基于電網AGC指令的鍋爐主控前饋設計研究

【摘 要】針對寧夏京能寧東發電有限責任公司#1機組協調控制系統優化調試。由于電網AGC指令復雜多變，包括大幅度單向變化部分、中等幅度正反向變化部分、小幅度隨機變化部分，造成燃料量、蒸汽壓力、過熱度、汽溫等參數頻繁波動，針對此問題，對鍋爐主控前饋進行了設計研究，基本解決了存在的問題，提高了主蒸汽參數的調節品質。

【關鍵詞】AGC指令 鍋爐主控前饋 波動 調節品質

寧夏京能寧東發電有限責任公司（寧東公司）控制策略是以鍋爐跟隨為基礎的協調控制系統，即汽機調整負荷，鍋爐調整壓力。由于汽輪機屬于快速受控工藝系統，當汽輪機主汽門的開度發生變化時，蒸汽壓力、進汽流量、發電功率快速變化，而鍋爐系統響應存在很大延遲，需要經過燃料輸送、燃燒、傳熱、熱交換等環節，才能達到滿足發電功率所需的蒸汽量，這是一個大延遲、大慣性的過程。因此，必須要依靠適量的前饋作用進行超調，來補償鍋爐的特性，讓鍋爐側提前動作，保證機爐之間的能量平衡。

1西北電網AGC指令的特點

寧東公司AGC指令直接由西北電網網調綜合給出。自2014年7月1日開始，西北電網正式實行AGC指令聯絡線模式。西北電網AGC指令復雜多變，參與調峰調頻的機組一方面要滿足西北電網對AGC性能指標的要求，另一方面還要保證超臨界機組汽機和鍋爐2個動態特性差異很大的被控控制對象達到能量平衡，機組設備運行的安全。要同時兼顧這兩方面的要求，而鍋爐的響應延遲特性，對鍋爐燃燒系統前饋變化“量”和“時間”掌握及控制器參數的整定，提出了巨大挑戰。

2鍋爐主控前饋原方案

鍋爐主控制器前饋部分包括靜態指令前饋和動態前饋兩部分。靜態前饋為設計工況下發電負荷對應的鍋爐燃料量。而動態前饋部分為AGC指令的微分、AGC指令的動態前饋及汽輪機前壓力動態前饋邏輯。AGC指令的微分以一種非常獨特的方式給出：

（1）

其中： 為汽輪機前蒸汽壓力定值，MPa； 為汽輪機前蒸汽壓力，MPa； 為機組負荷指令，MW。

經過分析，式（1）經過微分后，包括3個部分，分別是AGC指令的微分；汽輪機前蒸汽壓力定值的微分；汽輪機前蒸汽壓力的微分，這里的微分等同于反饋中PID調節器的微分。此負荷指令微分邏輯結構復雜，AGC指令前饋、壓力定值前饋、汽輪機前壓力反饋糾纏在一起，調試困難。

3鍋爐主控前饋的優化思路

按照優化思路，對前饋邏輯重新進行分析。常規AGC指令前饋邏輯存在以下兩種設計方案。一種為典型一階微分二階段微分前饋。一種為BIR前饋。

典型一階微分二階微分前饋控制信號流程圖如圖1所示。由于被控對象制粉系統具有明顯的慣性，所以設計一個超前補償環節抵消對象慣性。燃料前饋指令信號由3個部分組成，一個是由限幅后AGC指令折算出的靜態燃料量，一個是由限幅后AGC指令經一階微分環節計算出的一階動態燃料量，一個是由限幅后AGC指令經二階慣性環節計算出的二階動態燃料量。當AGC指令階躍變化時，靜態燃料量為斜坡響應，一階微分輸出方波響應，二階微分輸出正反向尖波響應。燃料過量調節量平均分配到整個變負荷區間，變負荷過程中磨出力變化較為平緩。

此方案適合于大幅度長周期的AGC指令變化。而當AGC指令頻繁小幅度變化時，燃料量會出現一個一個的脈沖，特別當AGC指令正反向變化時，上一個變化周期燃料量脈沖的結束會和下一個變化周期燃料量脈沖的開始相互迭加，導致燃料量短時間內波動幅度較大。所以不適合小幅度頻繁變化特別是正反向變化的AGC指令。

典型BIR微分前饋控制信號流程圖如圖2所示。BIR也需要使燃料產生動態過調來補償對象制粉系統慣性。當AGC指令階躍變化時，靜態燃料量為斜坡響應，BIR邏輯輸出三角波響應，經過濾波處理后近似為三角波。燃料過量調節量先快后慢，AGC指令剛開始變化時，燃料量突然增加很多，隨機組負荷逐漸接近AGC指令，燃料增加量逐漸放緩。

因此，此方案適合于小幅波動的AGC指令。由于AGC指令變化幅度小，所以AGC指令剛開始變化時燃料量的增加量并不顯得很多。當AGC指令頻繁變化時，燃料量反復迭加的效果是形成一系列同AGC指令變化類似形狀的臺階波，不會象一階二階微分前饋一樣形成正反向迭加的大脈沖。整體變化相對較平均。而此方案不適合AGC指令大幅波動。當AGC指令大幅變化時間，突然大幅增加的燃料量會導致磨煤機難以承受。

4鍋爐主控前饋的改進方案

針對現場AGC指令即存在大幅長周期變化也存在小幅正反項頻繁變化的情況，故采用一階二階微分前饋同BIR前饋相互結合的方法此改進方案的特點如下：（1）一階二階微分前饋和BIR前饋各發揮約50%的調節作用，最終的燃料量前饋由一階二階微分前饋和BIR前饋輸出求和得到；（2）BIR前饋的濾波時間短而一階二階微分前饋的濾波時間長。當AGC指令小幅變化時，BIR前饋先發揮作用，而一階二階微分前饋的濾波時間長，主要作用被濾除。當AGC指令大幅變化時間，BIR前饋先發揮作用但量不足，經過一段時間后一階二階微分前饋發揮作用予以補充；（3）能夠在一定程度上發揮各自優點，避免燃料量大幅波動，也能夠適應指令特點。

圖3優化后的的負荷指令前饋趨勢圖

通過優化，在機組升降負荷時，壓力控制穩定?？刂魄€如圖3。由圖可以看出，當機組負荷以10MW/MIN的高負荷速率變化時，AGC指令從420MW降為329MW，升為443MW，降為330MW，最后升為435MW，負荷指令升、降變化幅度大于等于100MW，經歷了一個大幅度鋸齒波變化的AGC指令。在此惡劣指令狀態下，主汽門前壓力最大動態偏差為0.8MPa，控制指標良好。

5結語

隨著兩個細則的考核越來越嚴格，電廠為了保證滿足兩個細則的指標要求，對協調控制系統進行了全面優化，提高了協調控制系統的適應能力。但受到機組本身的特性的限制，如容量、主輔機的調節特性、調節范圍等，因此，在以后的優化方案中不僅要追求兩個細則利潤的同時更要兼顧機組的安全和運行經濟性。

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作者簡介：高巨賢（1984—），男，寧夏銀川人，主要從事熱控專業爐側熱控儀表及設備檢修，研究鍋爐主控、燃料主控、給水自動、風煙自動及協調控制等。