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300 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與AGC功能優(yōu)化

王杰,張長(zhǎng)茂，周懷斌,丁玉璋，孫建明

（酒鋼集團(tuán)能源中心，甘肅嘉峪關(guān)735100）

【摘要】針對(duì)300 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)差、無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行以及AGC功能無(wú)法正常投入，對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。控制策略由原來(lái)直接指令平衡方式優(yōu)化為直接能量平衡控制方式，通過(guò)增加前饋提升鍋爐響應(yīng)速率，模糊控制邏輯來(lái)改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，利用瞬時(shí)煤量來(lái)修正容量風(fēng)開(kāi)度來(lái)調(diào)整煤量。聯(lián)調(diào)試驗(yàn)證明優(yōu)化后的系統(tǒng)能滿足AGC調(diào)節(jié)性能要求。

【關(guān)鍵詞】直接能量平衡法；前饋；模糊邏輯；AGC功能

1　概述

嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2伊300MW機(jī)組于2007 年12月投產(chǎn)使用，采用哈爾濱鍋爐有限公司生產(chǎn)的HG-1025/17.5-YM24，為亞臨界、一次中間再熱、正壓直吹四角切圓、自然循環(huán)鍋爐。每臺(tái)鍋爐配備有3臺(tái)雙進(jìn)雙出的鋼球磨煤機(jī)，采用一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制方式采用直接指令平衡策略，該策略[1]采用前饋指令加閉環(huán)校正方式，將負(fù)荷指令直接送至汽機(jī)主控和鍋爐主控，使汽機(jī)和鍋爐同時(shí)獲得最快的負(fù)荷響應(yīng)。汽機(jī)側(cè)重校正負(fù)荷，使實(shí)際負(fù)荷等于負(fù)荷指令，鍋爐側(cè)重校正壓力，使主蒸汽壓力等于滑壓曲線設(shè)定值。機(jī)組存在主要問(wèn)題有：一是機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)無(wú)法正常的投入運(yùn)行；二是系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能差，無(wú)法滿足自動(dòng)發(fā)電量控制(automatic generation control，AGC)投入要求。結(jié)合機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行狀況，對(duì)300 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，選擇了直接能量平衡法作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，在調(diào)節(jié)性能方面也做了大量的工作，如在鍋爐主控中增加了前饋控制方式來(lái)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，在鍋爐主控控制器參數(shù)選擇上采用目前比較先進(jìn)的模糊邏輯理念等，系統(tǒng)控制性能得到了大大地改善。

2　協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)改進(jìn)的措施

2.1采用直接能量平衡法（DEB）策略

在協(xié)調(diào)控制策略上，由原來(lái)直接指令平衡法改變?yōu)橹苯幽芰科胶夥?。直接能量平衡法DEB(Di原rection Energy Balance)[2 -5]是位于美國(guó)的Leeds&Northrup公司提出的一種新穎的協(xié)調(diào)控制方法。以機(jī)組的能量平衡為出發(fā)點(diǎn),以能量需求和能量釋放為控制信號(hào)。以能量需求信號(hào)為前饋,以熱量釋放信號(hào)為反饋,及時(shí)反應(yīng)汽機(jī)側(cè)能量需求的變化和鍋爐釋放熱量的變化,根據(jù)二者的偏差調(diào)節(jié)燃料量,滿足負(fù)荷的適應(yīng)性。

對(duì)于汽包來(lái)講，主蒸汽壓力穩(wěn)定性是反映機(jī)組調(diào)節(jié)性能的關(guān)鍵性因素。主蒸汽壓力變化過(guò)大會(huì)引起機(jī)組PCV閥動(dòng)作，引起能量損失甚至可能引發(fā)不安全事件。DEB有保持壓力穩(wěn)定的能力，采用DEB控制策略是最佳選擇，并且在DEB基礎(chǔ)增加了微分環(huán)節(jié)來(lái)提高機(jī)組對(duì)熱能信號(hào)的響應(yīng)速度。

2.2增加動(dòng)態(tài)前饋來(lái)提高鍋爐響應(yīng)速度

鍋爐屬于大慣性、非線性的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間滯后，存在著多種非線性輸入變量，且這些輸入變量之間是相互耦合的，控制機(jī)理十分的復(fù)雜。前饋控制針對(duì)于大慣性的系統(tǒng)提出的一種控制理念，且前饋信號(hào)可以為不可測(cè)的干擾信號(hào)，來(lái)對(duì)系統(tǒng)提前進(jìn)行控制。

