馬元坤

（神華國(guó)能寧夏煤電有限公司，寧夏寧東750041）

滑壓運(yùn)行機(jī)組AGC關(guān)鍵技術(shù)研究

馬元坤

（神華國(guó)能寧夏煤電有限公司，寧夏寧東750041）

傳統(tǒng)滑壓曲線在基于機(jī)組效率前提下完成了尋優(yōu)，忽略了機(jī)組在自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）工況下負(fù)荷指令的變化對(duì)滑壓曲線的生成造成擾動(dòng)的問題。通過優(yōu)化控制策略解決了壓力設(shè)定值隨AGC指令低幅高頻變化對(duì)滑壓設(shè)定值生成的擾動(dòng)問題，同時(shí)控制策略保留了大幅度負(fù)荷變動(dòng)工況下調(diào)門的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特點(diǎn)，控制策略具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并通過試驗(yàn)證實(shí)了方案的可行性。

單元機(jī)組；效率；滑壓曲線；優(yōu)化；控制策略

0 引言

滑壓運(yùn)行機(jī)組通過改變進(jìn)汽壓力來調(diào)節(jié)機(jī)組功率，改變了定壓方式下通過閥門的節(jié)流作用進(jìn)行功率調(diào)節(jié)的方式，單元機(jī)組采用滑壓運(yùn)行方式比采用定壓方式具有明顯的優(yōu)越性?？紤]到低負(fù)荷下給水泵最低轉(zhuǎn)速及泵出口壓力限制等因素以及高負(fù)荷下保留機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)裕量的原因，滑壓運(yùn)行機(jī)組通常采用順序閥“定壓—滑壓—定壓”的方法來實(shí)現(xiàn)。

1 傳統(tǒng)滑壓曲線的尋優(yōu)過程

傳統(tǒng)單元機(jī)組的滑壓曲線都是在汽輪機(jī)廠所提供的設(shè)計(jì)滑壓曲線基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化試驗(yàn)后得到的。文獻(xiàn)［1］選擇典型的機(jī)組負(fù)荷點(diǎn)，在每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上設(shè)置不同的主汽壓力以及高壓調(diào)門開度對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行機(jī)組熱效率試驗(yàn)，以機(jī)組熱耗率最小的滑壓曲線作為最優(yōu)曲線。文獻(xiàn)［2］給出了滑壓優(yōu)化的實(shí)質(zhì)是尋找各負(fù)荷工況下主蒸汽壓力與調(diào)門的最佳匹配關(guān)系的結(jié)論，并通過試驗(yàn)方法得到了兼顧機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)型和實(shí)際可控性的滑壓曲線。文獻(xiàn)［3］聯(lián)合了運(yùn)行負(fù)荷與閥位基準(zhǔn)的概念，在調(diào)峰負(fù)荷范圍內(nèi)尋找最優(yōu)主蒸汽壓力，得到機(jī)組的最佳滑壓運(yùn)行曲線。

2 傳統(tǒng)滑壓尋優(yōu)方式存在的主要問題

2.1 機(jī)爐滑壓曲線的差別

汽機(jī)側(cè)從經(jīng)濟(jì)性考慮所得到的滑壓曲線無(wú)法與鍋爐廠提供的（負(fù)荷壓力設(shè)定）曲線相一致。

文獻(xiàn)［3］指出制約機(jī)組采用滑壓運(yùn)行方式的主要因素是機(jī)組響應(yīng)負(fù)荷變化的速率太慢，無(wú)法滿足機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的要求。機(jī)爐兩側(cè)的壓力曲線不一致將導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率的降低，同時(shí)也降低了AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)。按照負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)值，機(jī)組容量為670 MW的超臨界機(jī)組負(fù)荷處于430～530 MW之間，AGC工況下理想滑壓曲線所要求的主汽壓力的變化速率需要達(dá)到1／3 MPa／min，這對(duì)具有遲滯特性的鍋爐而言是無(wú)法實(shí)現(xiàn)此類壓力變化需求和蓄熱量變化的需求的，由此造成的后果是降低了機(jī)組的AGC調(diào)節(jié)指標(biāo)，按照目前的考核標(biāo)準(zhǔn)，AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)的降低將影響到上網(wǎng)電量的考核，由此將直接影響到電廠的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 負(fù)荷指令變化對(duì)滑壓設(shè)定值的擾動(dòng)

