朱繼峰，陳 波，李恩長(zhǎng)，丁 寧

0 引言

某發(fā)電廠2×1 030 MW超超臨界發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)采用日立H5000M系統(tǒng)，2臺(tái)機(jī)組自2014年下半年投運(yùn)以來，由于煤種的改變和機(jī)組特性發(fā)生變化等原因，AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）調(diào)節(jié)品質(zhì)下降，AGC調(diào)節(jié)效果在浙江省內(nèi)發(fā)電廠中排名靠后，亟需提高。

1 運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集及分析，在機(jī)組的協(xié)調(diào)控制方面主要存在下列問題：

（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)閥位開度偏大，機(jī)組一次調(diào)頻能力受一定制約。

（2）鍋爐主控指令在穩(wěn)態(tài)工況下與機(jī)組實(shí)際負(fù)荷存在偏差，機(jī)組部分靜態(tài)參數(shù)控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)值與實(shí)際工況發(fā)生了偏離。

（3）給水焓控容易修正到上限或下限的位置。

（4）機(jī)組連續(xù)升負(fù)荷過程速率較慢，尤其當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門全開后更為明顯。

（5）燃料量前饋的增加導(dǎo)致爐膛壓力波動(dòng)大。

（6）機(jī)組在連續(xù)小幅升降負(fù)荷時(shí)，主汽壓力偏差較大，尤其在機(jī)組定壓運(yùn)行段連續(xù)降負(fù)荷時(shí)高調(diào)閥的連續(xù)關(guān)小壓力波動(dòng)較大，常引起機(jī)組超壓，導(dǎo)致運(yùn)行人員切除協(xié)調(diào)至TF（汽輪機(jī)跟蹤）模式。連續(xù)升負(fù)荷階段，由于機(jī)組蓄熱迅速消耗，以及鍋爐起壓時(shí)間需2～3 min，導(dǎo)致機(jī)前壓力無法跟隨壓力設(shè)定。

（7）季節(jié)變化對(duì)機(jī)組背壓造成的影響，引起調(diào)閥的壓損偏離期望值。

2 分析AGC品質(zhì)較差的主要原因

2.1 機(jī)組靜態(tài)負(fù)荷點(diǎn)

機(jī)組投運(yùn)初期，運(yùn)行數(shù)據(jù)不足，基建期間的風(fēng)煤水線與實(shí)際工況不匹配，工質(zhì)靜態(tài)偏差使得機(jī)組協(xié)調(diào)控制能力失衡，反應(yīng)在機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)遲鈍，影響機(jī)組AGC能力。

2.2 汽輪機(jī)閥門裕量

機(jī)組投運(yùn)初期，滑壓曲線參照設(shè)計(jì)值設(shè)置，無法滿足機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的需求，高壓調(diào)節(jié)閥（簡(jiǎn)稱高調(diào)閥）長(zhǎng)時(shí)間保持在高閥位運(yùn)行。在升負(fù)荷過程中，汽輪機(jī)主控很容易達(dá)到最大位置，缺乏調(diào)節(jié)的裕量，而對(duì)于直流爐來說，鍋爐的響應(yīng)比較慢，直接影響了機(jī)組的AGC響應(yīng)速度。此外，主汽門的流量特性曲線不合理也對(duì)調(diào)節(jié)產(chǎn)生了較大影響。

2.3 前饋的不匹配

與機(jī)組匹配的鍋爐加速指令能使得機(jī)組在負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化的過程中，盡快回到新的穩(wěn)態(tài)點(diǎn)，但前饋量的設(shè)計(jì)失衡反而會(huì)加劇系統(tǒng)的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)候會(huì)造成超溫、超壓或者引起分離器出現(xiàn)水位。而由于AGC指令的特性，使得機(jī)組鍋爐加速指令（前饋控制）的建模與匹配成為了協(xié)調(diào)控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，此處著重介紹這一方面的AGC響應(yīng)優(yōu)化。

3 協(xié)調(diào)靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化

3.1 具體優(yōu)化的參數(shù)

