劉永紅，陳二寧（大唐韓城第二發(fā)電有限公司，陜西 韓城 715400）

功煤比及熱耗在火電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉永紅，陳二寧（大唐韓城第二發(fā)電有限公司，陜西 韓城 715400）

Application of Power Coal Ratio and Heat Consumption in Coordinated Control System in Power Plant

影響火電廠鍋爐主汽壓力的因素很多，導(dǎo)致在變負荷工況，壓力大幅度波動，燃燒惡化，利用功煤比及熱耗方案能使變負荷過程中主汽壓力動態(tài)偏差大幅減小，自動調(diào)節(jié)品質(zhì)達到了規(guī)程的優(yōu)良指標。本技術(shù)成果介紹了功煤比及熱耗的邏輯計算和切換方法，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖邏輯設(shè)計及在生產(chǎn)現(xiàn)場中的應(yīng)用。

協(xié)調(diào)；功煤比；熱耗；穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖

1　引言

當(dāng)前各火力發(fā)電廠為節(jié)約成本，均不同程度地開展配煤摻燒工作，購進的煤種比較復(fù)雜，煤質(zhì)變化比較大，同時為滿足環(huán)保要求以及電網(wǎng)對一次調(diào)頻和AGC（Automatic Generation Control，自動發(fā)電量控制）的要求越來越嚴，導(dǎo)致鍋爐主汽壓力波動普遍較大，特別是在變負荷工況，這個問題尤顯突出。而火力發(fā)電廠控制系統(tǒng)最重要的參數(shù)之一就是主汽壓力，主汽壓力波動可能會造成風(fēng)量、主蒸汽溫度、氧量、爐膛負壓、給水等大幅波動，因此主汽壓力的穩(wěn)定與否，決定機組穩(wěn)定燃燒的程度。

常規(guī)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對于壓力的控制一般由鍋爐主控來實現(xiàn)，鍋爐主控把負荷指令函數(shù)作為前饋，在升降負荷時可以起到一個煤量粗調(diào)的作用，通過主蒸汽壓力偏差PID的輸出修正煤量作為細調(diào)。機組在實際運行時，很難保證所投入煤種的發(fā)熱量與設(shè)計煤種相同（體現(xiàn)在負荷指令對應(yīng)的煤量函數(shù)），特別在負荷升降階段，負荷指令函數(shù)很難準確給定目標負荷所需煤量，只有被動地通過主蒸汽壓力的反復(fù)波動，通過壓力PID來修正煤量，最終找到新的煤量平衡點。

傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)沒有考慮煤質(zhì)頻繁變化對機組主汽壓力、功率等重要參數(shù)的影響，也沒有因煤質(zhì)變化而對控制策略做相應(yīng)改變。因此，傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制已經(jīng)難以滿足新形勢對控制系統(tǒng)的要求，急需新的智能控制來提升協(xié)調(diào)控制能力。

協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)作為當(dāng)前研究的熱點和難點一直被各個發(fā)電集團、科研院所、國內(nèi)外廠商所關(guān)注，無一例外地采用先進的控制技術(shù)，如：預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制等技術(shù)，應(yīng)用到火電機組的優(yōu)化控制中來，并且開發(fā)出各種高級智能算法和控制方案，因此對控制平臺提出了更高的要求。由于常規(guī)的DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）無法滿足智能算法的應(yīng)用環(huán)境，因此大多采用獨立于DCS系統(tǒng)之外的一套獨立協(xié)調(diào)優(yōu)化控制平臺來實現(xiàn)上述功能。

