單元機組協調控制系統的分析與優化

呂曉娟　趙津津　李獻忠

摘 要：本文分析了協調控制系統的結構特點，將智能控制方法應用到協調控制系統中，引用“預見控制”和“解耦控制”理論形成協調控制方案，用來提高系統的穩定性、準確性和快速性，完善和解決基礎協調控制系統的缺陷之處。

關鍵詞：智能控制；協調控制；CCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.116

1 協調控制系統的含義和結構

協調控制系統的主要設計思想是將鍋爐和汽機作為一個整體，完成對負荷和主汽壓的控制，實現鍋爐風、煤、水的協調動作。協調包含三層含義，一是機組與電網需求的協調，包括了電網AGC控制和一次調頻控制兩個方面；二是協調鍋爐主控系統與汽機主控系統，提高鍋爐側的反應速度，減少主汽壓的波動；三是鍋爐風、煤、水子系統的協調。

為了解決大系統的控制問題，把鍋爐和汽輪機作為一個整體進行控制，能響應電網負荷需求指令，將內部主要運行參數維持在正常范圍內。保證單元機組較快響應外部功率，具有一定的一次調頻能力，對內保持主蒸汽壓力在允許范圍內。協調控制系統具有大系統的解決方案，先將大系統分成二級遞接系統，上位級是單元機組主控系統，下位級是鍋爐主控系統和汽機主控系統，最下層是機爐廣義被調對象。下圖為單元機組協調控制系統的結構圖。

機爐主控制系統都具備多種的控制方式，按鍋爐和汽輪機的調節任務的不同，可劃分位以下幾種控制方式。爐跟機控制方式、機跟爐控制方式和機爐協調控制方式。前兩種方式基本都是鍋爐、汽輪機相對獨立的方式，協調控制方式又分為以爐跟機為基礎的協調和以機跟爐為基礎的協調。協調方式對鍋爐側加負荷前饋信號，利用鍋爐蓄熱加快鍋爐側的反應速度，采用非線性環節限制主汽壓的變化范圍。圖2為單元機組協調控制系統的組成圖。

2 單元機組CCS方案設計

為了響應電網調度，目前單元機組協調空盒子系統絕大部分采用直接能量平衡型，以爐跟機為基礎，采用負荷指令信號間接平衡的控制方法。經典PID控制附加前饋的控制方法已無法適應當前的生產和控制精度要求，需要在經典空盒子方案的前提下，融合多種現代空盒子理論，引入智能算法，與傳統控制系統取長補短，提高協調控制的控制效果，圖3為引用“預見控制”和“解耦控制”理論形成的CCS控制方案。

本方案的優勢在于：

（1）引用“預見控制”理論，變微分時間和固定微分時間兩種方式融合一起，當負荷指令接近目標負荷時，微分時間逐漸減小。通過微分時間的調整，可以在負荷變化初期實現較大的變化速率，提高鍋爐側的響應速度，并且，系統的超調量在負荷接近目標負荷時逐漸減小。

（2）根據數學模型模擬壓力定制曲線，在機組滑壓運行區間內，使壓力目標值與實際主汽壓值同步變化，這樣，能夠減小系統的動態偏差，克服系統的超調。

（3）一般通過擬合鍋爐負荷響應特性，通常為慣性環節，產生汽機主控指令。該方案疊加一微分環節，微分時間根據負荷指令的變化速率進行調整（300MW機組汽包爐可設為60s左右），在負荷指令變化初期，使汽機調門過開，目的是充分利用鍋爐的蓄熱，提高機組的反應速度。

綜上所述，協調控制系統常見的問題包括鍋爐、汽機動態特效的相互耦合關系，提高系統負荷響應能力與實現系統穩定性之間的矛盾。破解這一難題的重點在于如何形成適當的目標負荷和主汽壓給定值，使該定值與機組的動態特性相適應，有機協調鍋爐和汽機，使之共同工作滿足電網的負荷要求。當不確定因素發生時，通過解耦控制提高協調控制系統的適應能力。

參考文獻：

[1]苗銳.600MW機組協調控制系統的邏輯優化研究[J].商情，2013（01）.

[2]戈黎紅，楊景祺.超臨界機組控制策略分析[D].上海發電設備成套設計研究所.

基金項目：鄭州電力高等專科學校校級科研項目《大機組協調控制系統優化研究》，項目編號ZEPCKY2018-25