火電機組協調控制系統研究

莊子豐

（大唐長山熱電廠，吉林 松原131109）

0 引言

電力供應不足在某段時間內大大制約了我國經濟的快速發展，隨著電力行業的迅速發展，這一現象得到了緩解。然而，在電網技術的發展過程中，大中型火力發電機組逐漸改變了運作方式，在用電高峰期，日益增長的電力需求使得傳統的自控系統已無法保證機組安全、經濟、穩定運行，所以研究一種新的適用于大中型火力發電機組的控制方案——火力發電機組協調控制系統，既能提高系統運行的安全穩定性，又可為火力發電機組實現自動發電控制提供保障，而且在成本控制和服務社會等方面也能起到很好的促進作用。

1 協調控制系統的特點

火力發電機組的協調控制系統主要由機組主控系統、下轄自控系統和被控對象構成。其中，主控系統是協調控制系統的核心部分，它又可分成負荷冷處理器和機組主控制器兩大部分。協調控制系統具有復雜性、全過程性、結構性、非對稱性和模糊判斷等特點。

1.1 復雜性

系統的復雜性體現在和火力發電機組協調控制系統中被控對象相關聯的某些變量間有耦合關系，并且隨著時間變化控制對象的動態和靜態特征也跟著變化。更為復雜的是，在控制系統中還有很多因素是不確定的、隨機變化的，比如說磨的啟動和停止不確定、給水的水質不確定、吹灰控制不固定等。因此，在協調控制系統的理論中還有許多諸如解耦、抗干擾、魯棒性等實際問題有待解決，這不免使得火力發電機組協調控制系統的復雜性進一步增加。

1.2 全過程性

電力生產過程應該是連續性的，這就要求協調控制系統在火力發電機組的運行過程中是一直運轉的，即具備全過程特性。全過程特性是客觀的事實，也是協調控制系統的一個特點。但目前的技術水平還不能保證協調控制系統的全程不間斷運行，因為輔機在低負荷時自啟自停的自動化方案還未得到很好的實現。

1.3 結構性

協調控制系統是結合前饋和反饋并運用各種數據間的相互關系這種結構式的控制理念進行工作的，這使得協調控制系統可以從容面對火電廠各種復雜的工作環境。

1.4 非對稱性

在火力發電機組協調控制系統中，絕大部分的延遲、外部干擾和不確定性都發生在鍋爐側，這就導致了鍋爐控制器在控制機前壓力和響應負荷指令上出現不對稱性。這種不對稱的響應速度差異是協調控制系統的又一特點，相對于協調控制系統中其他變量來說，不對稱性表現出很多不同的特征。

1.5 具備模糊判斷的能力

協調控制系統要保障火力發電機組的穩定運行，具有平衡能力。這不僅體現在平常運行中保證按需配置電量，也體現在按可能需要配置電量。根據現有的設備條件，能大致判斷出實際工作過程中的需要與可能需要，正是協調控制系統模糊判斷能力的體現。

2 協調控制系統的功能

火力發電機組協調控制系統就是在充分考慮機、爐調節各自的特點和差異后，通過采取特定的措施，讓它們隨著電網負荷的要求而變化，在接受外部負荷指令后，結合主要運行參數的偏差進行協調的控制，在保證主要參數穩定的前提下，滿足電網負荷的要求。協調控制系統主要的功能有：

2.1 方便在人工調節和智能控制之間切換

協調控制系統的這一功能使其能同時接收工作人員人工輸入的改變負荷的指令和電網中的調峰調頻指令，以確保火力發電機組輸出的功率和電能質量能快速響應電網的需求。不斷提高的電力工業自動化水平對火力發電機組協調控制系統提出了更高的要求，如穩定性要強、能適應負荷的大范圍變動、能隨時跟蹤負荷靜態和動態變化等。協調控制系統若不能滿足這些苛刻的要求，就必須人為地進行干預。

