雙細(xì)則考核下發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化研究

賈峰生，張志春

（1.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.山西漳澤電力股份有限公司蒲州發(fā)電分公司，山西 永濟(jì) 044500）

雙細(xì)則考核下發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化研究

賈峰生1，張志春2

（1.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.山西漳澤電力股份有限公司蒲州發(fā)電分公司，山西 永濟(jì) 044500）

以某電廠2×300MW機(jī)組為例，分析了在自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)雙細(xì)則考核要求下燃煤發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在負(fù)荷適應(yīng)性方面存在的響應(yīng)滯后、響應(yīng)速度不夠快、容易超調(diào)等現(xiàn)象，并結(jié)合機(jī)組設(shè)備構(gòu)成和燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，研究和論證了所采取的一系列調(diào)整、運(yùn)行方法及措施。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；自動(dòng)發(fā)電控制；優(yōu)化

0 引言

現(xiàn)代火力發(fā)電機(jī)組控制已普遍采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)AGC（Auto Generator Control）是連接電網(wǎng)與單元機(jī)組之間的紐帶，承擔(dān)著協(xié)調(diào)鍋爐、汽機(jī)控制系統(tǒng)以響應(yīng)調(diào)度負(fù)荷指令的重要任務(wù)，其控制性能直接取決于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制特性。

為了更進(jìn)一步提高電能質(zhì)量，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負(fù)荷適應(yīng)性問(wèn)題一直是協(xié)調(diào)控制著重解決的問(wèn)題，尤其對(duì)配備直吹式制粉系統(tǒng)的燃煤煤粉爐機(jī)組更為突出，該類型機(jī)組響應(yīng)滯后大，穩(wěn)定周期長(zhǎng)，對(duì)機(jī)組壓力的控制需要有更完善的手段。

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

某電廠2×300MW機(jī)組鍋爐采用燃煤汽包鍋爐，燃燒系統(tǒng)由5臺(tái)正壓直吹式磨煤機(jī)和12支1.2 t/h的油槍組成，送風(fēng)機(jī)控制鍋爐總風(fēng)量；給水系統(tǒng)由3臺(tái)50%負(fù)荷的電泵組成；汽機(jī)采用亞臨界、一次再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)；熱控設(shè)備采用ABB公司生產(chǎn)的分散控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖1[1]。

發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS（Coordinating ControlSystem）主要由以下幾部分組成。

1.1 單元機(jī)組負(fù)荷指令運(yùn)算回路

機(jī)組負(fù)荷指令運(yùn)算回路的主要任務(wù)是根據(jù)機(jī)、爐運(yùn)行狀態(tài)，選擇機(jī)組可以接受的各種負(fù)荷指令，作為機(jī)、爐的功率給定值，分別送至鍋爐主用控制器和汽機(jī)主用控制器。該回路由負(fù)荷控制站、最大最小值限制回路、變化率限制回路等部分組成。

1.2 壓力設(shè)定值形成回路

定壓運(yùn)行時(shí)的壓力定值運(yùn)算回路、滑壓運(yùn)行時(shí)的壓力定值運(yùn)算回路、定/滑壓無(wú)擾切換回路。

1.3 鍋爐主用控制器

鍋爐主用控制器相當(dāng)于單元機(jī)組負(fù)荷指令處理回路與燃燒控制系統(tǒng)之間的接口，其功能是將機(jī)組負(fù)荷指令信號(hào)傳送到風(fēng)量控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)鍋爐出力與負(fù)荷之間的匹配關(guān)系，同時(shí)，保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 汽機(jī)主用控制器

提供了CCS與汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的接口，同時(shí)將機(jī)組負(fù)荷指令傳送到汽機(jī)電液控制系統(tǒng)。

2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

當(dāng)前，煤粉汽包爐機(jī)組，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)大多采用上述方案，從以往的系統(tǒng)投運(yùn)情況來(lái)看，雖然在負(fù)荷適應(yīng)性方面許多問(wèn)題已經(jīng)解決得很好，但是，在AGC雙細(xì)則下不能滿足新的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

圖1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖

a）在磨煤機(jī)啟、停過(guò)程中，鍋爐負(fù)荷自身平衡能力差，影響機(jī)組負(fù)荷及壓力、溫度等運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性。

b）由于煤種的變化，導(dǎo)致鍋爐的發(fā)熱量在燃料量不變的情況下發(fā)生變化，影響鍋爐壓力及機(jī)組負(fù)荷的穩(wěn)定性。

c）AGC指令頻繁變化，導(dǎo)致負(fù)荷偏差大，而且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，在雙細(xì)則考核下難以達(dá)到指標(biāo)要求。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)適應(yīng)性分析及優(yōu)化措施

針對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負(fù)荷適應(yīng)性的問(wèn)題，在進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷地試驗(yàn)、研究，結(jié)合該類型機(jī)組的特點(diǎn)及原設(shè)計(jì)思想，從方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方面采取了相應(yīng)的措施，對(duì)操作、運(yùn)行提出了一些指導(dǎo)意見(jiàn)。

3.1 煤種變化對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)影響的問(wèn)題

如果使用設(shè)計(jì)煤種作為燃料，則一定的負(fù)荷指令變化對(duì)應(yīng)一定的燃料量變化，鍋爐燃燒系統(tǒng)能夠適應(yīng)鍋爐能量的需求，但是，如果煤的熱值發(fā)生變化，一定的燃料量就得不到對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱時(shí)的鍋爐出力。因此，需要熱值校正因子，送到燃料控制回路，自動(dòng)校正煤的發(fā)熱量，使燃料量迅速響應(yīng)煤質(zhì)的變化。在現(xiàn)有邏輯中優(yōu)化熱值校正邏輯，以適應(yīng)煤種的變化。

