機組啟動順序優化策略與實踐

中圖分類號：TM619 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)18-0150-04

Abstract:Alarge-scale biomassandcoal-firedcofiringpowergenerationprojectin Indonesiaistheconstructionand commisioningof astandalonepower plant，whichinvolvescomplexunitstart-upsequenceandload managementduring the commissioningprocess.Thispaperdiscusesindepththestrategyofunitstartupsequenceoptimizationinthisprojectincluding loadbalancing，aplicationofinteligentcontrolsystems，loadpredictionandadaptiveoptimization，etc.Throughactualcase analysisanddataprediction，theimportanceofreasonablestart-upsequenceandloadmanagementstrategiesinensuringsafeand stableoperationofthesystemisverified.Withtheintroductionofintellgentcontroltechnology，loadadjustmentandfault handlingduringthestartupprocesshavebeenfurtherptimized，improvingtheoperatingeficiencyandrlabiltyoftesystem.

Keywords:unit start-upsequence;loadmanagement;intellgentcontrol system;load prediction;adaptiveoptimization

機組啟動順序優化是電力系統設計中的一個重要環節，尤其是在孤網運行或弱電網條件下，合理的啟動順序直接關系到系統的穩定性、安全性及經濟性。發電機組的啟動不僅僅依賴硬件設備的能力，更應該合理規劃各個設備的啟動順序、負荷分配，以及重視啟動過程中各設備之間的協調。

隨著現代電力系統規模的不斷擴大，發電機組的種類與結構也變得越來越復雜。尤其在偏遠地區或孤網運行的電力項目中，往往依賴于較小的發電機組啟動來為大機組提供初始電力。在這種情況下，如何實現發電機組的順利啟動，特別是在負荷逐漸增加的過程中避免超載或系統崩潰，成為了技術上亟需解決的問題。

印尼某生物質與燃煤摻燒發電項目，配置了2臺150MW主機組，以及6臺2MW柴油發電機組作為冷態啟動和緊急狀態下的備用電源。在啟動過程中，柴油發電機組為主機和輔機設備提供初始電力。在這樣一個啟動系統中，負荷的合理分配以及啟動順序的優化至關重要。通過智能控制系統，負荷預測和自適應優化策略，該項目的機組啟動能夠實現安全、穩定且高效的運行。

1機組啟動流程分析

1.1 啟動電源的作用

柴油發電機在發電機組啟動過程中起著至關重要的作用，特別是在孤網或冷態啟動時，它們往往是唯一的初始電源。在該項目中，6臺2MW柴油發電機組用于為鍋爐、輔機以及關鍵負載設備提供啟動電力。這些柴油發電機不僅要具備快速啟動的能力，還要能夠在負荷逐漸增加的過程中保持平穩的供電，避免負荷峰值對系統的沖擊。

啟動電源的作用不僅僅限于初始電力供應，還包括對各個輔機的負荷提供實時支持。在負荷需求變化較快的階段，如鍋爐點火后的幾分鐘內，柴油發電機組需要具備快速響應的能力，以應對負荷的快速增加。這一階段，合理安排各輔機的啟動時間和負荷分配成為系統穩定運行的關鍵，見表1。

1.2輔機啟動的負荷需求

輔機啟動時的負荷需求是一個動態變化的過程，各輔機設備的功能、啟動時間以及負荷需求曲線存在顯著差異。通常情況下，在啟動初期，負荷增長較為緩慢；然而，隨著鍋爐點火后水泵、燃料供給系統等設備的逐漸運行，負荷需求將迅速攀升。這種負荷增長的特點要求在啟動順序設計時，輔機設備的啟動需要按照先大負荷后小負荷的順序進行，以確保負荷的平穩增長，避免輔機啟動瞬時高負荷造成柴油發電機組負荷過載。

