袁俊文，馬 鋼，孔令慧，姚法勇，楊 偉

(1．黑龍江省電力科學研究院，黑龍江哈爾濱150030;2．大慶油田電力集團，黑龍江大慶163314;3．黑龍江省火電第一工程公司，黑龍江哈爾濱150090;4．國投晉城熱電廠，山西晉城048000)

0 引言

國投晉城熱電廠一期2×300 MW機組控制系統(tǒng)采用北京日立控制系統(tǒng)有限公司的HIACE－5000M分散控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制采用DEB方式，并且將負荷指令、DEB－TFF的微分以及主汽壓偏差作為前饋信號，解決了因燃煤品質(zhì)變化大而使機組負荷適應性差的問題，有效提高了機組對外界負荷需求的響應，提高了負荷響應的速率。

1 自動發(fā)電控制系統(tǒng)

AGC是根據(jù)電網(wǎng)負荷指令，直接控制發(fā)電機功率的自動控制系統(tǒng)。以電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)和電廠發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為基礎，通過兩者間實時閉環(huán)運行，控制發(fā)電機組的運行功率隨時跟蹤電網(wǎng)的負荷變化，并迅速平穩(wěn)地將系統(tǒng)頻率偏差及聯(lián)絡線功率偏差調(diào)整在規(guī)定的范圍內(nèi)。電網(wǎng)調(diào)度中心與機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的聯(lián)系信號如表1所示。

表1 AGC與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的聯(lián)系信號一覽表

網(wǎng)調(diào)AGC功能屬于能量管理系統(tǒng)(EMS)中的一個模塊，其基本功能為負荷頻率控制。AGC控制是根據(jù)區(qū)域控制偏差ACE的值來決定各參調(diào)機組的負荷，即將區(qū)域控制偏差按一定的比例分配給每臺機組。區(qū)域控制偏差(ACE)［1］由如下公式?jīng)Q定:

ACE= ΔP+K·Δf，

式中:ΔP為區(qū)域間聯(lián)絡線實際交換功率與計劃值間的偏差;K為電網(wǎng)頻率系數(shù);Δf為實際網(wǎng)頻與工頻(50 Hz)的差值。

2 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計方案

2．1 DEB協(xié)調(diào)控制方案介紹

直接能量平衡(DEB)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)［2－3］采用能量平衡信號作為鍋爐主控能量需求信號，鍋爐燃燒釋放的熱量作為反饋信號，以機組的能量平衡為出發(fā)點，以能量需求和能量釋放為控制信號的控制系統(tǒng)。實際上是一種運用了前饋控制技術的以鍋爐跟蹤為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

圖1 機組DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)總體方案

2．2 負荷給定值作為前饋信號

由于鍋爐是一個大慣性大遲延的對象，因此，為了滿足機組一定負荷響應速度，將負荷給定值作為前饋控制信號，用以克服鍋爐的遲延慣性和提高機組響應外界負荷速率。

當負荷給定改變時，鍋爐主控將負荷給定經(jīng)折線函數(shù)轉(zhuǎn)化為該負荷下所需要加入的估算煤量，并且與爐主控制器輸出疊加經(jīng)限幅后作為爐主控的最終輸出。與此同時，汽機主控將負荷給定經(jīng)折線函數(shù)轉(zhuǎn)化為一定的閥門開度，并且與機主控功率調(diào)節(jié)器輸出疊加經(jīng)限速限幅后作為機主控的最終輸出?？梢?，在機組負荷要求改變時，爐主控和機主控將并行地改變鍋爐的燃燒率和汽機的進汽量。

2．3 主蒸汽壓力偏差的控制作用

爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能使機組較快地適應電網(wǎng)負荷的要求。如果負荷要求增長的速率和幅度較大，會引起汽壓的變化幅值過大。因此為了限制汽壓變化，增加了非線性元件。當主汽壓偏差死區(qū)組件的Δ1時，機主控將主汽壓偏差經(jīng)線性變換后與負荷偏差疊加作為功率調(diào)節(jié)器的輸入，限制汽輪機進汽閥的開度變化，以保證主汽壓PT在允許的范圍變化;當主汽壓偏差死區(qū)組件的Δ2時，爐主控將主汽壓偏差轉(zhuǎn)化為開關量信號，作為DEB－TFF微分前饋的選通信號，以此來增強鍋爐的控制作用。這樣，就可以在過渡過程中讓主蒸汽壓力在允許的范圍內(nèi)變動而充分地利用鍋爐的蓄熱，使單元機組較快地適應負荷要求的變化，同時主蒸汽壓力的變化范圍也不大，機組的運行工況比較穩(wěn)定。

