AECS—2000在機組AGC控制中的應用

華曉虎++王琳++賈曉紅

摘要：針對北方聯合電力有限責任公司包頭第一熱電廠300MW級火電機組AGC控制中存在的負荷升降速率偏慢、負荷大幅變動時機組主要參數波動大、無法適應煤質變化等現實問題，本文提出結合模型預測控制技術及DEB直接能量平衡控制策略的新型AGC控制解決方案，并通過AECS-2000先進過程控制系統進行了實施，通過實際應用表明：即便在電網AGC指令反復上下大幅度變動、單邊連續大幅度上漲或下降、小幅度微量調整等各種實際工況下，AECS-2000先進過程控制系統均能保證機組AGC負荷升降速率滿足蒙西電網1.5%PE/min的要求，且在此過程中，機組主要控制參數平穩變動，保證機組安全、穩定運行。

關鍵詞：DEB； 模型預測控制；AGC控制；協調控制；先進過程控制

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

引言

北方聯合電力有限責任公司包頭第一熱電廠1號300MW機組原AGC控制采用常規負荷前饋+PID的有差調節，為響應電網要求，試投運AGC系統，期間發現AGC系統受煤質變化（煤種熱值變化幅度達30%左右）等影響，調節品質無法滿足電網需求，負荷升降速率僅能達到0.4%PE/min，若繼續提高負荷升降速率則機組主汽壓力、溫度等參數劇烈波動，嚴重影響機組安全，鑒于此，北方聯合電力有限責任公司包頭第一熱電廠與控軟自動化技術（北京）有限公司聯手分析了AGC控制存在的問題及影響AGC調節品質的因素，提出了使用AECS-2000先進過程控制系統結合現行DCS控制系統對AGC控制（包括汽機、鍋爐控制）進行基于模型預測控制技術及DEB直接能量平衡控制策略的新型AGC控制解決方案改造的建議，使AGC系統調節品質大幅提高，減小機組主要參數波動幅度，確保AGC系統的正常、安全投運。

1. 包頭第一熱電廠#1機組AGC系統現狀及分析

包頭第一熱電廠#1機組未優化前試投運AGC系統期間，實際負荷速率僅能達到1.2MW/MIN，大負荷變工況時主汽壓力波動比較劇烈，偏差最大達到1.3MPa，機組主汽壓力、主汽溫度穩定時間超過50分鐘。

通過綜合分析，影響我廠#1機組AGC性能的主要包含如下內容：

1.1. 煤質變化幅度大，設計滿發負荷煤量為130噸，實際滿發負荷煤量從150噸到200噸來回變動，機組原有AGC控制采用DIB直接指令平衡控制策略，往往煤質變化影響到主汽壓力變化后，鍋爐主控指令才開始變化，若此時再遇上AGC要求升降負荷，原有負荷前饋無法匹配新煤質工況，就加劇了主汽壓力波動，導致最后不得不退出AGC控制。

1.2. 鍋爐風煤比曲線與實際燃煤無法匹配，導致送風自動高負荷時投不上，導致進入爐膛的風量無法及時改變，鍋爐燃燒變緩。

1.3. 給煤機純機械延時太大，煤需求指令下達到給煤機后，30秒后給煤機才開始實際有效增減給煤量，導致制粉系統純延時變大，燃燒更加緩慢。

1.4. 鍋爐各級減溫自動因基建原因使得減溫器前后溫度測點位置不準確，減溫控制的測量信號在調整中不能及時反應減溫效果；減溫水調門流量特性差，減溫調門死區過大，調門開度20%不過量，開度在60%以上閥門到了飽和區，這樣的閥門特性無法滿足減溫自動的調節；減溫自動雖是串級調節控制，但對機組負荷波動較大帶來的主汽溫度變化難以控制，因此常常出現主汽溫度在負荷波動20MW的情況下超溫7～8℃的現象。