本技術(shù)未采用獨立于DCS系統(tǒng)之外的優(yōu)化平臺，而是利用電廠DCS系統(tǒng)常用模塊來實現(xiàn)。通過邏輯判斷、適時切換和精確計算，能夠?qū)ι地摵赡繕酥得毫窟M行精確控制，從而避免在變負荷階段壓力的大幅波動，保證了燃燒的穩(wěn)定。具體方案是通過在穩(wěn)態(tài)尋找功率和煤量的比值關(guān)系，并實時修正，使之能滿足煤質(zhì)的變化。當(dāng)負荷發(fā)生變化后，由于在升降負荷階段，負荷和煤量都在變化，因此功煤比系數(shù)在這個階段是保持不變的，利用升降負荷前的功煤比乘以負荷指令，就可算出實時負荷指令所需的準確煤量，并利用熱耗系數(shù)進行修正。負荷對應(yīng)的熱耗函數(shù)是經(jīng)權(quán)威機構(gòu)做性能試驗時得出的準確數(shù)據(jù)，雖然季節(jié)不同，熱耗系數(shù)有所變化，但其在不同負荷段的比例關(guān)系是不變的，在穩(wěn)態(tài)時熱耗系數(shù)為1，在升降負荷的瞬間，保持穩(wěn)態(tài)時的熱耗參數(shù)，負荷指令到多少，就用實時的熱耗系數(shù)除以穩(wěn)態(tài)值得到熱耗系數(shù)，再與保持的功煤比系數(shù)和負荷指令相乘，就得出實時負荷指令對應(yīng)的準確煤量值。使用該種方法可以大幅提高機組對煤種的適應(yīng)性，提高了機組閉環(huán)控制的穩(wěn)定性和抗擾動能力。

該技術(shù)方案是通過保持某一穩(wěn)定工況功率與煤量比值，在升降負荷階段根據(jù)實時負荷指令算出所需的準確煤量并用能耗系數(shù)進行修正，經(jīng)試驗同實際完全吻合。在邏輯方案設(shè)計過程中重點解決了以下幾個問題：

? 如何在煤量、負荷實時波動中，找出能代表穩(wěn)定工況的功煤比；

? 如何保持前一個穩(wěn)態(tài)負荷時的熱耗參數(shù)和查找實時負荷所對應(yīng)的熱耗參數(shù)；

? 如何在到達負荷目標值后，保持煤量不變的情況下，重新計算出新的功煤比；

? 如何在到達負荷目標值后，原功煤比與新功煤比及熱耗修正值的無擾切換問題。

只有把以上每個問題都通過邏輯的方法加以實現(xiàn)，并且確保每個步驟都能無縫銜接，新舊數(shù)值能夠無擾切換，方案才是可行、完善的。

2　功煤比及熱耗邏輯實現(xiàn)方案

該邏輯方案解決了功煤比計算問題，熱耗計算問題，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖邏輯設(shè)計，及到達穩(wěn)態(tài)值后原功煤比與新功煤比的邏輯切換問題。

2.1總煤量及實際負荷（如圖1所示）

圖1邏輯中用到TRANSPORT模塊

TRANSPORT是對模擬量輸入點進行延時輸出的算法模塊。

控制延遲 ：DELAY = TSAM x NSAM，TSAM為設(shè)置的采樣時間，NSAM 為采用的樣本數(shù)，數(shù)值限制在 1 至 25 范圍內(nèi)，如有必要，可以將其它 TRANSPORT算法串到一起，獲取更長的延遲時間。

利用三選中模塊，設(shè)置平均值輸出，把總煤量（實際負荷）在一段時間內(nèi)的平均值輸出來，第一個TRANSPORT設(shè)置的延遲時間DELAY=3分鐘，第二個TRANSPORT設(shè)置的延遲時間DELAY=6分鐘。

圖1 總煤量及實際負荷的均值選擇邏輯

燃煤量和實際負荷的平均值通過均值選擇模塊實現(xiàn)，均值選擇模塊包括TRANSPORT模塊和MEDIANSELECT模塊。其中TRANSPORT模塊是對模擬量輸入點進行延時輸出的算法模塊，MEDIANSELECT模塊為中值（設(shè)置為均值功能）選擇模塊。

第一個TRANSPORT模塊設(shè)置延時時間為3分鐘，第二個TRANSPORT模塊設(shè)置延時時間為6分鐘。燃煤量或?qū)嶋H負荷經(jīng)采集進入第一個TRANSPORT模塊后，延時3分鐘才輸出，燃煤量或?qū)嶋H負荷經(jīng)采集進入第二個TRANSPORT模塊后，延時6分鐘才輸出。MEDIANSELECT模塊將每6分鐘的當(dāng)前值、從第一個TRANSPORT模塊輸出的前3分鐘數(shù)值、從第二個TRANSPORT模塊輸出的前6分鐘數(shù)值進行取均后輸出平均值，作為燃煤量或?qū)嶋H負荷在這段時間內(nèi)的數(shù)值。