2．4 協(xié)調(diào)運行方式

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的關鍵在于解決機組的負荷適應性與運行穩(wěn)定性之間的矛盾，保證機組既能滿足電網(wǎng)對負荷響應速度的要求，又能使關鍵運行參數(shù)穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。既對汽機控制要充分利用鍋爐蓄能，滿足機組負荷要求，又要動態(tài)超調(diào)鍋爐的能量輸入，補償鍋爐蓄能。要對前饋環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，加快進入爐膛燃料量的調(diào)節(jié)，包括一次風的流量調(diào)節(jié)，二次風量調(diào)節(jié)，以及給煤量的調(diào)節(jié)，加快鍋爐的動態(tài)響應。當負荷發(fā)生變化時，鍋爐主控輸出將迅速同時改變一次風壓、二次風量以及磨煤機容量風門的開度(進入爐膛的煤量是容量風門的開度的折線函數(shù))，并將容量風門的開度作為給煤機調(diào)節(jié)磨煤機煤位的前饋信號，以保持一定的煤位。

2．5 定滑壓運行方式

滑壓運行雖然有利于機組快速啟動及變負荷運行，但對負荷的適應性產(chǎn)生不利的影響。當機組負荷變動在滑壓運行階段，鍋爐蓄熱能力將隨參數(shù)的變化而變化。當需要增加負荷時，鍋爐同時需要吸收一部分熱量來增加其蓄熱以提高汽包壓力;反之，在降低負荷時，鍋爐需要釋放蓄熱以降低汽包壓力。這兩種結果都阻礙機組對外界負荷需求的響應，降低了負荷響應的速率。而采用定壓方式不改變鍋爐蓄熱能力，可消除對負荷響應的負面影響。因而在AGC調(diào)節(jié)負荷的范圍內(nèi)，可以轉(zhuǎn)入定壓運行，增強對負荷變化的適應性。實際運行中可根據(jù)機組實際狀況選擇定壓或滑壓運行方式。

3 控制對象的動態(tài)特性以及調(diào)節(jié)器參數(shù)的試驗整定

主蒸汽壓力是衡量蒸汽流量與外界負荷兩者是否適應的一個標志，因此，要了解燃燒過程的動態(tài)特性主要是弄清楚主蒸汽壓力對象的動態(tài)特性。

協(xié)調(diào)方式下，在保證機組安全的前提下，燃燒率發(fā)生擾動時，主蒸汽壓力變化試驗曲線如圖2所示。

在圖2中，主蒸汽壓力變化一開始有遲延，遲延時間為1.52 min，最后近似直線上升，表現(xiàn)為無自衡多容控制對象的動態(tài)特性。依據(jù)無自平衡能力調(diào)節(jié)對象的整定參數(shù)表，可以查到在ψ=0.75時對應的PI調(diào)節(jié)時的比例系數(shù)，積分時間Ti=3.3τ=5.0，鍋爐主控PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為

圖2 燃燒率階躍擾動下的主汽壓力響應曲線

在協(xié)調(diào)方式下，負荷對于汽輪機調(diào)門擾動的響應很迅速，是滯后時間很短的有自平衡能力調(diào)節(jié)對象，試驗曲線如圖3所示。

圖3 負荷擾動時主蒸汽壓力的響應曲線

在圖3中，調(diào)門調(diào)節(jié)負荷時同時對主汽壓力產(chǎn)生影響，壓力又反過來影響負荷。依據(jù)有自平衡能力調(diào)節(jié)對象的整定參數(shù)表，可以查到在ψ=0.75時對應的PI調(diào)節(jié)時的比例系數(shù)k=0.25，積分時間Ti=3.3τ=45，汽機主控功率PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為

4 協(xié)調(diào)方式下機組負荷變動試驗及結果分析

國投晉城熱電廠一期2×300 MW機組在試驗過程中AGC指令變化比較頻繁，機組升、降負荷實際速率大于4.5 MW/min。AGC指令在從170～330 MW變化過程中，實際功率跟隨負荷給定值迅速及時，偏差在－1.6～1.1 MW之間波動;主蒸汽壓力跟隨設定值迅速平穩(wěn)，壓力波動在允許范圍內(nèi)(0.04～0.48 MPa)，基本能夠滿足電網(wǎng)調(diào)度對機組AGC的要求。表2給出了AGC試驗過程中采集到的部分動態(tài)數(shù)據(jù)。

表2 AGC試驗過程采集的部分動態(tài)數(shù)據(jù)

通過得到的試驗結果及表2顯示的數(shù)據(jù)，可以確認該機組在AGC方式下運行穩(wěn)定，各模擬量控制子系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果良好。

5 建議

為了提高火電機組對AGC控制的負荷響應能力，需要從設備、控制方式及運行方式等多方面進行綜合改進，并結合先進控制策略使控制系統(tǒng)設計既滿足AGC負荷變化要求，又簡潔實用。

［1］李衛(wèi)華，王玉山，段南，等．600 MW火電機組AGC運行方式下的控制特性分析［J］．華北電力技術，2004(11):1－4．

［2］敖員紅，鄔菲．350 MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化［J］．江西電力，2008，32(3):37 －40．

［3］邊立秀，周俊霞編著．熱工控制系統(tǒng)［M］．北京:中國電力出版社，2001．