根據(jù)機(jī)組目前存在的問題，以高調(diào)閥7%～8%壓損為控制目標(biāo)進(jìn)行定閥點(diǎn)靜態(tài)優(yōu)化試驗(yàn)，獲得了從450～1 000 MW機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行工況下的滑壓曲線、燃料量、給水量、風(fēng)量等機(jī)組協(xié)調(diào)控制主要參數(shù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，開展了以下幾方面的協(xié)調(diào)靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化：

（1）通過協(xié)調(diào)靜態(tài)參數(shù)定閥位試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化機(jī)組閥位和煤水配比，根據(jù)汽輪機(jī)閥組壓損的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，確定穩(wěn)態(tài)工況下汽輪機(jī)閥組平均開度，并獲取合理的滑壓定值；在滿足機(jī)組AGC及一次調(diào)頻能力的前提下，盡可能減小汽輪機(jī)閥組壓損;根據(jù)汽輪機(jī)定閥點(diǎn)工況的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，獲取機(jī)組協(xié)調(diào)控制的靜態(tài)參數(shù)定值。修改后調(diào)閥平均開度約為40%左右，既保證了機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求又能夠滿足電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻需求。

（2）優(yōu)化中增加和投用了凝汽器背壓對(duì)滑壓曲線優(yōu)化的控制邏輯，設(shè)置高壓凝汽器壓力5.3 kPa為比較值，通過背壓偏差對(duì)滑壓曲線的優(yōu)化補(bǔ)償范圍為0.98～1.02，解決了機(jī)組在不同背壓下調(diào)閥開度變化引起機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益降低或者調(diào)峰、調(diào)頻能力削弱?？刂七壿嬕妶D1，該滑壓修正系數(shù)CN生成后直接去修正機(jī)組的滑壓曲線。

圖1 凝汽器背壓對(duì)滑壓曲線優(yōu)化的控制邏輯

（3）細(xì)化協(xié)調(diào)靜態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)值，將原煤、水、滑壓線由原來的8段折線修正函數(shù)優(yōu)化為16段，各個(gè)負(fù)荷段對(duì)應(yīng)的定閥位參數(shù)更加精準(zhǔn)。

3.2 優(yōu)化后效果

通過對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)參數(shù)的優(yōu)化，結(jié)合機(jī)組實(shí)際升降負(fù)荷狀態(tài)，解決了機(jī)組部分負(fù)荷段調(diào)閥壓損過大、協(xié)調(diào)控制中煤水配比不均等問題，具體效果可以見圖3優(yōu)化后負(fù)荷與指令曲線，偏差明顯小于圖2優(yōu)化前：

（1）降低部分負(fù)荷段滑壓段設(shè)定值，減少了汽輪機(jī)調(diào)門壓損。

（2）完善了450～500 MW間機(jī)組燃料量設(shè)計(jì)值，減少了500～1 000 MW給水量70 t/h，解決了機(jī)組在穩(wěn)態(tài)時(shí)，煤水配比不均引起的鍋爐指令與實(shí)際功率不匹配、機(jī)組超壓運(yùn)行等問題。

（3）采取了增加部分負(fù)荷段下分離器出口焓值目標(biāo)值、溫度控制器中過熱器溫降設(shè)定、降低過熱度目標(biāo)值等措施，解決了機(jī)組運(yùn)行中各級(jí)減溫水無法均勻分配問題、焓值控制器輸出至上下限的問題。

圖2 煤、水、滑壓線修正前負(fù)荷與指令曲線

圖3 煤、水、滑壓線修正后負(fù)荷與指令曲線

4 協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化

開展了10 MW，20 MW，30 MW負(fù)荷擺動(dòng)試驗(yàn)，進(jìn)行了機(jī)組協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化。

（1）滑壓曲線優(yōu)化，修改了部分負(fù)荷段滑壓速率和慣性時(shí)間，以適應(yīng)頻繁快速升/降負(fù)荷時(shí)鍋爐起壓、降壓速率，解決了部分負(fù)荷段由于滑壓曲線過快造成的壓力偏差引起機(jī)爐主控對(duì)壓力的修正量偏離設(shè)計(jì)的問題。