以該生物質與燃煤摻燒發電項目為例，引風機、一次風機和送風機的額定負荷較大，引風機的啟動功率約為2MW，而一次風機和送風機的啟動功率共為 3MW 。鍋爐點火后，水泵和燃料供給系統的負荷需求則上升至2MW和1MW左右，水泵采用變頻啟動，燃料供給系統負荷相對較小。這種負荷增長曲線要求系統在設計啟動順序時，必須通過負荷平衡與調度，確保輔機設備按順序啟動，必要時采用變頻器啟動高負荷設備，避免多個大負荷設備同時啟動，導致瞬時負荷超出發電機組的供電能力。

1.3主機啟動前的負荷調節

主機啟動前，輔機設備的負荷管理必須做到精細化。由于主機啟動通常伴隨著輔機負荷的顯著增加，負荷調節成為確保系統安全穩定運行的核心。在實際操作中，柴油發電機的供電能力受到限制，該項目中柴油發電機組的最大輸出功率為12MW，因此輔機啟動的總負荷必須嚴格控制在這一范圍內。為了避免負荷過快增長導致系統不穩定，輔機設備的啟動順序必須與主機啟動時間高度匹配。

2優化策略設計

機組啟動過程中的負荷平衡和啟動順序優化是實現系統穩定運行的核心目標。為了確保啟動過程的平穩，該項目引入了多種優化策略，包括負荷平衡設計、啟

動順序優化和實時負荷預測

2.1負荷平衡與啟動順序優化

負荷平衡是機組啟動順序設計的基礎。在啟動過程中，各設備的負荷需求是逐步遞增的，柴油發電機組需要逐步適應這些負荷增長，而不是在短時間內承受過高的瞬時負荷。因此，負荷平衡策略的核心在于確保各設備負荷需求的增加是漸進式的，而非驟增式的。

該項目采用了分階段啟動的策略，首先啟動負荷較大的設備，讓柴油發電機的總輸出功率躲過大功率設備的啟動瞬時峰值，并在負荷逐漸增加的過程中逐步啟動小功率設備，同時，給部分大功率設備配備變頻器，以降低總的瞬時峰值。這種漸進式的負荷增長策略確保了柴油發電機組的負荷處于可承受范圍內，避免了負荷驟增導致的設備超載或系統不穩定。

2.2 啟動過程中的負荷計算

負荷計算是優化策略實施的基礎。在啟動過程中，負荷需求的計算必須根據實際設備的運行特性和負荷曲線進行。以該項自為例，柴油發電機組的最大輸出功率為12MW，而機組啟動階段輔機設備的負荷需求約為9MW 。在這一過程中，負荷計算不僅要考慮現有的設備負荷，還需要預留一定的功率空間，確保設備在負荷需求突增時不會導致系統崩潰。

負荷計算時需要考慮總負荷與裕度的預留，確保負荷不會超出系統的承載能力。總負荷計算公式為

式中： P_total(t) 為時間 χ_t 時刻的總負荷，MW； P_i(t) 為第 i 個設備在時間t時刻的負荷需求， MX;n 為在機組啟動過程中需要啟動的輔機臺數； i 為輔機設備的啟動順序。

同時，為了防止突發負荷超載，系統應預留裕度ΔP ，計算公式為

P_max=P_total(t)+ΔP，

式中： P_max 是系統最大承載能力， MW;P_total(t) 是當前計算出的總負荷，MW; ΔP 是裕度，MW，通常設置為設備最大承載能力的 10%～20% 。

負荷計算還必須考慮設備啟動后的瞬時功率需求和負荷曲線。例如引風機啟動時的瞬時功率需求可能高于運行功率，系統需要根據這些特性合理安排設備的啟動時間和順序。通過精確的負荷計算，可以避免設備啟動時對系統造成不必要的沖擊，確保負荷始終處于可控范圍內。

啟動過程中的瞬時功率需求可能會高于設備的正常運行功率，特別是在啟動初期。引風機啟動時的瞬時功率需求可能達到正常功率的3\\~8倍。為了控制瞬時負荷，可以采用變頻器或其他調節設備來平穩負荷的增長。

設備啟動時的瞬時功率需求可以表示為

P_instant(t)=α_i?P_i(t)

