（華能國際電力股份有限公司長興電廠，浙江長興313100）

實時優(yōu)化控制系統(tǒng)在660 MW超超臨界機組的應(yīng)用

董勇衛(wèi)，柏元華，房文蔚，程辰晨，鄭冬浩

（華能國際電力股份有限公司長興電廠，浙江長興313100）

國內(nèi)新建火電機組的控制策略主要采用各DCS調(diào)試單位的組態(tài)邏輯，普遍存在機組控制精確較低、調(diào)節(jié)品質(zhì)不夠理想等問題。通過采用先進的實時優(yōu)化控制系統(tǒng)對機組的控制性能進行改造優(yōu)化，取得了明顯的效果。

實時優(yōu)化；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

1 工程概況

華能長興發(fā)電廠“上大壓小”工程新建2×660 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組于2014年12月投產(chǎn)，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司產(chǎn)29.4 MPa/ 605/623℃參數(shù)的變壓運行直流爐；汽輪機為上海電氣集團股份有限公司引進西門子技術(shù)生產(chǎn)的28 MPa/600/620℃參數(shù)的中間再熱凝汽式汽輪機；發(fā)電機為上海電氣集團股份有限公司產(chǎn)額定功率660 MW的水氫氫冷發(fā)電機；每臺機組設(shè)置1套100%容量的汽動給水泵，2臺機組共用1套30%BMCR（鍋爐最大出力工況）電動啟動給水泵，每臺機組配置2臺引增合一汽輪機驅(qū)動風(fēng)機。控制系統(tǒng)為艾默生過程控制有限公司的Ovation 3.5系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有MCS（模擬量控制系統(tǒng)）采用常規(guī)的串級PID調(diào)節(jié)方式，主要包括協(xié)調(diào)控制、壓力控制、給水控制、汽溫控制、脫硫pH值控制、脫硝NOX控制等。在機組工況、設(shè)備穩(wěn)定的情況下，機組的主汽壓力、主再汽溫調(diào)節(jié)、協(xié)調(diào)、AGC（自動發(fā)電控制）基本能滿足機組正常運行需要，控制指標能達到自動化規(guī)范的要求。但當機組在加減負荷、啟停磨煤機等工況擾動變化較大的情況下，常會出現(xiàn)控制參數(shù)大幅偏離設(shè)定值、調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)定的情況，控制效果明顯變差。圖1為長興發(fā)電廠2號機組在420～590 MW的運行區(qū)間主要控制參數(shù)的波動情況，可以發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)主要存在以下問題：

李公甫是個普通男人。他第一次出場，就被上司訓(xùn)了個狗血淋頭：“公庫銀子屢次失竊，實在非同小可，此案若是不破，不能夠追回庫銀，那本縣的前程不僅是栽在你的身上，連腦袋都要搬家了！”

（1）閥門控制：當機組在420—590 MW的區(qū)間運行時，高壓調(diào)門的平均開度僅為30%左右，即使在機組滿負荷運行時，高壓調(diào)門的開度也只能開到35%，造成調(diào)門節(jié)流損失巨大，運行經(jīng)濟性受損，超超臨界機組的能耗優(yōu)勢無法體現(xiàn)。

（2）壓力控制：主汽壓力波動非常明顯，與設(shè)定值最大動態(tài)偏差超過1.2 MPa。該機組曾發(fā)生過由于壓力控制過調(diào)，在升負荷至660 MW時，主汽壓力超壓，PCV閥動作開啟的事件。

基本參數(shù)設(shè)置完成后，計算結(jié)果見圖10，東向(出港)數(shù)據(jù)設(shè)置保持不變，6種曲線對應(yīng)的碰撞事故分析結(jié)果如圖10所示。

（1）負荷控制：機組實際負荷跟隨設(shè)定變負荷速率變化，動態(tài)響應(yīng)過程平穩(wěn)，響應(yīng)時間、動態(tài)偏差、穩(wěn)態(tài)控制精度均滿足要求。

