可執(zhí)行范圍內(nèi)，使其作為主汽壓力控制信號，將汽機的調(diào)門進行提高，以穩(wěn)定火電廠的運行狀態(tài)。在此背景作用下，可增加對火電廠600MW 超臨界機組鍋爐蓄能的考慮，避免其出現(xiàn)蓄能較強的問題，利用熱慣性來穩(wěn)定其狀態(tài)，保證汽機可跟隨協(xié)調(diào)控制方式共同運行，劃分出其重點所在并將側(cè)爐進行調(diào)節(jié)，以此來控制電網(wǎng)負荷變動，保證控制模塊的使用正確，調(diào)整內(nèi)部給水流量、燃燒率并跟隨負荷的變化來更好地適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰要求，達到汽車跟隨協(xié)調(diào)控制的目的。

3.3 鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制

為縮小動態(tài)快遞響應(yīng)于穩(wěn)態(tài)平穩(wěn)間的沖突，可增加對負荷升降變化的考慮，制定合適的差值來降低負荷調(diào)節(jié)器所帶來的影響，讓負荷指令能在不同方面反饋出信號主導(dǎo)作用。若實際負荷接近目標負荷，可運用反饋機制來輔助動態(tài)信號的運行，使其在結(jié)束階段不會將內(nèi)部參數(shù)調(diào)高，使其充分發(fā)揮出調(diào)節(jié)作用，以保證各項參數(shù)控制的完整性。將汽機作為負荷調(diào)節(jié)對象，保證鍋爐的運行通過動態(tài)調(diào)節(jié)的方式進行控制，有效掌控蒸汽壓力的大小。在檢測環(huán)節(jié)，若汽機顯示出新的負荷指令，可根據(jù)目前運行負荷值的大小進行比較，將差值控制在最小范圍內(nèi)，保證汽機調(diào)門控制參數(shù)的準確性并根據(jù)汽量所適應(yīng)的工況進行分析，保證各項操作可快速調(diào)節(jié)機組輸出功率，達到合理運行的目的，降低工程運行過程中的安全隱患。

在調(diào)門開度控制環(huán)節(jié)需避免反向主汽壓力對鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制工作造成的影響，運用一定的控制誤差來將其進行調(diào)節(jié)。在此條件下若需進行鍋爐主控器誤差信號處理工作，可調(diào)節(jié)給水控制信號、燃料控制信號并將其在規(guī)定限額內(nèi)進行修正，保證此部分控制信號可將調(diào)門開度變化所產(chǎn)生的差值抵消，避免其對主汽壓力產(chǎn)生過多的影響，規(guī)避不良參數(shù)帶來的影響。若機組負荷變動數(shù)值較大，可控制機前壓力的范圍，降低鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制環(huán)節(jié)的安全隱患，使本系統(tǒng)信號可跟隨符合變化率進行調(diào)節(jié)，限制安全隱患的產(chǎn)生，保證機組在運行環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)過多的安全風險，阻止火電廠運行故障的產(chǎn)生，使其在壓力劇烈波動環(huán)節(jié)不會產(chǎn)生過多的影響。

增加鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制模式的設(shè)計，保證其能夠立即掌握電網(wǎng)負荷變化的程度，響應(yīng)電網(wǎng)負荷的基本狀況，滿足電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰的各項要求，使實際負荷可在目標負荷內(nèi)。基于此，可通過電參數(shù)控制的方式來了解實際負荷于目標參數(shù)之間的差值（圖1），控制負荷調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)、比例系數(shù)等，保證其能在火電廠鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制工作中自動運行，增加實踐算法并運用可變參數(shù)來實現(xiàn)負荷動態(tài)的響應(yīng)，以此來穩(wěn)定主汽壓力。

圖1 變參數(shù)控制示意圖

3.4 給水自動調(diào)節(jié)優(yōu)化

3.4.1 給水流量指令形成

運用手動的方式輔助給水泵的運行，規(guī)劃出正確的給水流量指令，保證主調(diào)節(jié)器（PID）給定值能夠在規(guī)定限度內(nèi)，讓其作為中間點溫度存在。若給水泵成自動方式運行，可規(guī)劃出主調(diào)節(jié)器的中間點溫度，設(shè)定標準的定值來讓其作為依據(jù)，保證SP中間點溫度的合理規(guī)劃。在給水泵全手動的狀況下，可掌握主調(diào)節(jié)器的實際跟蹤給水流量，增加在此環(huán)節(jié)的投入，避免其在運行過程中存在較多的偏差，運用PID 算法進行計算有效修正給水流量設(shè)定值，保證自動化技術(shù)的完整應(yīng)用，以減少機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)的人力、物力、財力損耗。

在反復(fù)試驗和研究后，可根據(jù)給水流量的指令來計算PID，在其中附加兩個前饋量分別為機組負荷指令和鍋爐主控，機組負荷指令可在最大限度內(nèi)跟上超前燃料量的變化，避免鍋爐燃水出現(xiàn)過大的差值，讓其能夠與給水流量在同一限度內(nèi)。另外，可規(guī)劃磨煤機負荷風總量與給水流量之間的比例，以6:1的方式來體現(xiàn)出前饋量，避免鍋爐燃料量在此環(huán)節(jié)發(fā)生改變，讓給水流量在設(shè)定限值內(nèi)，避免出現(xiàn)測量偏差較大的問題。

3.4.2 中間點溫度的設(shè)定

掌握火電廠600MW 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的要求，了解分離器出口處壓力狀況并根據(jù)其計算出相同狀況下飽和蒸汽溫度，保證其能夠滿足鍋爐運行要求。為中間點溫度進行定制并根據(jù)分離器的壓力來設(shè)置不同過熱度，創(chuàng)新原有設(shè)計方式，使汽口分離器的溫度被控制在最小限額內(nèi)，調(diào)節(jié)給水流量的整體比例，若過熱器噴水流量較大可適當調(diào)整設(shè)計值，保證設(shè)定值在汽水風力器入口處降低并在可執(zhí)行范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

為避免火電廠工作期間機組運行出現(xiàn)問題，應(yīng)增加對協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制工作的了解，掌握其在運行過程中所需承受的基本符合，規(guī)劃出其主要參數(shù)所在。若未落實到位，不僅會制約火力發(fā)電廠的發(fā)展，還會增加施工環(huán)節(jié)的安全隱患，使其經(jīng)濟效益無法保證。所以應(yīng)增加對此方面的重視，運用協(xié)調(diào)控制的方式來開展后續(xù)工作。