MEDIANSELECT模塊設(shè)置報警參數(shù)，當(dāng)當(dāng)前燃煤量同3分鐘前時刻和6分鐘前時刻的數(shù)值差在5噸以上則報警，MEDIANSELECT模塊的XALM=1；當(dāng)當(dāng)前實際負荷同3分鐘前時刻和6分鐘前時刻的數(shù)值差在10MW以上則報警，MEDIANSELECT模塊的XALM=1。

為使功煤比能夠真實反映煤質(zhì)變化，需要機組處于穩(wěn)定狀態(tài)下。當(dāng)前后時刻燃煤量的偏差值、前后時刻實際負荷的偏差值、前后時刻鍋爐主汽壓力的偏差值在設(shè)定范圍內(nèi)時，可判斷出機組處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)機組處于穩(wěn)定狀態(tài)時發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。在本實例中，前后時刻燃煤量的偏差值在5噸范圍內(nèi)、前后時刻實際負荷的偏差值在10MW范圍內(nèi)、前后時刻鍋爐主汽壓力的偏差值在±0.3MPa范圍內(nèi)時，機組處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在前后時刻燃煤量的偏差值、前后時刻實際負荷的偏差值、前后時刻鍋爐主汽壓力的偏差值在設(shè)定范圍內(nèi)持續(xù)t1時間后，機組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖持續(xù)t2時間后，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，重新判斷機組是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。在本方案中，t1為8分鐘，t2為2分鐘。

2.2觸發(fā)脈沖設(shè)計邏輯

如圖2所示，當(dāng)當(dāng)前燃煤量同3分鐘前時刻和6分鐘前時刻的數(shù)值差在5噸范圍內(nèi)時，MEDIANSELECT模塊的XALM=0，取非后為1，說明煤量穩(wěn)定；當(dāng)當(dāng)前實際負荷同3分鐘前時刻和6分鐘前時刻的數(shù)值差在10MW范圍內(nèi)時，MEDIANSELECT模塊的XALM=0，取非后為1，說明負荷穩(wěn)定；鍋爐主汽壓力采樣前后偏差在±0.3MPa內(nèi)，HIGHLOWMON模塊輸出為0，取非后為1，說明主汽壓力穩(wěn)定。在燃煤量偏差和主汽壓力偏差滿足穩(wěn)定后，通過AND模塊1輸出“1”，在經(jīng)過上升沿觸發(fā)延時模塊2-1延時8分鐘后進入AND模塊3，在實際負荷偏差滿足穩(wěn)定后，經(jīng)過上升沿觸發(fā)延時模塊2-2延時8分鐘后進入AND模塊3，AND模塊3輸出“1”，這樣機組處于穩(wěn)定狀態(tài)8分鐘時間后，機組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。

然而在實際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，由于主汽壓力±0.3MPa、煤量偏差5噸、負荷偏差10MW范圍時，有可能條件在滿足的邊界，導(dǎo)致觸發(fā)脈沖一直滿足，實時功煤比持續(xù)輸出，可能造成功煤比波動較大，不具有代表性。為解決此問題，增加采樣個數(shù)，延長采樣時間，當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖AND模塊3輸出持續(xù)為1時，通過上升沿觸發(fā)延時模塊4延時2分鐘后進入AND模塊1，AND模塊1復(fù)位，重新判斷機組是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，即重新進行8分鐘時間的計時，進入下一個采樣觸發(fā)脈沖循環(huán)。

穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖用于功煤比計算、熱耗系數(shù)計算、煤量指令形成。只有在機組處于穩(wěn)態(tài)時，即穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖存在時，功煤比的數(shù)值才真正代表煤質(zhì)的變化。

2.3功煤比計算邏輯

如圖2所示邏輯中用到RUNAVERAGE模塊是以設(shè)置的采樣間隔時間收集的許多樣本進行求平均值的算法模塊。 按用戶指定的“時間單位”定期對輸入（IN1）進行采樣。