式中： P_instant(Φ_t) 是第 i 個設備在啟動時的瞬時功率需求，MW; α_i 是設備啟動時的瞬時功率倍數； P_i(t) 是設備的正常運行功率， MW 。

通過合理計算瞬時功率需求，可以避免設備啟動時的負荷沖擊。

負荷調節是機組啟動過程中的關鍵環節，特別是對于大功率設備的啟動，需要采取相應的調節措施。可以通過使用變頻器等設備來調節負荷增長，避免負荷突增導致超載。為了平穩負荷，負荷調節系數 β_i 會被引人，確保每個設備負荷按計劃進行調整。

負荷調節過程可以通過以下公式來表達

P_adjusted(t)=P_normal(t)?(1+β_i)，

式中： P_adjusted(t) 是調節后的負荷， MW;P_nomal(t) 是設備的正常運行負荷， MW;β_i 是負荷調節系數(通常為負值，用于削減負荷，或為正值，用于增加負荷）。

通過調節系數 β_i ，系統能夠靈活調整設備的負荷，以避免超載或負荷波動過大，特別是大功率設備的啟動過程。

可以通過動態規劃方法來優化啟動順序，最小化啟動時間和負荷波動的綜合影響。優化目標可以表示為

式中： t_i 是第 i 個設備的啟動時間； P_i 是第 i 個設備的負荷需求。

目標是最小化總的啟動時間和負荷壓力，避免在短時間內啟動多個大負荷設備。

同時，設備之間的協調性需要通過優化模型進行處理，確保設備按順序啟動，避免負荷超載或系統崩潰。設備負荷的最優順序可以通過約束條件來實現

2.3 實時負荷預測

負荷預測是優化機組啟動順序的關鍵手段。現代電力系統引入智能控制系統，通過對設備運行數據的實時監測和歷史數據的分析，提前預測各設備的負荷需求。該項目的智能控制系統能夠根據以往的啟動數據和當前的設備運行狀態，提前預測啟動過程中各階段的負荷需求。這種預測能力能夠極大地提高系統的穩定性和運行效率，避免負荷需求超出柴油發電機組的供電能力。

通過負荷預測系統，該項目能夠在啟動前準確預估負荷峰值的出現時間，并及時調整設備的啟動順序和時間。例如如果預測表明某設備的負荷需求將在未來幾分鐘內迅速增長，系統可以延遲其他設備的啟動時間，確保負荷平穩增長。

2.4 自適應優化控制

自適應優化是智能控制系統的核心功能之一。通過實時監測設備的運行狀態，智能控制系統能夠根據實際情況自動調整設備的啟動順序和負荷分配。例如當某設備的負荷需求超出預期時，系統可以自動延遲其他設備的啟動，或通過負荷削減策略降低部分設備的運行功率，確保負荷平衡。

自適應優化控制不僅可以應對突發的負荷變化，還能夠根據設備的運行歷史數據進行長遠的優化。例如如果某設備在多次啟動過程中出現了負荷超載或啟動失敗的情況，系統可以根據歷史數據調整其啟動參數，避免類似問題的再次發生。這種自適應能力大大提高了系統的穩定性和運行效率，減少了設備故障率和維護成本。

機組啟動過程中的負荷平衡和啟動順序優化是實現系統穩定運行的核心目標。為了確保啟動過程的平穩，可以采用分階段啟動的策略，逐步啟動負荷較小的設備，并避免大功率設備同時啟動，以降低負荷瞬時峰值。

3智能控制系統的應用

3.1智能控制系統的負荷預測

該項目的智能控制系統不僅能夠對設備的負荷需求進行實時監測，還能夠通過歷史數據分析預測未來的負荷變化。

在該項目中，智能控制系統通過對以往多次啟動數據的分析，建立了一個詳細的負荷模型，能夠提前預測負荷峰值的時間和大小。例如系統通過分析歷史數據得出：鍋爐啟動后，負荷將在 5min 內從5MW快速上升至10MW。因此，智能系統會在鍋爐啟動前調整輔機的啟動順序，推遲某些大功率設備的啟動時間，確保負荷的平穩增加，避免負荷峰值超出柴油發電機組的供電能力