3.2 風(fēng)/煤間的交叉限制對(duì)AGC調(diào)節(jié)速率的影響

常用的燃料和送風(fēng)控制中都設(shè)計(jì)有風(fēng)/煤交叉限制邏輯，以實(shí)現(xiàn)升負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)后加燃料、降負(fù)荷時(shí)先減燃料后減風(fēng)的功能。在機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)中，此種功能往往成為制約機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度的一個(gè)因素。為了提高機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)速度，取消了風(fēng)/煤的交叉限制[2]。

3.3 增加磨煤機(jī)一次風(fēng)風(fēng)量控制的設(shè)定值微分補(bǔ)償前饋

提高火電機(jī)組鍋爐負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的關(guān)鍵問(wèn)題之一在于有效利用整個(gè)制粉系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存容量，中速磨煤機(jī)系統(tǒng)也如此。利用磨煤機(jī)一次風(fēng)的超調(diào)趨勢(shì)，改善鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)特性。

在運(yùn)行趨勢(shì)上，表現(xiàn)為磨煤機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，磨煤機(jī)一次風(fēng)風(fēng)量定值除隨著給煤量按比例變化外，定值疊加了一個(gè)動(dòng)態(tài)微分過(guò)調(diào)。在磨煤機(jī)負(fù)荷增減過(guò)程中，該微分過(guò)調(diào)隨磨煤機(jī)負(fù)荷同向增加一次風(fēng)風(fēng)量定值，當(dāng)磨煤機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)該微分過(guò)調(diào)自動(dòng)消失，定值僅剩下前述隨給煤量按比例變化的風(fēng)量定值部分。

3.4 修改磨煤機(jī)風(fēng)量和溫度擋板控制的雙向解耦

以及磨煤機(jī)負(fù)荷前饋的作用形式

修改后的磨煤機(jī)一次風(fēng)控制系統(tǒng)，磨煤機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，如果風(fēng)量變化，則熱風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)增減熱風(fēng)擋板的開(kāi)度，同時(shí)，這些自動(dòng)增減的熱風(fēng)擋板開(kāi)度前饋至冷風(fēng)擋板調(diào)節(jié)系統(tǒng)，按相同的方向增減冷風(fēng)擋板開(kāi)度；如果磨出口風(fēng)粉混合溫度變化，則冷風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)增減冷風(fēng)擋板的開(kāi)度，同時(shí)，這些自動(dòng)增減的冷風(fēng)擋板開(kāi)度前饋至熱風(fēng)擋板調(diào)節(jié)系統(tǒng)，按相反的方向減少或增加熱風(fēng)擋板調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如果由于某些原因增減磨煤機(jī)負(fù)荷時(shí)，按相同的方向，將給煤機(jī)指令同時(shí)前饋至熱風(fēng)擋板和冷風(fēng)擋板，使冷、熱風(fēng)擋板同時(shí)隨著給煤機(jī)轉(zhuǎn)速增減其開(kāi)度。通過(guò)以上優(yōu)化加快了燃燒系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

3.5 減小機(jī)組負(fù)荷指令到汽機(jī)主用控制器的滯后時(shí)間

只要負(fù)荷指令變化，則汽機(jī)調(diào)汽門(mén)立刻開(kāi)始響應(yīng)變化，機(jī)組負(fù)荷隨之改變，充分利用鍋爐的蓄熱使機(jī)組負(fù)荷快速響應(yīng)，克服了負(fù)荷的起始響應(yīng)滯后，但是需要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證機(jī)組運(yùn)行參數(shù)在安全范圍之內(nèi)而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷快速變化。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多次論證與研究，協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化策略已應(yīng)用于省內(nèi)多個(gè)電廠并取得了良好的成效，使單元機(jī)組AGC的響應(yīng)速度和靜態(tài)指標(biāo)更加完善，為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為電能質(zhì)量的提升做出了貢獻(xiàn)。

［1］ 段秋剛.提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)適應(yīng)性的研究［J］.山西電力，2002（3）:28-29.

［2］ 張秋生.電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則實(shí)施條件下AGC和一次調(diào)頻控制回路的改進(jìn)［C］//2009年全國(guó)發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集.北京:中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，2009:1-9.

Research on the Optim ization of CCS under Dual Detailed Regulations

JIA Feng-sheng1，ZHANG Zhi-chun2
（1.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.Shanxi Zhangze Electric Power Co.，Ltd.，Puzhou Power Generating Branch，Yongji，Shanxi 044500，China）

Citing an example of 2 ×300 MW unit in a power plant，this paper analyzes the existing problems on load adaptability of coordinating control system of coal-fired power generator unit under dual detailed regulations of AGC system and makes researches of a series ofmeasures and ways on adjustment and operation in combination with unit equipment and designing characteristic.

coordinate control system；AGC；optimization

TM621.6

A

1671-0320（2012）04-0054-03

2012-04-04，

2012-06-11

賈峰生（1978-），男，山西平遙人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)控制理論控制工程專業(yè)，工程師，主要研究方向?yàn)榛痣姍C(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)；

張志春（1979-），男，山西懷仁人，2001年畢業(yè)于長(zhǎng)沙電力學(xué)院熱能工程及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事發(fā)電廠熱工控制工作。