圖2 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖設(shè)計邏輯

在任何特定時間，輸出均為N個樣本的平均值，這些樣本包括最近的樣本和前N-1個樣本。 每次采樣時，將丟棄最舊的樣本，將其替換為新樣本。

邏輯中這兩個模塊內(nèi)部參數(shù)均設(shè)置為5分鐘的平均值，也就是實時輸出前5分鐘的變化值，由于當(dāng)前值實時變化作為新樣本的同時丟棄超過5分鐘的舊樣本，因此平均值始終在變化。

邏輯中用到的LEADLAG函數(shù)，是個非線性的超前/滯后函數(shù)。

如圖3所示，將每時刻的燃煤量和實際負荷相除得到實時變化的功煤比。燃煤量和實際負荷的數(shù)值為多個時間點的平均值，功煤比的計算通過功煤比計算模塊實現(xiàn)，包括除法模塊、RUNAVERAGE模塊、LEADLAG函數(shù)模塊。除法模塊用于燃煤量和實際負荷均值選擇模塊輸出的燃煤量和實際負荷相除。

圖3 功煤比計算邏輯

RUNAVERAGE模塊是以設(shè)置的采樣間隔時間內(nèi)收集的樣本進行求平均值的算法模塊。在采樣間隔時間內(nèi)，輸出均為N個樣本的平均值，樣本包括最近的樣本和之前N-1個樣本，每次采樣時，丟棄時間最早的樣本，將最新的樣本補入。在本實施例中RUNAVERAGE模塊的采樣間隔時間設(shè)定為5分鐘。

LEADLAG函數(shù)模塊是非線性的超前/滯后函數(shù)模塊，具有兩個參數(shù)LEAD和LAG，當(dāng)LEAD=0時，LAG>0時，該模塊為滯后模塊，用于平滑輸入變化量。

燃煤量和實際負荷通過除法模塊相除得到功煤比，功煤比輸出值第一個RUNAVERAGE模塊，其將功煤比數(shù)據(jù)處理后輸出至切換塊5的Y路輸入端，切換塊5輸出端輸出至第二個RUNAVERAGE模塊，第二個RUNAVERAGE模塊分別輸出至切換塊5的N路輸入端以及LEADLAG函數(shù)模塊，LEADLAG函數(shù)模塊輸出至切換塊6的Y路輸入端，切換塊6輸出端分別輸出至切換塊6的N路輸入端和煤量指令形成模塊。

穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖分別控制切換塊5和切換塊6的切換，當(dāng)機組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖時，功煤比能夠反映煤質(zhì)變化，切換塊5和切換塊6均為Y路導(dǎo)通，功煤比能夠?qū)崟r隨燃煤量和實際負荷采樣變化而變化，經(jīng)過兩個RUNAVERAGE模塊以及LEADLAG函數(shù)模塊處理后形成實時變化功煤比反映煤質(zhì)變化。當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失時，切換塊5和切換塊6均為N路導(dǎo)通，第二個RUNAVERAGE模塊的輸出至切換塊5的N路輸入端，將穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比進行反復(fù)處理，切換塊6的輸出端輸出至切換塊6的N路輸入端，經(jīng)LEADLAG模塊輸出的功煤比被保持，并且輸出至煤量指令形成模塊用于煤量指令的計算。

2.4熱耗系數(shù)計算邏輯

模塊RATELIMIT算法是帶固定速率限制和超出速率限制標志的速率限制器。如果輸出的變化率小于或等于速率限制，則輸出等于輸入；如果輸出的變化率大于速率限制，則輸出變化限制為速率限制設(shè)置值。本邏輯中設(shè)置該參數(shù)，避免當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖觸發(fā)時，熱耗系數(shù)大幅度變化。

表1中負荷指令對應(yīng)的f（x）為性能試驗時，經(jīng)專業(yè)機構(gòu)測試的機組熱耗函數(shù)，由表中可以看出濕冷機組同空冷機組的熱耗相差很大，邏輯中把熱耗參數(shù)輸入負荷指令LDCOUT對應(yīng)的f（x）函數(shù)模塊。