1.5. 鍋爐汽包水位測量自建廠以來一直存在靜態偏差超差的問題。汽包水位調節在定值擾動下，調節過程時間在3分鐘內，穩態偏差為60～80mm，調節參數有待整定。

2. 解決方案

2.1. 針對機組主要由于煤質變化頻繁、鍋爐響應遲緩，慣性大（自然狀況下煤--主汽壓力影響延時約4MIN，壓力過渡到穩定狀態需時約25MIN）導致的鍋爐側能量供給無法滿足汽機側能量需求，加劇汽機和鍋爐兩個互為耦合關系的系統的不匹配程度，影響到負荷響應及鍋爐的穩定，最終導致AGC系統無法穩定、達標運行的現狀，我們開發了以能量需求為核心、以模型預測控制為手段的新型協調控制策略，以能量需求消除煤質變化頻繁的影響，以模型預測控制消除鍋爐響應遲緩、慣性大帶來的主汽壓力劇烈波動，即采用AECS-2000先進控制系統（Advanced Process Control簡稱APC）替代機組原協調控制系統中爐主控部分，簡單原理圖如下：

2.2. 送風自動控制優化，修正風煤比曲線，保證鍋爐燃燒所需空氣量；通過更換風量測量裝置及對風量測量信號的修正提高鍋爐總風量的測量準確性，在控制回路中加強負荷前饋作用，滿足機組負荷變化時對風量的需求，加強爐膛氧量的校正作用。

2.3. 汽包水位測量裝置更換為內置差壓水位計，克服了環境溫度對單室平衡容器及參比水柱內水密度的影響，使信號更穩定，測量的附加誤差更小，補償公式更簡單，結果更準確；調整汽包水位控制參數，加強積分作用，減小靜態偏差在允許范圍內。

2.4. 兩臺機組給煤量計量進行改造，更換給煤機稱重裝置和給煤機控制積算器，提高給煤量計量準確度；給煤機控制改進，優化給煤機保護邏輯，將電機測速裝置移位，解決了測速探頭易損問題；對于磨煤機制粉系統，對磨煤機磨輥加載油壓變化做了簡單的自動控制 ，根據磨煤機煤量變化，及時調整磨煤機磨輥的加載油壓，確保磨煤機在負荷變化過程中及時向爐膛提供燃料。

2.5. 檢查核對減溫自動控制回路溫度信號的測量位置的正確性；嚴格檢修減溫水調整門的執行機構，調高閥門動作精度；優化調整控制參數；增加負荷前饋作用，減小主汽壓力和蒸汽流量變化對主汽溫度和再熱蒸汽溫度的影響。

3、AECS-2000先進過程控制系統應用的總結及經濟性分析

AECS-2000先進過程控制系統通過將模型預測控制與DEB直接能量平衡控制策略有機結合，從根本性上解決了目前火電機組AGC控制中普遍存在的主汽壓力響應滯后大、慣性大、煤質變化頻繁等老大難問題，提高機組AGC調節品質，為電網的穩定運行提供了強有力的保證；同時AECS-2000先進過程控制系統由于還提供了豐富的主流先進控制模塊（如內模控制、協調控制、解耦控制等）和友好的人機交互功能，只需要幾個模塊的簡單組合就能完成十分復雜的過程控制方案，因此適用性強，具有廣闊的推廣空間。

AECS-2000先進過程控制系統優化#1機組AGC后的效益分析：我廠#1機組AGC優化后，機組直接經濟效益為電網公司AGC系統考核電量，每月考核電量可由目前被罰電量轉為每月被獎勵1000MW—2000MW之間，以上網電價0.3元計算，每月平均約節約30萬—60萬元，一年節約大約360萬元—720萬元左右；間接經濟性主要體現在機組穩定安全運行，減少機組蒸汽參數波動，減少風、煤、水的波動，延長鍋爐管材壽命，減少爆管，年約產生經濟效益150萬元左右，綜合直接和間接經濟效益，我廠#1機組AGC優化后，單臺機組年經濟效益約為870萬以上。

參考文獻：

[1]孫奎明，時海剛.熱工自動化[M].中國電力出版社，2006 ISBN7-5083-3722-0.

[2]張鐵軍，呂劍虹，華志剛， 機爐協調系統的模糊增益調度預測控制[J]中國電機工程學報，2005，25（4）： 158-165.

[3]畢貞福，王文寬，孟祥榮.火力發電廠熱工自動控制實用技術[M].中國電力出版社，2008 ISBN978-7-5083-6246-5.

一定保留：

【作者簡介】

1.華曉虎（1974.6-），男，呼和浩特市人，大學本科，工程師，研究方向：電氣自動化及其應用

2.王琳（1978.2-），男，山東濰坊人，大學本科，工程師，研究方向：火電廠自動控制

3.賈曉紅（1969.10-），女，內蒙古包頭人，大學本科，高級工程師，研究方向：熱工自動化