為了增加鍋爐的響應(yīng)時(shí)間，在鍋爐主控增加了若干個(gè)前饋信號(hào)來(lái)改善鍋爐調(diào)節(jié)性能。（1）增加靜態(tài)前饋。機(jī)組負(fù)荷指令[3]代表了機(jī)組應(yīng)發(fā)功率的大小，也代表了鍋爐側(cè)蒸汽功率的大小。利用機(jī)組負(fù)荷指令作為主函數(shù)加在鍋爐側(cè)的前饋信號(hào)中，根據(jù)負(fù)荷指令不同，形成不同的鍋爐輸入指令作為靜態(tài)前饋，送入鍋爐各子系統(tǒng)，作為穩(wěn)定工作點(diǎn)。（2）在機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中增加動(dòng)態(tài)前饋。鍋爐側(cè)的純滯后與大慣性環(huán)節(jié)是影響機(jī)組動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵性因素，為此根據(jù)負(fù)荷指令信號(hào)比鍋爐輸入信號(hào)更早原理，來(lái)生成動(dòng)態(tài)前饋信號(hào)，分別作用到燃料、送風(fēng)、給水、減溫水等系統(tǒng)，加速鍋爐對(duì)負(fù)荷指令的響應(yīng)速度，起到先動(dòng)作、早控制的作用，該部分在穩(wěn)態(tài)情況不起作用。（3）增加主蒸汽壓力變化率前饋信號(hào)。主蒸汽壓力高低直接反映了機(jī)組蓄能的大小，該參數(shù)變化情況直接影響機(jī)組安全運(yùn)行，為了保證主蒸汽壓力維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，增加主蒸汽壓力偏差作為鍋爐前饋信號(hào)，該前饋主要使用在穩(wěn)定情況下，當(dāng)機(jī)組壓力偏差大時(shí)，該前饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)，消除壓力偏差，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。（4）增加了DEB作為前饋，以及壓力設(shè)定值與機(jī)前壓力之間偏差作為前饋等。

通過(guò)增加若干個(gè)鍋爐主控的前饋信號(hào)，有效地改善了鍋爐的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，在機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中，通過(guò)預(yù)加或預(yù)減煤，提升了變負(fù)荷速率。

2.3模糊邏輯應(yīng)用在鍋爐主控參數(shù)選擇

模糊控制[6]是由美國(guó)的扎德創(chuàng)立的，1974年英國(guó)的Mamdani首先用模糊控制構(gòu)建了模糊控制器，并把它用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，在實(shí)驗(yàn)室獲得成功，這一開(kāi)拓的工作標(biāo)志著模糊控制理論的誕生。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)都需要建立數(shù)學(xué)模型，利用精確的數(shù)學(xué)模型去控制系統(tǒng)，對(duì)模型要求非常高。在實(shí)際工程應(yīng)用中，無(wú)法得到精確的數(shù)學(xué)模型，而模糊思想不需要數(shù)學(xué)模型利用以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善系統(tǒng)的性能，實(shí)踐證明控制效果良好。以鍋爐調(diào)節(jié)器偏差與鍋爐調(diào)節(jié)器偏差變化率作為模糊邏輯的輸入，構(gòu)成了11*11模糊控制表，模糊規(guī)則為11*E+DE，其中E為鍋爐調(diào)節(jié)器偏差，DE為偏差變化率。利用E與DE的變化，根據(jù)模糊規(guī)則得到值作為鍋爐主控制器積分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)壓力變化大時(shí)，積分時(shí)間常數(shù)變化，加快鍋爐響應(yīng)，鍋爐主控輸出增加，反之亦然。

2.4瞬時(shí)煤量修正容量風(fēng)開(kāi)度調(diào)節(jié)煤量

為了保證進(jìn)入爐膛燃燒量的準(zhǔn)確性，從兩方面調(diào)節(jié)煤量進(jìn)行改造：一方面將由原來(lái)的容量調(diào)節(jié)風(fēng)門后移動(dòng)到容量風(fēng)門之前，移動(dòng)后利用熱風(fēng)來(lái)保證一次風(fēng)壓，用熱冷風(fēng)配比來(lái)調(diào)整磨煤機(jī)出口溫度值；另一方面利用瞬時(shí)煤量來(lái)不斷地修正容量風(fēng)門的開(kāi)度控制進(jìn)入爐膛煤粉量。