表1 大唐韓城第二發(fā)電廠600MW機組

在負荷指令變化時，取負荷指令所對應(yīng)的熱耗值與負荷指令變化瞬間的熱耗值相除得到熱耗系數(shù)。當(dāng)機組發(fā)出穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖時，熱耗系數(shù)為1，當(dāng)機組穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失時，保持穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值作為分母，將負荷指令所對應(yīng)的熱耗值作為分子。

如圖4所示，熱耗系數(shù)計算模塊包括f(x)函數(shù)模塊、RATELIMIT算法模塊、LEADLAG函數(shù)模塊、除法模塊。

圖4 熱耗系數(shù)計算邏輯

f(x)函數(shù)模塊用于根據(jù)負荷指令輸出負荷指令所對應(yīng)的熱耗值，如表1所示，將表中空冷機組熱耗參數(shù)和濕冷機組熱耗參數(shù)分別輸入各自機組控制系統(tǒng)中的f(x)函數(shù)模塊中，當(dāng)負荷指令變化時，f(x)函數(shù)模塊根據(jù)負荷指令與總負荷的比值確定負荷率，根據(jù)負荷率輸出的相應(yīng)的熱耗值f(x)函數(shù)模塊將熱耗值輸出至除法模塊作為分子，還將熱耗值輸出至切換塊7的Y路輸入端，切換塊7的輸出端輸出至除法模塊作為分母，切換塊7的輸出端還輸出至切換塊7的N路輸入端。

當(dāng)升降負荷負荷指令發(fā)生變化時，機組不處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，切換塊7的N路導(dǎo)通，f(x)函數(shù)模塊隨著負荷指令的變化輸出不同的熱耗值作為除法模塊的分子，切換塊7的輸出端輸出至N路輸入端，即保持了穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值，該熱耗值被切換塊7反復(fù)輸出至除法模塊作為分母，這樣除法模塊的分母一直保持為穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值，分子為隨負荷指令變化而變化的熱耗值。

例如濕冷機組需要將負荷從600WM降至540WM，即負荷率從100%降至90%，此時穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，切換塊7的N路導(dǎo)通，600WM所對應(yīng)的熱耗值為7768被保持為分母，f(x)函數(shù)模塊將600WM至540WM分為幾段，例如分為600WM、580WM、560WM、540WM，600WM與540WM所對應(yīng)的熱耗值已知，f(x)函數(shù)模塊按線性關(guān)系分別計算出580WM、560WM所對應(yīng)的熱耗值，分別將600WM、580WM、560WM、540WM所對應(yīng)的熱耗值與所保持的熱耗值7768相除得到每段所對應(yīng)的熱耗系數(shù)，逐步控制熱耗系數(shù)變化。

除法模塊輸出的熱耗系數(shù)經(jīng)過RATELIMIT算法模塊、LEADLAG函數(shù)模塊輸出至煤量指令形成模塊。

RATELIMIT算法模塊為速率限制模塊，如果輸出的變化率小于或等于速率限制，則輸出等于輸入，如果輸出的變化率大于速率限制，則輸出變化率為速率限制值，避免當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖觸發(fā)時，熱耗系數(shù)大幅變化。

當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖觸發(fā)時，切換塊7的Y路導(dǎo)通，熱耗系數(shù)會突然變?yōu)?，會使熱耗系數(shù)變化過大，因此對切換塊7變化率進行限制，觸發(fā)脈沖觸發(fā)幾次后，才能使切換塊7的Y路與輸出相等，熱耗系數(shù)逐漸變?yōu)?，避免在機組達到穩(wěn)定狀態(tài)時熱耗系數(shù)大幅波動。

將負荷指令變化瞬間的功煤比與熱耗系數(shù)以及負荷指令相乘得到負荷指令變化過程中所需的精確煤量。

2.5穩(wěn)態(tài)煤量指令形成

在升降負荷時，負荷指令變化，機組不處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比通過切換塊6被保持并且反復(fù)輸出，負荷指令所對應(yīng)的熱耗值與切換塊7所保持的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值相除得到熱耗系數(shù)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比與熱耗系數(shù)相乘后再與負荷指令相乘即可得到升降負荷階段所需的精確煤量。