傳統(tǒng)滑壓曲線的生成過程主要基于對(duì)機(jī)組效率的考慮，未考慮到機(jī)組處于AGC控制方式下的滑壓變負(fù)荷階段時(shí)AGC指令的頻繁變動(dòng)給機(jī)組滑壓設(shè)定值帶來的擾動(dòng)問題。最優(yōu)的滑壓曲線雖然通過試驗(yàn)方式獲得，但是在全程滑壓投入的工況下，滑壓設(shè)定值的生成是與機(jī)組負(fù)荷指令直接相關(guān)的。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷指令發(fā)生變化時(shí)主汽壓力設(shè)定值必然會(huì)隨之發(fā)生變化，尤其是當(dāng)機(jī)組處于AGC工況時(shí)?；瑝涸O(shè)定值的改變對(duì)于鍋爐控制系統(tǒng)而言將會(huì)造成控制系統(tǒng)頻繁調(diào)節(jié)。

2.3 負(fù)荷指令頻繁波動(dòng)對(duì)機(jī)組被控量的擾動(dòng)

滑壓運(yùn)行的機(jī)組在AGC指令單向較大幅度變動(dòng)時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以達(dá)到滿足機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性的要求，但AGC指令小幅震蕩工況下，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中設(shè)置的為了提高AGC響應(yīng)速率所包含的壓力和負(fù)荷設(shè)定值的微分環(huán)節(jié)也將出現(xiàn)小幅震蕩從而引起煤量、風(fēng)量、水量的連鎖振蕩反應(yīng)。機(jī)組壓力的頻繁振蕩將引起機(jī)組蓄熱能力變化，從而導(dǎo)致分離器出口溫度不穩(wěn)定，最終也將影響到AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

同時(shí)，滑壓運(yùn)行的機(jī)組在AGC指令小幅振蕩時(shí)，滑壓所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)性不能彌補(bǔ)煤量震蕩所增加的煤耗；并且由于鍋爐側(cè)的滯后特性，也無(wú)法保證機(jī)組壓力與壓力設(shè)定值的完全一致。

3 滑壓優(yōu)化控制策略

優(yōu)化控制策略解決了AGC指令的變化對(duì)機(jī)組壓力設(shè)定值的頻繁擾動(dòng)問題，控制策略如下。

根據(jù)需要進(jìn)行負(fù)荷設(shè)定后，對(duì)負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行濾波，以減小負(fù)荷設(shè)定值在傳遞過程中所產(chǎn)生的毛刺，并對(duì)AGC指令隨電網(wǎng)周波產(chǎn)生的小幅波動(dòng)起到抑制作用。

根據(jù)節(jié)流和循環(huán)效率的最佳效率點(diǎn)設(shè)置理想滑壓曲線。

利用PID的純積分模塊進(jìn)行滑壓設(shè)定的自動(dòng)尋優(yōu)，即讓PID運(yùn)算輸出后的壓力設(shè)定值不斷向理想滑壓曲線逼近：將理想滑壓曲線的輸出作為PID的設(shè)定值，將PID的輸出作為PID的控制變量；加入滑壓設(shè)定值的速率限制，以滿足AGC負(fù)荷變化速率的要求，并對(duì)壓力設(shè)定進(jìn)行平滑處理，以免壓力設(shè)定值微分環(huán)節(jié)造成波動(dòng)；增加滑壓設(shè)定PID運(yùn)算旁路，由切換模塊實(shí)現(xiàn)；當(dāng)理想滑壓設(shè)定和PID運(yùn)算后的壓力設(shè)定偏差的絕對(duì)值大于定值時(shí)，啟動(dòng)運(yùn)算旁路；當(dāng)理想滑壓設(shè)定和PID運(yùn)算后的壓力設(shè)定偏差的絕對(duì)值小于定值時(shí)，關(guān)閉運(yùn)算旁路，壓力設(shè)定由PID運(yùn)算給出。

在壓力設(shè)定速率限制后增加高低限模塊，以防止壓力設(shè)定值超出機(jī)組安全運(yùn)行所允許的范圍。

AGC未投入時(shí)，負(fù)荷設(shè)定由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定，負(fù)荷不會(huì)產(chǎn)生小幅震蕩，相應(yīng)的壓力設(shè)定也不會(huì)產(chǎn)生小幅震蕩，邏輯中將壓力設(shè)定切至運(yùn)算旁路。

