有關1000MW 火電機組協調控制策略分析

□習大偉

一、火電機組協調控制簡述

所謂火電機組協調控制是大型單元火電機組較為普遍使用的一種控制方式，是指對鍋爐和汽輪機組進行整體協調控制的系統，它采用遞階控制系統結構，將自動調節、邏輯控制、連鎖保護等多種功能進行有機結合，構成火電機組運行的綜合控制系統，保證機組能量轉換過程的順利進行。火電機組協調控制系統在整個火電機組運行中起到至關重要的作用，可以保證機組輸出功率快速與電網匹配、協調鍋爐與汽輪機之間的能量轉換及火電機組的運行安全。

二、1000MW 火電機組協調控制系統發展現狀

(一)我國1000MW 火電機組協調控制系統發展現狀。近年，我國單機容量百萬千瓦大型火電機組發展迅速，裝機數量和總容量均居世界首位。據有關資料統計，現在我國火電廠投運500MW ～1000MW 機組共有300 余臺，其中超臨界機組占1/3。火電機組的控制協調系統在火電鍋爐運行中的重要性日益顯現，已得到了廣泛的應用。

1000MW 大型火電機組協調控制的對象包括直流鍋爐、汽輪機和發電機組成的整個機組。協調控制系統的主要特點表現在:多輸入和多輸出;隨負荷變化機組的動態特性變化幅度大;強非線性、強耦合、大慣性、存滯后。

火電機組的協調控制系統包括給水子系統、燃燒子系統、氣溫子系統、送風子系統等多個子系統。這些子系統之間交叉合作，共同完成對1000MW 火電機組協調控制的目的。協調控制系統的研究現狀分為兩方面，基于模型的研究和基于智能化方法的研究。

(二)機組協調控制方面存在的問題。通常來說，一般的機爐協調控制與電網要求相距甚遠，1000MW 大型火電機組也不例外。目前，1000MW 大型火電機組協調控制方面常見的問題以及優化目標為:

1．機組穩定運行后蒸汽壓力不穩定，出現頻繁波動，有時最大值達到0．5MPa。主要是鍋爐主控壓力調節器調節參數偏弱等原因造成。在負荷改變、制粉系統開啟和停止等情況下，控制系統的穩定性難以保證，嚴重的情況下會影響機組的安全性能。要解決以上的問題，需要從兩個方面來提升:穩態工況和控制負荷變化，參數穩定在預定值內，機組的性能就能得到保證。

2．負荷改變時出現蒸汽壓力過載或欠壓等告警現象，最大偏差值0．5MPu。主要原因是負荷動態前饋量在變化范圍大時不合適等。負荷變大使水冷壁溫度和過熱器溫度出現超溫告警情況，主要是氣壓不穩定對過熱器出口溫度和水冷壁溫度產生較大的影響。

3．燃料的變化對系統性能的影響較大。煤的品質不同直接影響了煤的熱值和制粉，控制系統的自適應能力低，控制性能難以保證。解決這一問題的常用手段是減少負荷運行機組，但這種方式存在一定的缺陷，要想從根本上解決此問題，需要精細化管理，實時計算煤種的熱值等參數，并根據實際情況對參數進行調整，以達到最佳的工作狀態。

4．正常ACG 調節中，燃料、給水控制效果不理想。機組正常ACG 運行中，由于指令的輸入(約1 ～2min 改變一次)，導致機組的燃料、給水、送風等相關參數指標不穩定，鍋爐水冷壁和過熱器管材熱應力反復變化，導致表皮脫落，嚴重時可能會出現爆管的情況。

5．再熱煙氣擋板的自動化程度低，機組運行效率低下。1000MW 大型火電機組通常采用噴水降溫和煙氣擋板共同協調的調節手段，然而對于再熱氣溫的滯后很大，采用DCS 常規控制的方式無法實現再熱煙氣擋板的自動控制，只能使用人力來操作，這種生產方式效率低下，影響了機組的經濟效益。對應的解決措施為引進先進的控制算法，有效投入再熱煙氣擋板的自動控制。

三、1000MW 火電機組協調控制策略

(一)鍋爐主控制系統。鍋爐主控制系統的控制內容包括:一是調整負荷動態微分前饋參數;二是優化負荷動態微分前饋量;三是優化鍋爐主控壓力調節器參數。1000MW 大型火電機組是一種超臨界機組直流爐，蓄熱能力較低，使用調門調節機組負載的能力不高，因此鍋爐承擔調節負載的任務。若想提高機組負荷響應速度，就必須調節鍋爐主控回路。直流式制粉系統的鍋爐，由給煤機控制給煤數量。

(二)給水系統。對給水回路控制主要為:一是對給水回路進行全面檢查和優化;二是對給水焓值進行調整;三是對升降負荷初期煤水比分離處理;四是升降負荷初期給水反向調節。鍋爐給水過程是一次性過程，影響因素包括煤量和水量等。給水系統和燃料系統兩者存在不同步，可能會導致燃料和水的比例失調，進而產生主蒸汽超溫的情況。煤和水的比例直接影響了1000MW 火電機組的協調控制，保持煤水比的恒定是直流爐氣溫的主要調節手段。另外，要注意做好升降負荷初期的給水反向調節，以保證水溫變化平穩，使機組正常運行。

(三)燃料控制系統。燃料控制系統控制內容主要包括燃料控制和磨煤機風量進行控制兩個方面，在火電機組運行中能量轉化過程中起到重要的作用。一是燃料主回路進行優化。采用修改燃料主控回路的PID 參數，調整比例增益、積分時間、給煤速度增大和小幅修正供煤曲線等措施;二是調整磨煤機風量曲線。對磨煤機一次風道進行吹掃檢查、制定定期吹掃計劃，減輕磨煤機一次風量影響主蒸汽機壓力。

(四)壓力控制系統。機組在運行過程中，當負荷上升接近900MW 時燃料消耗很大，氣壓也很不穩定，可能還有下降情況。提升1000MW 火電機組壓力控制系統要從兩方面著手:主控控制邏輯和鍋爐主控控制邏輯，在提高汽機主控壓力拉回回路控制作用力的同時，要優化變參數回路，實現精細化管理。

四、結語

在我國火力發電行業快速發展，裝機容量日益增大的今天，對1000MW 火電機組理論的探討及運行管理成為我們面臨的主要任務。本文簡述了我國1000MW 火電機組現狀，同時提出了1000MW 火電機組存在的問題，并針對機組協調控制策略分析，以求為國內同類火電機組的運行管理工作提供一些借鑒。

［1］錢朝明，王會，吳永存，羅志浩．國產1000MW 火電機組協調控制策略優化［J］．中國電力，2013

［2］李伯奎．1000MW 機組汽動給水泵系統優化設計分析［J］．發電設備，2013

［3］姚瑛瑛，艾春美，曹衛峰．1000MW 超超臨界機組自動調節優化的探討［J］．發電設備，2013

［4］古郁．660MW 超超臨界機組直流鍋爐煤水比控制策略［J］．安徽電力，2011

［5］張志遠．660MW 超臨界汽輪機滑壓運行方式的優化［J］．發電設備，2011