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《安裝雜志》2014年第八期

1機組協調控制策略分析

1.1最初協調控制策略協調控制系統是指將鍋爐-汽輪發電機組作為一個整體進行控制，通過控制回路協調鍋爐與汽輪機組在自動狀態的工作，給鍋爐、汽輪機的自動控制系統發出指令，以適應負荷變化的需要，盡最大可能發揮機組調頻、調峰的能力。協調控制系統（CCS）主要包括機組負荷指令控制、汽機主控、鍋爐主控、壓力設定、頻率校正、RB等控制回路。它直接作用的執行級是鍋爐燃燒控制系統和汽機控制系統。協凋控制系統主要有4大控制子系統：給水控制系統、汽溫控制系統、燃燒控制系統和汽機控制系統，各子系統與協調控制系統之間的結構關系如圖2所示。鍋爐燃燒控制系統和汽機控制系統是協凋控制系統的執行級，給水控制系統通過主汽流量前饋信號與機組負荷指令進行協凋，汽溫控制系統則通過煤量或風量前饋信號與鍋爐燃燒指令進行協凋。為了充分保證機組負荷調整的響應速度和平穩性，機組選擇直接采用DEB信號作為鍋爐負荷指令的直接能量平衡協調控制系統（如圖3所示）。機爐控制的根本任務在于維持整個機組運行過程中的能量平衡，通過構造出能量需求信號，并依此控制能量輸入的系統，稱為DEB。增加動態補償功能后的能量平衡公式為。式中：PT為機前壓力測量值，PS為機前壓力設定值，Pd為汽包壓力，TEF為總能流量信號，K1為汽機能量需求信號系數，K2為鍋爐熱量釋放信息系數。DEB協調控制系統的特點是：（1）機組的功率由汽輪機調節汽門進行控制，具有爐跟機方式的特點，即機組對外界負荷的響應性好；（2）采用TEF加上汽包壓力的微分信號表示鍋爐熱量釋放信號，其中dPd/dt代表了鍋爐熱負荷與汽輪機荷的平衡關系。（3）采用與汽輪機調節閥開度成正比的信號及其微分量之和加上機前壓力設定值的微分量（式1）作為鍋爐負荷指令，式1的微分項在動態過程中加強燃燒指令，以補償機、爐之間對負荷要求響應速度的差異。機組在滑壓運行工況下，Ps是一個變量。該協調控制系統共設置有4種控制模式：（1）基本方式（BASE）：鍋爐、汽機主站都在手動控制方式。（2）鍋爐跟隨方式（BF）：汽機主站在手動狀態，鍋爐主控在自動狀態，自動維持主氣壓在允許范圍內變化。（3）汽機自動方式：鍋爐主站在手動狀態，汽機主站控制機組負荷。（4）鍋爐跟隨協調控制方式（CC-BF）：鍋爐、汽機主站都在自動狀態，鍋爐主站調節主汽壓力，汽機主站調節機組負荷。

1.2結合背景現狀分析存在的問題協調控制系統首次投入后，在負荷擺動次數較少的情況下能夠基本滿足機組運行需求和電網負荷控制要求。一旦硅業設備出現較為頻繁的啟停，電廠負荷被迫產生高頻率擺動（如圖1），就會出現燃料主控超調量逐步增大，汽輪機調門擺動幅度也逐漸增加，最終導致燃料主控自動切除，機組由協調控制方式切換為汽機自動方式運行。協調控制退出主要是鍋爐蓄能速度與汽機能量需求變化速度之間的不匹配造成，而一般的控制策略無法滿足該自備電廠負荷控制需求的根本原因，則是高頻率和大幅度目標負荷波動致使同一方向擾動多次疊加，從而帶來過大超調量，無法滿足機組穩定運行需求。在此過程中也伴隨著主蒸汽壓力和過熱器、再熱器出口蒸汽溫度偏離正常范圍。因此要實現長期穩定的協調控制，必須要在動態過程中減少鍋爐蓄能與汽機能量需求偏差，主要手段則是要加快燃料主控相應速度和提高燃燒效率并且維持主蒸汽壓力的穩定。由于機組負荷的硬性要求，無法針對汽機自動作出過多調整，因此協調控制策略的優化重點是燃料主控調整以及鍋爐、汽機子系統自動控制邏輯優化。

2燃料主控調整優化

為了加快燃料主控對于機組負荷調整的響應速度，PID采用機組負荷波幅值。設定值作為前饋，并依據實際煤種品質設置前饋增益。通過增強PID前饋作用，增加鍋爐燃料補給或減少速度，可以直接縮短負荷擾動下鍋爐相對蓄能時間，以減少汽機能量需求快速變化的時間差，同時加快主蒸汽壓力變化速度。同時為了避免運行人員手動輸入機組負荷指令時的誤操作引起燃料主控突變，可以根據實際負荷通過負荷與煤量的對應關系，并且根據實際運行曲線，總結折算出負荷煤量折線函數。針對不同負荷條件下，分3個區間對鍋爐燃料主控做閉鎖增和閉鎖減邏輯，如圖4所示。圖4中A1表示機組負荷，A2為機組瞬時總給煤量。通過燃料主控的閉鎖增減邏輯，可以有效控制超調量，在滿足快速調節的同時限制負荷過調量，保證線路穩控裝置不會動作。