（5）SCR（選擇性催化還原）脫硝控制：從圖1曲線可看出當NOX濃度設(shè)定值為25 mg/m3時，NOX濃度最低為17.8 mg/m3，最高為46.1 mg/m3，變化非常大，且有較長時間控制在20 mg/m3左右。使得SCR噴氨量大大超過實際工況的需求，一方面造成了液氨的損失，另一方面氨逃逸的增加易引起空預(yù)器堵灰，造成空預(yù)器壓差增大。

圖1 機組在420—590 MW負荷段負荷、主汽壓力、主、再熱汽溫、NOX及SO2變化曲線

3 控制系統(tǒng)改進

鑒于常規(guī)的控制方式已難以滿足超超臨界燃煤發(fā)電機組的運行需求，華能長興發(fā)電廠決定對現(xiàn)有控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。傳統(tǒng)的優(yōu)化方式僅僅在原有的DCS控制系統(tǒng)中通過修改控制邏輯、調(diào)整PID參數(shù)、增加前饋信號等方式來提高控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，由于DCS控制系統(tǒng)中只有常規(guī)的PID等控制模塊，無法適應(yīng)大容量、高參數(shù)機組控制對象的快速響應(yīng)和穩(wěn)定性要求，很難徹底解決問題。

（4）對DCS控制邏輯進行修改，增加DCS系統(tǒng)與INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)的通信點、切換邏輯和判斷條件。同時在協(xié)調(diào)系統(tǒng)、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)等操作畫面中增加INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)投/切操作按鈕和條件提示框。

（1）硬件方面：INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)選用Siemens S7系列PLC作為系統(tǒng)的硬件平臺，系統(tǒng)采用“雙冗余電源+CPU模塊MODBUS通信模塊”的硬件配置方式。

本文采用面板數(shù)據(jù)的LSDV方法進行系數(shù)估計，所有個體維度上不隨時間變動或者時間維度上不隨個體變動的因素均通過設(shè)置虛擬變量加入到模型中，因此實際估計的模型為：

（2）軟件方面：在Siemens Step7編程環(huán)境中采用SCL和STL語言開發(fā)了高級算法模塊，建立類似一般DCS系統(tǒng)的組態(tài)函數(shù)庫，以類似DCS組態(tài)的方式調(diào)用函數(shù)，組成具體的控制邏輯。

（3）INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)通過MODBUS通信與DCS融為一體，如圖2所示，系統(tǒng)與DCS不斷通過征詢、檢測來判斷雙方的工作狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)的準確性，發(fā)現(xiàn)任一信號故障，系統(tǒng)將所有輸出控制指令（如給水流量指令、給煤量指令、汽機調(diào)門指令等）保持，并立即將控制權(quán)限切回原DCS系統(tǒng)。實時優(yōu)化系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間都是無擾切換，系統(tǒng)間的切換不會造成控制參數(shù)波動，即使實時優(yōu)化系統(tǒng)在運行過程中掉電，也不會對機組安全運行造成影響。

圖2 INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)間的接口

最近幾年出現(xiàn)的基于獨立平臺的實時優(yōu)化控制系統(tǒng)則可以克服上述缺點，解決目前火電機組普遍存在的控制難點問題。實時優(yōu)化控制系統(tǒng)采用模糊預(yù)測控制技術(shù)，可以提前預(yù)測被調(diào)量（如主汽壓力、汽溫等參數(shù)）的未來變化趨勢，解決了火電機組控制對象的大滯后問題；同時，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法來跟蹤控制對象的非線性和時變性等動態(tài)特征，實時計算、校正控制回路中的各項控制參數(shù)，使得控制參數(shù)根據(jù)控制對象的變化進行實時的修正，從而保證調(diào)節(jié)品質(zhì)不斷自主優(yōu)化。

4 控制系統(tǒng)性能試驗

4.1 高負荷段變負荷試驗

機組投入INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)，以12 MW/min的速率在540～600 MW連續(xù)進行多次60 MW幅度的負荷擾動試驗，該過程中的負荷、主汽壓力、汽溫控制、NOX及SO2控制參數(shù)曲線見圖3。