2.2 快速響應并為機組安全運行提供保障

當火力發電機組設備在正常運行過程中出現意外時，協調控制系統能快速響應，自動采取有效的應對措施把故障的影響降到最低，使火力發電機組不至于全部停轉，同時還能保證機組設備的安全。當負荷發生改變時，協調控制系統能在安全允許的范圍內有效控制負荷波動的大小和快慢。

2.3 使機組穩定運行

在保證火力發電機組安全運行的前提下，最好還能使其穩定運行，這樣才能產生良好的經濟效益。火力發電機組運行過程中會遇到各種內因和外因的變化，協調控制系統的存在恰恰能有效檢測出這些干擾因素并隨之做出調整，從而維持各種子控制回路之間的平衡。

2.4 能有效和其他控制系統進行信息交流

火力發電機組的正常運行并不是只由單一的協調控制系統決定的，還有很多諸如數據采集、程序控制、安全監控等系統的存在，協調控制系統在執行閉環控制任務時，具備與其他系統隨時進行信息交換的功能。

3 協調控制系統的運行方式

我們所說的協調控制系統一般是指通過汽機指令和鍋爐指令調節主蒸汽壓力和電負荷的聯合調節系統，此協調控制系統的控制策略或者說運行方式一般有6種，具體如下：（1）手動方式。火力發電機組的鍋爐主控和汽機主控都是手動運行的，在這種運行方式下，由工作人員控制機組的正常運行，主控系統的目標負荷指令則隨著機組的實發功率而變化。這種方式主要適用于火力發電機組的啟動以及負荷較低時的運轉，另外，在汽機和鍋爐輔機出故障時也選擇這種方式。（2）鍋爐跟蹤方式。在這種控制方式下，鍋爐和汽機是分開控制的，它可以使鍋爐的蓄熱得到充分利用，并使機組快速響應外界的負荷指令。然而該控制方式存在著不利于鍋爐安全穩定運行的因素，那就是鍋爐固有的慣性和延時性所導致的主蒸汽壓力的大幅度波動。該方式主要適用于汽機部分設備運轉異常或限制機組負荷時，還適用于參與電網調頻的機組。（3）汽機跟蹤方式。在這種控制方式下不接收任何負荷指令，僅由鍋爐提供的輸出負荷來決定機組的輸出功率，而鍋爐的輸出功率又是手動控制的，因而該方式適用于沒有投入自動控制的鍋爐設備或者鍋爐設備的自動投入輔助功能不能正常運轉時，還適用于低負荷運行的情況。（4）以汽機跟蹤為基礎的協調方式。在這種方式下，由鍋爐承擔火力發電機組輸出功率的調整任務，但鍋爐主控和汽機主控都是自動運行的。主汽壓力由汽機來維持，在接收由工作人員手動給定或電網調度分配的目標負荷的前饋信號的同時參與電網的一、二次調頻。該方式主要適用于帶基本負荷的機組。（5）以鍋爐跟蹤為基礎的協調方式。這種方式下維持主汽壓力的是鍋爐，目標負荷的前饋信號也由鍋爐接收。汽機在這種控制方式中承擔機組輸出功率的調整任務。該方式主要適用于參與電網調峰的機組。（6）機爐協調方式。這其實就是把爐跟機協調方式和機跟爐協調方式這2種控制方式結合起來并取長補短。在這種控制方式下，鍋爐承擔著調壓的功能，汽機承擔著調功和調壓2種功能（調壓為主）。鍋爐承擔火力發電機組輸出功率的調整任務，接收由工作人員手動給定或電網調度分配的目標負荷的前饋信號。機爐協調方式更適用于帶基本負荷的機組。

4 結語

就目前的發展現狀而言，火力發電機組協調控制系統所采用的控制方式并不是單一的，它是上述幾種方式的結合，只有這樣才能彌補各個協調方式中存在的缺陷，使火力發電機組的運行更加安全和穩定。

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