3鍋爐子系統自動控制系統優化

為適應機組負荷快速變化，在加快燃料主控響應速度的基礎上，同樣需要提高鍋爐燃燒效率，因此與此相關的子系統自動控制策略也必須克服燃料快速增減所帶來的大幅度擾動，并且保證較高的燃燒效率，提高鍋爐蓄能的速度，加快機前壓力的方向變化。

3.1磨煤機一次風控制系統優化在磨煤機一次風量控制回路中，磨煤機一次風量的設定值由給煤機的實際煤量決定。實際煤量經由折線函數轉換為一次風量設定的實際設定值。經過修正后的一次風量與設定值由PID完成比較運算，最后驅動熱風擋板進行風量調節。在磨煤機出口溫度控制回路中，磨煤機出口溫度的設定值由運行人員根據經驗設定，通過PID運算最后驅動冷風擋板進行溫度調節。磨煤機出口溫度是磨煤機的重要保護之一，為了避免煤量大幅度擾動過程中熱風擋板快速調節和磨煤機出口溫度變化滯后引起跳磨的風險，冷風調節PID引入熱風調節作為前饋，加快冷風調節響應速度。每臺磨煤機配備有3個一次風量變送器，但由于實際供貨原因3個風量變送器取自同一個流量孔板，取樣管也由同一母管引出。考慮到風量變送器取樣管可能被堵，最初的配備有自動定期清理取樣管的定時吹掃裝置，但由于3個風量變送器取樣管的布置方式，每次吹掃都會導致3個一次風量同時產生較大波動甚至變壞，因此最終改為不定期手動吹掃，吹掃前強制好當前風量或手動解除一次風量自動。流量變送器廠家提供的風量計算公式與實際使用過程中存在較大的變差，因此在鍋爐動力場試驗過程中通過模擬不同工況下磨煤機出力和長期運行過程中的規律總結，對磨煤機一次風風量計算公式進行了修正。由于給煤機稱重系統本身存在誤差，瞬時煤量抖動較為頻繁，因此在風量自動控制PID中RSP由3個信號高選得到。

3.2送風及氧量控制系統優化在協調控制系統中，風量-氧量控制是燃燒控制中的一個重要組成部分。在動態調節過程中，必需保證風量大于煤量；靜態則要保持適當的風煤比例，即保證一定的過剩空氣系數α。為了獲得較快的風量響應，一般采用送風機調節風量，二次風擋板調整風箱與爐膛差壓。由于爐膛負壓自動控制系統引用風量PID輸出作為前饋，因此當給煤量產生較大波動時爐膛負壓會快速波動并改變引風機動葉開度，而此時風量調節速度和二次風擋板調節速度滯后會導致爐膛入口二次風壓瞬間降低甚至接近為零，直接導致空氣量不足，影響爐內溫度的穩定進而影響蒸汽參數。為避免此類情況發生，在送風機動葉自動控制PID中，將左右側爐膛入口二次風壓力取平均在0.2kPa和0.35kPa分別作為低限和高限對送風自動進行閉鎖減和閉鎖增控制。

3.3主蒸汽溫度控制系統優化在鍋爐動態調整過程中，如果能夠將主蒸汽溫度維持在較為穩定的區間內，有利于加快調節主蒸汽力，在一定程度上減少鍋爐蓄能滯后。主蒸汽一、二級減溫水設計最大流量分別為118t/h和15t/h，再熱蒸汽減溫水設計最大流量為25t/h。在給煤量較大幅度波動時，二級減溫水對于主蒸汽溫度的調節作用不是十分明顯，因此在參數設置過程中，加快對燃燒器擺角的控制，同時加大一級減溫水的調節作用，二級減溫水作為輔助調節手段。

4小結

石河子電網容量限制和廠內用電設備頻繁啟停所帶來的機組負荷大幅度調整，是自備電廠協調控制最大的難點，為了避免穩控裝置動作導致孤網運行帶來重大經濟損失，必須在協調控制策略優化過程中犧牲鍋爐、汽機運行的穩定性來保證機組出力能夠快速響應外界負荷變化所引起的大幅度、高頻率調整。通過加大燃料主控前饋作用和有效調整PID各項參數，鍋爐出力快速滿足汽機能量需求得到一定程度的改善，加上鍋爐子系統自動控制策略的相關調整，提高了鍋爐燃燒效率進一步改善了鍋爐的蓄能速度，協調控制策略優化效果明顯，在機組并網后的相當長一段時間內負荷控制比較穩定，波動有所減緩，在同類型機組中有一定的借鑒意義。

作者：陳國清孫耀單位：浙江省火電建設公司