就農(nóng)機而言，機械化生產(chǎn)是目前現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中能源消耗和碳排放的主要環(huán)節(jié)之一，墾區(qū)農(nóng)機總動力的不斷增加(從表中經(jīng)對比可以看出2010年墾區(qū)農(nóng)機總動力是2005年農(nóng)機總動力的約1.55倍；而相同期間耕地面積增長為1.23倍即說明單位耕地面積農(nóng)機總動力呈現(xiàn)出增長態(tài)勢)將直接增加柴油等碳源量較大的資料的消耗，或?qū)⒃谝欢ǔ潭壬舷拗频吞嫁r(nóng)業(yè)的發(fā)展，那么低碳農(nóng)機的應(yīng)用與推廣將成為未來墾區(qū)在低碳經(jīng)濟發(fā)展過程中的主要方向。

（3）溫度控制：主汽溫度在設(shè)定值為605℃時，汽溫最高達609.3℃（靠人工干預(yù)才控制?。?，最低為592.1℃；再熱汽溫最低602.1℃，最高624.8℃。汽溫波動幅度很大，超溫和低溫情況都很明顯。由于機組設(shè)計參數(shù)為國內(nèi)一次再熱機組最高參數(shù)，主汽溫度為605℃，再熱汽溫為623℃，但由于其材質(zhì)仍采用常規(guī)超超臨界機組的相同材質(zhì)，為防止汽溫波動引發(fā)超溫對鍋爐管壁金屬材料造成影響，特別是在AGC模式下，負荷的快速變化，極易發(fā)生鍋爐管壁的大面積超溫，因而實際運行中常將汽溫設(shè)定值設(shè)置較低，使機組未能壓紅線運行，經(jīng)濟性明顯下降。

圖3 高負荷段負荷擾動試驗機組主要參數(shù)控制曲線

機組投入INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)后，在高負荷段進行12 MW/min速率變負荷擾動試驗的整體性能如下：

（1）負荷控制：機組實際負荷嚴格按照設(shè)定變負荷速率變化，動態(tài)過程平穩(wěn)，無振蕩，過調(diào)量很小。實際變負荷速率、響應(yīng)延遲時間、動態(tài)偏差、穩(wěn)態(tài)控制精度均滿足要求。

（2）主汽壓力控制：主汽壓力的最大動態(tài)偏差僅為0.34 MPa，平均動態(tài)偏差僅為±0.3 MPa，穩(wěn)態(tài)偏差小于±0.1 MPa。

（3）汽溫控制：主汽溫度在設(shè)定值為605℃時，多次變負荷試驗中最高605.8℃，最低為601.3℃，最大動態(tài)偏差僅為3.7℃，平均動態(tài)偏差為±1.7℃。再熱汽溫始終能控制在612～620℃，相當于正?？刂魄闆r下僅存在±4℃的最大動態(tài)偏差。

（2）主汽壓力控制：主汽壓力最大動態(tài)偏差僅為0.39 MPa，平均動態(tài)偏差僅為±0.24 MPa，在負荷穩(wěn)定時的穩(wěn)態(tài)偏差小于±0.1 MPa。

1.2.2 訪談法 就中國武術(shù)教材“走出去”的現(xiàn)實境況和出路等問題，對李士英教授、劉昕教授、王智慧教授、周小青副教授、王芳副教授、郝曉岑副教授等15位專家進行了訪談，專家們主要是來自高等院校從事武術(shù)與民族傳統(tǒng)體育、體育教育學(xué)、體育文化專業(yè)教學(xué)、科研一線的教師，均具備高級職稱，訪談結(jié)果為本研究提供了重要的理論和現(xiàn)實支持。同時，對北京體育大學(xué)、北京語言大學(xué)和外交學(xué)院3所院校的40名來自不同國家的武術(shù)留學(xué)生進行訪談，更加深入地了解目前中國武術(shù)教材在國際推廣方面存在的具體問題，為研究的開展提供重要支撐。

（5）SCR脫硝控制：NOX濃度設(shè)定值為36 mg/m3時，煙囪出口NOX濃度的最大動態(tài)偏差為7 mg/m3，且絕大部分時間均能有效控制在±5 mg/m3的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時僅存在1～2 mg/m3的偏差。