（2）修改了鍋爐主控壓力控制回路，增加定壓段壓力的微分控制強(qiáng)度，解決了機(jī)組定壓段連續(xù)降負(fù)荷工況下，機(jī)組超壓運(yùn)行的問題，提升了在該工況下爐主控對(duì)汽壓修正的能力。

（3）優(yōu)化了鍋爐輸入加速指令，對(duì)部分負(fù)荷段下、不同壓力偏差下燃料量的動(dòng)態(tài)前饋進(jìn)行了調(diào)整，以適應(yīng)機(jī)組在升/降負(fù)荷時(shí)對(duì)燃料量的需求及對(duì)機(jī)組蓄熱的補(bǔ)充。

（4）對(duì)汽機(jī)主控的功壓配比進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化。

（5）針對(duì)機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)中出現(xiàn)的過熱度變化波動(dòng)劇烈，減少了鍋爐給水加速指令的前饋量大小，在之后的負(fù)荷擺動(dòng)中，過熱度變化趨于平緩。

（6）針對(duì)負(fù)荷擺動(dòng)中壓力變化大的情況，進(jìn)行了以下優(yōu)化：動(dòng)態(tài)參數(shù)上，在爐膛負(fù)壓允許的情況下適當(dāng)增加了燃料量前饋的變化幅度；減弱了部分負(fù)荷段下機(jī)組滑壓速率和增加了慣性時(shí)間，使滑壓線接近鍋爐起壓過程；增加了協(xié)調(diào)模式下鍋爐主控對(duì)主汽壓力的修正，針對(duì)定壓段，依據(jù)壓力偏差加強(qiáng)了靜態(tài)修正的比例作用和微分作用，通過微分增益的增強(qiáng)減少了對(duì)燃料量的持續(xù)調(diào)節(jié)，對(duì)抑制機(jī)組小負(fù)荷連續(xù)變化時(shí)壓力的偏差起到了較明顯的作用，彌補(bǔ)了一些由于前饋量持續(xù)時(shí)間短對(duì)升降負(fù)荷時(shí)機(jī)組蓄熱補(bǔ)充量不足的缺陷。

通過對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化，對(duì)于單次的負(fù)荷擺動(dòng)和50 MW以上的負(fù)荷擺動(dòng)，機(jī)組通過鍋爐加速指令的調(diào)整有著較好的調(diào)節(jié)效果。但對(duì)于連續(xù)的小幅度負(fù)荷變動(dòng)，機(jī)組蓄熱被用盡后，采用了對(duì)鍋爐主控靜態(tài)參數(shù)的調(diào)整，尤其是提升了微分作用后調(diào)節(jié)效果有了明顯的改善。考慮到爐膛燃燒和負(fù)壓的擾動(dòng)，燃料前饋量沒有進(jìn)一步的增加。為了更好地適應(yīng)連續(xù)的負(fù)荷變動(dòng)工況，擬在協(xié)調(diào)前饋控制回路增加以下相關(guān)邏輯：在負(fù)荷變動(dòng)中壓力偏差較大的工況下，延長(zhǎng)鍋爐輸入加速指令的回收時(shí)間。

5 前饋的優(yōu)化

5.1 前饋整定的問題

AGC指令大多是頻繁的小負(fù)荷指令，對(duì)于這種小幅指令波動(dòng)，一方面，由于小幅度AGC指令的頻繁波動(dòng)，使前饋指令跟著波動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷不穩(wěn)定，因此小波動(dòng)的負(fù)荷指令不適宜作為過強(qiáng)的前饋，甚至不適宜作為前饋；另一方面，對(duì)于連續(xù)單向小幅度AGC指令，若無前饋或前饋較弱，則在負(fù)荷升降過程中，會(huì)出現(xiàn)蓄熱補(bǔ)充不足的缺陷，影響機(jī)組對(duì)負(fù)荷的調(diào)節(jié)。