優(yōu)化控制策略避免了AGC負(fù)荷指令的低幅高頻對(duì)機(jī)組壓力設(shè)定值的擾動(dòng)；保留了機(jī)組在大范圍負(fù)荷擺動(dòng)時(shí)提高調(diào)門動(dòng)作的特點(diǎn)；速率限制功能模塊的使用使得調(diào)節(jié)范圍更加寬泛。

滑壓尋優(yōu)控制邏輯見圖1。

圖1 滑壓尋優(yōu)控制邏輯

4 優(yōu)化控制試驗(yàn)

為了驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性，在某超臨界機(jī)組上進(jìn)行了滑壓曲線尋優(yōu)的試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)條件

相關(guān)的閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作良好可靠，并具有足夠的調(diào)節(jié)余量。

各模擬量控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)到《火電工程調(diào)整試運(yùn)質(zhì)量檢驗(yàn)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

機(jī)組負(fù)荷處于60%～100%MCR正常工況下進(jìn)行。

4.2 負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)

負(fù)荷變化率9MW／min，目標(biāo)負(fù)荷從480MW升至500MW，再下降至430MW。當(dāng)負(fù)荷指令以9MW／min的速率上升和下降時(shí)，滑壓設(shè)定曲線是相對(duì)平滑的曲線，實(shí)際壓力與壓力設(shè)定值之間的偏差最大0.5 MPa，滿足相關(guān)控制系統(tǒng)的要求。

同時(shí)，壓力偏差的降低減少了鍋爐主控動(dòng)態(tài)前饋中壓力偏差的微分前饋生成量，減小了鍋爐主控輸出的擺動(dòng)，即直接減小了煤量、水量、風(fēng)量等被控對(duì)象的擾動(dòng)。爐膛負(fù)壓的波動(dòng)范圍為±100 Pa；過熱度的最大輸出變化為10℃。

5 結(jié)語(yǔ)

尋優(yōu)控制方法避免了滑壓設(shè)定值在負(fù)荷變動(dòng)過程中的低幅高頻擺動(dòng)，穩(wěn)定了機(jī)組的運(yùn)行。

尋優(yōu)控制方法對(duì)負(fù)荷指令發(fā)生高頻低幅性質(zhì)的變動(dòng)過程時(shí)有很好的適應(yīng)性，它減少了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)微分前饋輸出的變動(dòng)范圍，對(duì)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中核心控制對(duì)象如煤量、水量、風(fēng)量的控制效果明顯，減小了機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的波動(dòng)。

滑壓尋優(yōu)控制方法的實(shí)施優(yōu)化了滑壓設(shè)定值在負(fù)荷指令高頻低幅波動(dòng)下對(duì)機(jī)組滑壓設(shè)定值產(chǎn)生造成的擾動(dòng)，同時(shí)保持了原滑壓曲線在高負(fù)荷階段提高鍋爐AGC響應(yīng)性的特點(diǎn)，適應(yīng)新形勢(shì)下的AGC協(xié)調(diào)控制現(xiàn)狀。

［1］林旻栩，周金順.600 MW機(jī)組滑壓運(yùn)行的優(yōu)化及效益分析［J］.電力與電工，2010（2）：46-51.

［2］包勁松，孫永平.1 000 MW汽輪機(jī)滑壓優(yōu)化試驗(yàn)研究及應(yīng)用［J］.中國(guó)電力，2012（12）：12-47.

［3］郎澄宇，任振偉.300 MW機(jī)組自動(dòng)滑壓控制的研究與應(yīng)用［J］.山東電力技術(shù)，2001（3）：3-5.

The Key Technology of Sliding Pressure Operation Units in AGC Mode

The optimization process of traditional sliding pressure curve has finished on the base of the unit efficiency，but in AGC mode，the change of ULD（unit load demand）disturbed the sliding pressure curve has been neglected.In this paper，the disturbance question has been solved through optimized control strategy，and the dynamic adjustment characteristics in the load change have been retained.The control strategy has a strong adaptability，and the feasibility has been verified by the test.

power generating unit；efficiency；sliding pressure curve；optimization；control strategy

TK323

：B

：1007－9904（2014）05－0066－03

2014-08-03

馬元坤（1965—），男，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠管理工作。