4.2 低負荷段變負荷試驗

2.6 乳腺超聲光散射成像與血清CA153、CEA單獨和聯(lián)合檢測對乳腺腫瘤的診斷價值比較 乳腺超聲+CA153+CEA對乳腺腫瘤診斷的敏感度、準確率、陰性預(yù)測值均顯著高于乳腺超聲、CA153、CEA，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)，但二者的特異度、陽性預(yù)測值之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)。見表7。

機組投入INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)，以12 MW/min的速率在390～450 MW連續(xù)進行多次60 MW幅度的變負荷擾動試驗，該過程中的負荷、主汽壓力、汽溫控制、NOX及SO2控制參數(shù)曲線見圖4。

圖4 低負荷段變負荷擾動試驗機組主要參數(shù)控制曲線

機組投入INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)后，在低負荷段進行12 MW/min速率變負荷擾動試驗的整體性能如下：

（4）FGD（煙氣脫硫）pH供漿調(diào)門控制：控制性能較差，為避免環(huán)?？己耍\行人員大部分時間都將SO2濃度設(shè)定值設(shè)置在15 mg/m3（標況值，以下同）以下，造成過度供漿，造成石灰漿液的浪費和漿液循環(huán)泵的電能損失。當燃燒工況發(fā)生較大變化時，供漿調(diào)門控制反映遲緩，需要運行及時人工干預(yù)，存在環(huán)?？己孙L(fēng)險。

（4）FGD脫硫供漿調(diào)門控制：SO2濃度設(shè)定值為20 mg/m3時，凈煙氣SO2濃度的最大動態(tài)偏差為8 mg/m3，且絕大部分時間均能有效控制在±5 mg/m3的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時僅存在1～2 mg/m3的偏差。

在11月1日的座談會上，習(xí)近平總書記提出了新的一道門——“卷簾門”。顧名思義就是，相對于“玻璃門”而言，則是看不見，開關(guān)靠遙控器，開多大就多大，看似有門，但卷簾只拉上了一部分，你得“卑躬屈膝”才可能進去；

（3）汽溫控制：主汽溫度在設(shè)定值為605℃時，最高606℃，最低為601.5℃，最大動態(tài)偏差為3.5℃，平均動態(tài)偏差不到3℃。再熱汽溫始終能控制在612～626℃，相當于正?？刂魄闆r下僅存在±7℃的最大動態(tài)偏差。

（4）FGD脫硫供漿調(diào)門控制：SO2濃度設(shè)定值為21.6 mg/m3時，凈煙氣SO2濃度的最大動態(tài)偏差10 mg/m3，且絕大部分時間均能有效控制在±5 mg/m3的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時僅存在1～2 mg/m3的偏差。

內(nèi)蒙古引黃灌區(qū)是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，同時也是自治區(qū)重要的能源化工基地。引黃灌區(qū)中呼和浩特、包頭、鄂爾多斯三市經(jīng)濟總量約占自治區(qū)50%，財政收入約占60%[1]。然而，引黃灌區(qū)水資源總量僅占全區(qū)的8.65%，用水總量約占全區(qū)的50%左右[2]。隨著內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟與社會快速發(fā)展，引黃地區(qū)水資源供需矛盾將進一步加劇。必須大力發(fā)展引黃灌區(qū)高效節(jié)水技術(shù)，提高水分利用效率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水，使有限的水資源通過優(yōu)化配置，滿足工業(yè)與其他行業(yè)用水增長需求，保障自治區(qū)經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展。

（5）SCR脫硝控制：NOX濃度設(shè)定值為40 mg/m3時，煙囪出口NOX濃度的最大動態(tài)偏差為11 mg/m3，且絕大部分時間均能有效控制在±6 mg/m3的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時僅存在2～3 mg/m3的偏差。

4.3 AGC方式下的控制性能

主要分布在山間河谷漫灘中，含水層由第四系上更新統(tǒng)別拉洪河組沖積砂礫石組成，其中含約15%的黏性土，含水層厚度2.6～6.8 m，越向山間蔓延含水層越薄。單井涌水量為10 ～100 m3/d，滲透系數(shù) 5.0～10.0 m/d。

機組投入INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)，以12 MW/min速率在400～560 MW進行AGC方式的調(diào)節(jié)運行，該過程中的負荷、主汽壓力、汽溫控制、NOX及SO2控制參數(shù)曲線見圖5。