此外，智能控制系統還能根據實時數據進行動態負荷調整。如果啟動過程中發現某臺設備的負荷需求大于預期，系統可以通過削減非關鍵負荷、推遲其他設備的啟動時間等方式，實現對負荷的即時調整。這樣，在負荷需求發生較大波動時，系統依然能夠保持負荷的穩定，避免瞬時過載對系統造成沖擊。

3.2負荷調節的自適應優化

負荷調節中的自適應優化能力是智能控制系統的一個重要特性。在實際啟動過程中，負荷需求可能因外部條件、設備狀況等因素發生不可預測的變化，而智能控制系統能夠根據這些變化進行自適應調整，保證啟動過程的平穩進行。例如如果某臺輔機設備在啟動時的實際負荷超出預測值，系統可以立即對啟動順序進行調整，延遲其他設備的啟動時間，確保柴油發電機組不會因為瞬時負荷過大而超載。

智能控制系統的自適應優化還體現在對不同啟動情況的應對能力上。例如在天氣惡劣的情況下（如極端低溫或高溫），設備的啟動負荷需求可能會與正常情況有所不同。這時，智能系統可以根據環境條件進行適當的負荷調整，以保證設備啟動的順利進行。

自適應優化不僅僅局限于啟動過程中，還可以用于設備的日常運行。通過不斷積累設備運行的歷史數據，系統可以對設備的負荷特性進行長期分析和優化，逐漸提高設備的運行效率，并減小故障發生率。

4實例分析與數據預測

4.1實例分析

在該項目的實際啟動過程中，機組啟動順序的優化策略取得了顯著成效。例如在一次冷態啟動過程中，系統按照預先設定的啟動順序，依次啟動引風機、送風機和水泵，整個啟動過程中的負荷增長呈現出平穩遞增的趨勢。在前 10min 內，負荷保持在7MW以下，避免了負荷的突然增加對柴油發電機的沖擊。

啟動數據表明，通過合理的啟動順序設計和負荷分配，系統可以有效避免負荷峰值的出現，并在啟動過程中保持負荷平衡。柴油發電機組的負荷逐步增加，在整個過程中保持在安全范圍內，最終系統成功進入并網狀態。

4.2 負荷數據的借鑒與預測

基于多次啟動的負荷數據，智能控制系統能夠為未來的啟動過程提供可靠的負荷預測。例如歷史數據表明，鍋爐點火后 30min 內，輔機負荷將從5MW上升至

7MW 。根據這一預測，系統可以在鍋爐點火前適當延遲部分大功率設備的啟動，確保負荷不會在短時間內超出柴油發電機的供電能力。

這種基于歷史數據的預測能力不僅可以提高系統的啟動效率，還可以減少設備啟動過程中發生故障的概率。通過不斷優化負荷預測模型，智能控制系統可以在每次啟動前提前進行調整，確保啟動過程中的負荷分配更加合理。

5 結束語

通過對印尼某大型生物質與燃煤摻燒發電項目的機組啟動順序優化分析，本文展示了在現代電力系統中如何通過合理的負荷管理和智能控制技術來確保機組的安全啟動。合理的啟動順序設計、實時的負荷預測、自適應優化控制以及完善的應急啟動和故障處理方案，是確保系統平穩運行的關鍵。

該項目通過引入智能控制系統，大幅提升了系統在負荷管理和故障處理方面的能力。負荷的精準分配、啟動順序的優化以及自適應調整策略不僅提高了系統的運行效率，還顯著減少了系統停機和設備故障的風險。

未來，隨著智能控制系統的進一步完善和數據積累，機組啟動過程中的負荷預測和自適應優化將更加精準，為類似的項目提供更多的借鑒與參考。通過持續的優化與技術改進，機組啟動將變得更加高效、可靠，從而推動電力系統整體運行的穩定性與安全性。

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