將精確煤量轉(zhuǎn)換為煤量指令來控制給煤機的給煤量。通過所得到的精確煤量通過系數(shù)模塊K轉(zhuǎn)換為煤量指令。在升降負荷結(jié)束后，負荷達到負荷指令目標值時，機組會進入穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定觸發(fā)脈沖開始觸發(fā)，功煤比又會通過切換塊6的Y路導(dǎo)通開始實時變化，并且熱耗系數(shù)也會通過切換塊7的Y路導(dǎo)通開始趨近于1。這樣會導(dǎo)致煤量指令產(chǎn)生新的變化，造成機組的擾動，因此增加了吸收模塊與切換模塊。

如圖5所示，計算后的精確煤量輸出至切換塊11的N路輸入端，切換塊11的輸出端分別輸出至系數(shù)模塊K和切換塊11的Y輸入端。切換模塊觸發(fā)條件包括一個TRANSPORT模塊、加法模塊8（實現(xiàn)減法功能）和AND模塊10的邏輯，TRANSPORT模塊輸出的前3分鐘的負荷指令與當(dāng)前值負荷指令在模塊8中相減，變化范圍在±5MW內(nèi)，并且機組處于協(xié)調(diào)控制（LDCAUTO）狀態(tài)、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖存在時，AND模塊10輸出值為“1”，AND模塊10控制切換塊11的Y路導(dǎo)通，切換塊11保持之前的精確煤量不變，循環(huán)輸出至系數(shù)模塊K。在升降負荷階段，由于負荷指令不在±5MW內(nèi)，或者穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失，AND模塊10輸出為“0”，切換塊11的N路導(dǎo)通，實時變化的負荷指令與功煤比、熱耗系數(shù)進行相乘計算的精確煤量輸出至系數(shù)模塊K。吸收模塊用于吸收精確煤量輸入與輸出的差值，精確煤量通過跟隨模塊9輸出至切換塊11，跟隨模塊9還連接吸收模塊，跟隨模塊9用于比較輸出值與精確煤量輸出值的差值，將差值通過吸收模塊吸收。

圖5 穩(wěn)態(tài)時煤量指令形成

通過吸收模塊與切換模塊，當(dāng)機組不在升降負荷階段時，無論功煤比如何變化，輸出的煤量指令均不會變化，當(dāng)機組處于升降負荷階段時，所計算出的精確煤量才能實時轉(zhuǎn)換為煤量指令，有效避免了在升降負荷結(jié)束后產(chǎn)生新的擾動問題。

3　功煤比及熱耗方案在現(xiàn)場中的應(yīng)用

圖6為原控制邏輯，畫框部分為功煤比及熱耗部分所替代，原邏輯雖然非常簡單，但是無法解決由于煤質(zhì)變化而導(dǎo)致升降負荷壓力波動大問題，因此也無法解決升降負荷燃燒不穩(wěn)定問題，對機組的安全穩(wěn)定運行造成很大威脅。

圖6 原主汽壓力控制邏輯

功煤比及熱耗方案應(yīng)用于大唐韓城第二發(fā)電廠機組協(xié)調(diào)控制的主汽壓力回路中，圖7是功煤比及熱耗的應(yīng)用邏輯。在升降負荷階段，由于負荷和煤量均在變化，因此功煤比在這個階段是保持不變的，用穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比與負荷指令相乘可算出負荷指令所需的準確煤量，再通過熱耗系數(shù)進行修正，即可得到升降負荷階段所需的精確煤量。具體而言，在升降負荷階段，保持穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比，以及穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值，通過負荷指令所對應(yīng)的熱耗值與保持的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的熱耗值相除得到熱耗系數(shù)，用熱耗系數(shù)與保持的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖消失瞬間的功煤比相乘，再與負荷指令相乘即可得到升降負荷階段所需的精確煤量，轉(zhuǎn)換為煤量指令即可控制給煤機的給煤量。

實時變化的功煤比只有在機組穩(wěn)定狀態(tài)下才能真實反映出煤質(zhì)變化，機組在穩(wěn)定協(xié)調(diào)狀態(tài)時，供煤比只是實時變化，但是機組的煤量指令保持不變。