圖5 AGC方式下機組主要參數(shù)控制曲線

（1）負荷控制：在進行小幅AGC調(diào)節(jié)時的動態(tài)性能明顯更好，實際負荷幾乎與AGC負荷指令完全重合，響應(yīng)迅速，控制穩(wěn)定。

（2）主汽壓力控制：主汽壓力基本與設(shè)定值重合，僅極個別時間存在0.4～0.5 MPa的動態(tài)偏差，控制性能非常優(yōu)秀。

（3）汽溫控制：主汽溫最高為606.4℃，最低為598.8℃，且絕大部分時間主汽溫度偏差僅為2～3℃，控制非常平穩(wěn)。再熱汽溫最高為622.6℃，最低為612.6℃。即使在較低的負荷段，再熱汽溫也能保持在610℃以上，對比圖1可看出INNOV系統(tǒng)投入后，由于控制穩(wěn)定性的提高，可以將主、再汽溫定值設(shè)定在相應(yīng)的紅線參數(shù)，從而使主、再汽溫度有明顯提高。

（4）FGD脫硫pH供漿調(diào)門控制：SO2濃度設(shè)定值為25 mg/m3時，實際凈煙氣SO2含量始終能有效控制在±6 mg/m3的范圍內(nèi)，控制過程平穩(wěn)。

首先，強制性標準的效力來自法律的賦權(quán)?！皬娭菩詷藴时仨殘?zhí)行”是《標準化法》的概括賦權(quán)，其具體賦權(quán)的方式，有標準全文強制和部分條文強制兩種形式。這兩種形式，在我國強制性標準的文本中都是常見的。在標準發(fā)布時，不管是全文強制還是條文強制，標準編號上都以GB的面目呈現(xiàn)，以區(qū)別于GB/T所代表的推薦性標準。

（5）SCR脫硝控制：NOX濃度設(shè)定值為35 mg/m3時，實際NOX含量始終能有效控制在±7 mg/m3的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)過程無大波動。系統(tǒng)投入后在相同工況下，噴氨調(diào)節(jié)閥開度平均下降20%，平均噴氨量降低20 m3/h。

（6）高壓調(diào)門開度：在投入INNOV凝結(jié)水調(diào)頻系統(tǒng)后，高壓調(diào)門平均開度大幅提高。從圖5曲線可看出，在400～560 MW的運行區(qū)間，高壓調(diào)門的平均開度約在40%～45%，相比圖1投用原DCS控制系統(tǒng)時，高壓調(diào)門的平均開度增加10%以上，汽機等效節(jié)流量降低約4%，理論煤耗下降1.2 g/kWh。

5 結(jié)語

華能長興發(fā)電廠采用INNOV實時優(yōu)化系統(tǒng)對原有常規(guī)DCS的PID控制系統(tǒng)進行改造優(yōu)化，提高了機組控制系統(tǒng)的可靠性和調(diào)節(jié)性能，并取得了可觀的經(jīng)濟效益，為大型火電機組自動化水平的提高進行了有益的探索。

[1]李泉，陳波，陳衛(wèi)，等.TOP7協(xié)調(diào)優(yōu)化控制平臺在超（超超）臨界火電機組的應(yīng)用[J].浙江電力，2013，32（6）∶30-33.

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（本文編輯：徐晗）

Application of Real-time Optimization Control System in 660 MW Ultra-supercritical Unit

DONG Yongwei，BAI Yuanhua，F(xiàn)ANG Wenwei，CHENG Chenchen，ZHENG Donghao
（Huaneng Power International，INC.，Changxing Power Plant，Changxing Zhejiang 313100，China）

Control strategy of the newly built coal-fired power units in China mainly adopts the configuration logic of various DCS debuggers，which is generally inferior in control precision and adjustment quality.By adoption of an advanced real-time optimization control system,the control performance of the unit is improved and optimized，and favorable effect is achieved.

real-time optimization；control system；application

10.19585/j.zjdl.201707011

1007-1881（2017）07-0046-04

TK39

B

2017-04-10

董勇衛(wèi)（1967），男，高級工程師，從事熱工自動化技術(shù)管理工作。