5.2 前饋波形的優(yōu)化

前饋優(yōu)化的目的，是在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，為機(jī)組提供快速能量提升和能量釋放方式，保證機(jī)組蓄熱補(bǔ)充和恢復(fù)，使機(jī)組在穩(wěn)定的工況下能及時(shí)響應(yīng)AGC負(fù)荷指令。為了優(yōu)化AGC模式下的前饋量，在前饋回路中加入了壓力偏差對(duì)前饋的修正邏輯。即在升負(fù)荷時(shí)，若機(jī)組欠壓，則減緩前饋回收，延長(zhǎng)前饋量的作用時(shí)間，彌補(bǔ)機(jī)組蓄熱消耗，避免高調(diào)門連續(xù)開啟造成的機(jī)組欠壓狀態(tài)；同樣，在連續(xù)降負(fù)荷工況時(shí)，若機(jī)組超壓，也應(yīng)減少前饋回升的速度，增加機(jī)組能量釋放能力。具體的設(shè)計(jì)邏輯見圖4。

5.3 前饋波形優(yōu)化前后的效果

優(yōu)化前機(jī)組用電早高峰中AGC連續(xù)加負(fù)荷時(shí)，功率調(diào)節(jié)效果不佳，機(jī)組無法快速產(chǎn)生升負(fù)荷所需的蒸汽量，欠壓嚴(yán)重，實(shí)際壓力偏離壓力設(shè)定值曲線，實(shí)際功率與AGC指令偏差大，導(dǎo)致電網(wǎng)典型考核，見圖5。

前饋優(yōu)化后，機(jī)組對(duì)早高峰AGC的連續(xù)加負(fù)荷過程工況，有著較好的適應(yīng)能力，壓力跟蹤能力良好，功率調(diào)節(jié)品質(zhì)得到明顯改善，實(shí)際功率與AGC指令偏差小，AGC響應(yīng)精度顯著提高，見圖6。

優(yōu)化后的升負(fù)荷工況，當(dāng)壓力偏差在正常范圍內(nèi)時(shí)，前饋正?；芈?，若實(shí)際壓力偏?。ㄇ穳海r(shí)，前饋回落速度變慢、加前饋?zhàn)饔脮r(shí)間持續(xù)較久些，進(jìn)而改善欠壓狀況，提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力，效果見圖7。

優(yōu)化后的降負(fù)荷工況，當(dāng)壓力偏差在正常范圍內(nèi)時(shí)，前饋正常回落，若實(shí)際壓力偏大（超壓）時(shí)，前饋回落速度變慢、減前饋?zhàn)饔脮r(shí)間持續(xù)較久，進(jìn)而改善超壓狀況，提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力，效果見圖8。

圖4 前饋優(yōu)化邏輯—根據(jù)壓力偏差修正前饋?zhàn)饔?/p>

圖5 前饋優(yōu)化前的AGC連續(xù)加負(fù)荷曲線

圖6 前饋優(yōu)化后的AGC連續(xù)加負(fù)荷曲線

圖7 升負(fù)荷工況下的前饋優(yōu)化

6 結(jié)語

通過機(jī)組定閥位試驗(yàn)、靜態(tài)參數(shù)、前饋優(yōu)化后，1號(hào)和2號(hào)機(jī)組的AGC響應(yīng)能力得到明顯的改善，AGC精度顯著提高，定壓段超溫、超壓的現(xiàn)象消失，機(jī)組處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，高調(diào)閥平均開度40%～42%，壓損約為8%。針對(duì)連續(xù)加負(fù)荷造成的機(jī)組欠壓工況，依據(jù)壓力偏差值匹配前饋量的控制方案消除了機(jī)組的動(dòng)態(tài)能量平衡擾動(dòng)，加快了AGC響應(yīng)的速率和精度。以上著重介紹了前饋建模和優(yōu)化控制方案，通過特性試驗(yàn)，對(duì)機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能的改善，為超（超）臨界直流鍋爐發(fā)電機(jī)組提升特定工況下AGC調(diào)節(jié)能力提供可行的方案，具有借鑒和實(shí)踐意義。

圖8 降負(fù)荷工況下的前饋優(yōu)化

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