張德才

陽煤平原化工有限公司 山東德州 253100

1 常規(guī)的控制方法

熱電聯(lián)產(chǎn)機組是一個多輸入、多輸出的被控對象。輸入有鍋爐燃料量、抽汽蝶閥開度、汽輪機高調(diào)門開度；輸出有汽輪機中壓缸排汽壓力、汽輪機機前壓力、機組發(fā)電負荷。當前普遍采用的熱電聯(lián)產(chǎn)機組控制方法為鍋爐燃料量控制汽輪機前壓力；汽輪機高調(diào)門開度控制機組發(fā)電負荷；汽輪機中壓缸壓力由調(diào)節(jié)蝶閥來調(diào)整[1]。

熱電聯(lián)產(chǎn)機組額定發(fā)電負荷指令（AGC）通過速率約束后即為實際發(fā)電指令，一般發(fā)電負荷指令設(shè)定為每分鐘調(diào)節(jié)1.5%Pe（Pe為額定負荷），對于300MW機組，通過計算可知其發(fā)電負荷速率約為4.5MW/min。供熱回路汽輪機抽汽壓力經(jīng)調(diào)整調(diào)節(jié)蝶閥開度來控制。鍋爐主控輸出到控制燃燒系統(tǒng)：為響應鍋爐主控輸出變化，相應的鍋爐給煤量也要隨之調(diào)整，一次風量、二次風量均需乘以一不同系數(shù)進行修正以適應鍋爐主控輸出變化，在此選擇一階慣性環(huán)節(jié)1/（10s+1）來描述；汽輪機同樣也選擇一階慣性環(huán)節(jié)1/（10s+1）；對于抽汽蝶閥開度的變化速率，控制系統(tǒng)一般采用慣性或者限速環(huán)節(jié)來約束，這里也用一階慣性環(huán)節(jié)1/（10s+1）來描述。下面對熱電聯(lián)產(chǎn)機組在不同工況下的運行特性進行分析，首先看一下常規(guī)控制系統(tǒng)在額定發(fā)電負荷工況、額定供熱負荷工況下的運行性能[2]。

圖1 常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)機組控制系統(tǒng)原理

2 改進后的控制方法

由上述仿真結(jié)果及分析可知，常規(guī)控制方案中機前壓力波動并不明顯，但存在一個明顯的不足，就是AGC的指令跟隨性能差，延遲時間太長，不能滿足電網(wǎng)快速性響應要求，無法實時參與電網(wǎng)調(diào)峰。要解決這一問題，需要考慮新的系統(tǒng)控制方案來提高系統(tǒng)發(fā)電負荷響應能力這一關(guān)鍵性能指標的快速性，這里提出一種基于熱慣性的改進控制方案來解決這一關(guān)鍵的系統(tǒng)性能指標。新的方案利用鍋爐燃料量控制機組發(fā)電負荷，汽輪機高調(diào)門開度控制汽輪機機前壓力，通過改變供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度控制供熱抽汽流量，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)發(fā)電功率能夠快速跟蹤功率指令變化[3]。

改進后的熱電聯(lián)產(chǎn)機組控制原理通過引入非線性濾波器，將AGC指令分解成基本負荷指令和波動負荷指令兩個部分。其中，基本負荷指令仍然由常規(guī)機組控制系統(tǒng)進行調(diào)控，而將蝶閥開度指令與慣性環(huán)節(jié)疊加之后，由波動負荷指令對蝶閥開度進行控制。

對改進后的控制方案在額定發(fā)電負荷工況下和額定供熱負荷工況下進行仿真分析，觀察系統(tǒng)的相關(guān)運行情況。無論是額定發(fā)電負荷工況還是額定供熱負荷工況，整體仿真時間都設(shè)定為3000s，其中在1000s時，額定發(fā)電負荷工況下給定負荷由300MW漸變到270MW；額定供熱負荷工況下給定負荷由235MW漸變到215MW。

對比常規(guī)控制方法和改進后的控制方法，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）無論是額定發(fā)電負荷工況還是額定供熱負荷工況，改進后的控制系統(tǒng)的機前壓力波動都要大于常規(guī)控制系統(tǒng)，在額定發(fā)電負荷工況時，機前壓力值最大達到18.5MPa；在額定供熱負荷工況時，機前壓力值最大達到18MPa。系統(tǒng)無論工作在額定發(fā)電負荷工況還是額定供熱負荷工況，改進后的系統(tǒng)控制方案中發(fā)電負荷的控制性能不管在跟隨性還是在穩(wěn)定性上，都要明顯優(yōu)于常規(guī)控制系統(tǒng)。

（2）由于在發(fā)電負荷的控制性能上，改進后的控制系統(tǒng)優(yōu)于常規(guī)控制系統(tǒng)，相應地，在額定供熱負荷工況下，改進后的控制系統(tǒng)的抽汽壓力波形和抽汽流量波形優(yōu)于相應的常規(guī)控制系統(tǒng)下的波形。綜上所述，改進后的控制方案優(yōu)于常規(guī)控制方案，特別是改進后的控制系統(tǒng)發(fā)電負荷的跟隨性能優(yōu)異，能滿足熱電聯(lián)產(chǎn)機組發(fā)電負荷控制的快速性要求，而發(fā)電負荷控制的快速性又是熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰的先決條件。

3 結(jié)語

在額定發(fā)電工況和額定加熱工況下，對常規(guī)的熱電聯(lián)產(chǎn)控制系統(tǒng)進行了分析和仿真，仿真結(jié)果表明，常規(guī)控制系統(tǒng)對發(fā)電負荷響應這一指標的跟隨性，有大約200秒的時間延遲。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的控制方法通過利用鍋爐燃料量控制裝置的發(fā)電負荷和汽輪機高門開關(guān)控制汽輪機前壓力進行了改進，并且與常規(guī)控制方法模擬進行比較的結(jié)果是對各種控制系統(tǒng)進行了改進。改進后的發(fā)電機負載響應指數(shù)響應速度快，可跟蹤性好，改進后的控制方案的總體性能優(yōu)于常規(guī)控制方案。