3.1采用功煤比及熱耗方案在負荷變動時的曲線

由圖8可以看出，在負荷大幅升降的過程中，功煤比一直保持不變。熱耗系數(shù)隨著負荷的升降進行變化，當(dāng)負荷到達峰值時，熱耗系數(shù)也到達峰值。當(dāng)負荷到達目標值后，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖開始觸發(fā)，在這其間煤量指令保持不變。熱耗系數(shù)同功煤比發(fā)生變化，輸入與輸出的差值由具有跟蹤功能的吸收模塊來接收該值。當(dāng)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊消失時，吸收模塊數(shù)值保持當(dāng)前值。經(jīng)過若干個穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖后功煤比就反應(yīng)了當(dāng)前真實的功煤比，熱耗系數(shù)趨向于1，隨后穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊不停對功煤比進行修正，可以確保煤質(zhì)發(fā)生變化時，實時功煤比反應(yīng)煤質(zhì)的變化。

3.2采用功煤比及熱耗方案后壓力和煤量曲線

圖7 功煤比及熱耗在主汽壓力回路應(yīng)用邏輯

圖8 采用功煤比及熱耗在負荷變動時的曲線

由圖9可以看出，當(dāng)采用功煤比、熱耗修正的煤量時，負荷從602MW變化到305MW過程中，可以看到壓力一直穩(wěn)定，實際煤量同所計算煤量偏差很小，達到升降負荷過程中主汽壓力動態(tài)偏差大幅減小，從而保證了燃燒的穩(wěn)定。

圖9 采用功煤比及熱耗后主汽壓力煤量及負荷變化曲線

4　結(jié)語

該項目成果在600MW機組的成功應(yīng)用，解決了火力發(fā)電廠在升降負荷時出現(xiàn)的壓力不穩(wěn)定，導(dǎo)致負荷大幅波動的問題，使負荷變化過程中主汽壓力參數(shù)偏差大幅減小，提高了機組燃燒穩(wěn)定性和機組快速響應(yīng)能力。

目前升降負荷階段主汽壓力波動大，全國火力發(fā)電廠普遍存在這個問題，針對此問題，有些電廠的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入幾十萬元的資金，采用斯密斯預(yù)估、狀態(tài)觀測器等先進算法，但由于理論太深，參數(shù)太多，有的還是黑匣子，一般普通工程技術(shù)人員很難掌握修改參數(shù)的方法。

該項目成果：沒有使用先進的控制算法，不需要投入資金，僅采用機組原先的DCS系統(tǒng)，無需增加新的控制系統(tǒng)或其他硬件即可實現(xiàn)目的。解決了困擾提高機組調(diào)節(jié)品質(zhì)的技術(shù)難題，如把此項成果推廣到火力發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對控制邏輯進行優(yōu)化，能有效地提高機組的調(diào)頻調(diào)峰性能，提高機組運行的整體控制水平，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。

[1] 李遵基. 熱工自動控制系統(tǒng)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2001.

[2] 羅萬金. 電廠熱工過程自動調(diào)節(jié)[M]. 北京: 水利電力出版社, 1991.

There are many factors affecting the pressure of boiler main steam in thermal power station. These factors would result in big boiler pressure fluctuations and deterioration of combustion in the condition of load changes. Using power coal ratio and heat consumption scheme can significantly decrease the dynamic deviation of main stream pressure during the variable load process and automatically improve the quality so that the regulated good performance can be achieved. This paper introduces the logic calculation and switching method for coal power ratio and heat consumption, the logic design of steadystate trigger pulse as well as its application in the production site.

Coordinated control; Power coal ratio; Heat consumption; Steadystate trigger pulse

B 文章編號：1003-0492(2015)01-0084-06

TP273

劉永紅（1971- ），男，陜西韓城人，高級工程師，本科，現(xiàn)就職于大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事熱工專業(yè)自動控制系統(tǒng)的研究。

陳二寧（1982- ），男，湖南邵陽人，計量技師，本科，現(xiàn)就職于大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司，主要研究方向為自動控制系統(tǒng)及自動化儀表。