本次改造對(duì)300 MW機(jī)組三臺(tái)雙進(jìn)雙出磨均進(jìn)行了改造升級(jí)，利用瞬時(shí)煤量值的大小有效地修正容量風(fēng)門的大小，已達(dá)到用容量風(fēng)門開(kāi)度大小來(lái)控制進(jìn)入爐膛燃料量大小。需要說(shuō)明的是，為了保證容量風(fēng)門的線性度，從兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。第一，機(jī)組負(fù)荷變化不同區(qū)段，設(shè)置不同的一次風(fēng)壓，以保證一次風(fēng)攜帶煤粉的剛度；第二，對(duì)容量風(fēng)門開(kāi)度大小進(jìn)行限制，一般設(shè)置在（0到55%開(kāi)度）。除此之外，由于煤質(zhì)、鍋爐本身特性的差異等因素的影響，當(dāng)容量風(fēng)門開(kāi)度達(dá)到了設(shè)置上限（如55%）后，鍋爐主控輸入仍舊在增加，為了保證壓力穩(wěn)定，在鍋爐主控設(shè)置了閉鎖增，以防止后期鍋爐超壓。

3　協(xié)調(diào)控制與AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

為了測(cè)試在協(xié)調(diào)控制方式下機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。我們?cè)诓煌?fù)荷、不同負(fù)荷速率下做了負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，比較其控制效果的優(yōu)劣，如表1所示。

表1　不同速率下性能比較

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得知，機(jī)組在負(fù)荷變動(dòng)大時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨效果較好，實(shí)際負(fù)荷變化速率滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求，機(jī)組的主要參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。但是在小負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，由于煤質(zhì)差，且波動(dòng)較大，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)跟隨效果不夠理想。

AGC試驗(yàn)是在變負(fù)荷試驗(yàn)基礎(chǔ)上，由負(fù)荷調(diào)度中心向機(jī)組發(fā)送負(fù)荷指令，以驗(yàn)證協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及各子自動(dòng)控制系統(tǒng)響應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)的能力。根據(jù)電網(wǎng)要求，變負(fù)荷設(shè)定為7.5 MW/min，機(jī)組初始負(fù)荷為211 MW，如圖1為新4#機(jī)組AGC聯(lián)調(diào)趨勢(shì)圖。

圖1　新4#機(jī)組AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

LDC GROSS-MW為機(jī)組負(fù)荷，從試驗(yàn)得到趨勢(shì)可知，實(shí)際負(fù)荷由211.05 MW升至239.805 MW，實(shí)際負(fù)荷速率為7.1 MW/min，試驗(yàn)過(guò)程中速率滿足電網(wǎng)要求。主汽壓力，主蒸汽溫度，給水等參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。由此證明優(yōu)化的協(xié)調(diào)控制方式在調(diào)節(jié)性能方面得到了大大地改善，完全滿足AGC投入要求。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文主要根據(jù)嘉峪關(guān)宏晟電熱公司300 MW機(jī)組AGC功能優(yōu)化項(xiàng)目，通過(guò)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，改善機(jī)組調(diào)節(jié)性能，滿足了電網(wǎng)對(duì)機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能的要求。但實(shí)際使用中，在速率高的情況下主蒸汽壓力波動(dòng)大，引起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)退出，甚至PCV閥動(dòng)作，今后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

[參考文獻(xiàn)]

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Optimization of the Coordination Control System and AGC Function in 300 MW Power Unit

Wang Jie，Zhang Chang mao，Zhou Huaibin，Ding Yuzhang，Sun Jianming

（Energy Center of Jiuquan Iron & Steel Group, Jiayuguan, Gansu 735100, China）

[Abstract]To solve the problem of poor regulation of the coordination control system and instable operation and AGC function unable to be used of the 300 MW unit, the coordi原nate control system was optimized in four aspects. The control strategy was changed from DIB to DEB; feed forward was added to increase response rate of the boiler; fuzzy control logic was adopted to improve system dynamic performance; and instantaneous coal amount was used to correct the capacity wind opening to adjust actual coal quantity. Combined test proved that the optimized system can meet the requirements of AGC regulation performance.

[Keywords]DEB; feed forward; fuzzy logic; AGC function

作者簡(jiǎn)介:王杰（1985-），男，畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)控制工程專業(yè)，碩士研究生，工程師,現(xiàn)從事電廠的熱工自動(dòng)化及熱工儀表研究工作。

收稿日期:2015-09-22

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）12-0061-03

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】TP27