徐坤

（華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255000）

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），是指機(jī)組利用分散控制系統(tǒng)的邏輯回路協(xié)調(diào)汽輪機(jī)、鍋爐保持高度一致，向鍋爐主控、汽輪機(jī)主控分別傳遞指令，保持跟蹤自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）發(fā)出的功率指令，并且維持機(jī)組重要參數(shù)運(yùn)行在正常范圍內(nèi)的系統(tǒng)。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式包括手動(dòng)方式、汽輪機(jī)跟隨（TF）、鍋爐跟隨（BF）、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制等四種方式。從機(jī)組能量平衡角度對(duì)協(xié)調(diào)控制方案進(jìn)行分類(lèi)，可分為為間接能量平衡（IEB）和直接能量平衡（DEB）兩種。由于IEB 控制策略采用定壓運(yùn)行，當(dāng)主汽壓力偏差較大時(shí)，僅依靠鍋爐主控?zé)o法在短時(shí)間內(nèi)維持壓力，因此需要犧牲負(fù)荷兼顧主汽壓力，其本身特點(diǎn)決定了響應(yīng)能力差，存在控制滯后的問(wèn)題。

直接能量平衡控制是將功率偏差和能量偏差同時(shí)送到汽機(jī)主控和鍋爐主控控制器。能量偏差信號(hào)是由汽機(jī)側(cè)能量需求與鍋爐側(cè)熱量信號(hào)偏差得到的。

其中：P1 為調(diào)節(jié)級(jí)壓力；

PT為主汽壓力；

PS為主汽壓力設(shè)定值；

Pd為汽包壓力；

C 為鍋爐蓄能系數(shù)。

Pd汽包壓力的微分能夠提前反應(yīng)鍋爐內(nèi)部熱量的變化，即蓄能還是放熱。調(diào)節(jié)級(jí)壓力P1 在負(fù)荷升、降變化過(guò)程中與機(jī)組輸出功率成正比，可以代表汽輪機(jī)DEH 調(diào)閥的開(kāi)度。因?yàn)槟芰啃枨蠛蜔崃啃盘?hào)是由多個(gè)信號(hào)源構(gòu)造的，因此直接能量平衡方案需要整定的參數(shù)較多并且調(diào)試難度較大，但熱量信號(hào)在相位上比主蒸汽壓力信號(hào)超前，可以達(dá)到超前控制的目的。

2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與AGC 控制

根據(jù)山東省發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則要求，對(duì)AGC 機(jī)組的考核包括AGC 可用率考核和AGC 性能考核兩部分。AGC 考核指標(biāo)包括可用率指標(biāo)KA、調(diào)節(jié)性能指標(biāo)K1（調(diào)節(jié)速率）、K2（調(diào)節(jié)精度）、K3（響應(yīng)時(shí)間）。

機(jī)組月度調(diào)節(jié)性能指標(biāo)K1、K2、K3參數(shù)采用分項(xiàng)單獨(dú)考核，若參數(shù)大于設(shè)定值1，則免于考核；若參數(shù)小于1，則按照參數(shù)大小進(jìn)行考核。每次AGC 動(dòng)作調(diào)節(jié)性能KP用于衡量AHC 機(jī)組調(diào)節(jié)過(guò)程中性能的好壞，其計(jì)算公式為：

KP=K1×K2×K3

AGC 調(diào)節(jié)存在主要問(wèn)題：

某330MW 機(jī)組為亞臨界參數(shù)汽包爐，自然循環(huán)，單爐膛，一次中間再熱。汽機(jī)采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、三缸兩排氣、高中壓分缸、雙抽可調(diào)、凝汽式汽輪機(jī)。

機(jī)組采用GE 新華XDPS-400e 系統(tǒng)，DCS 與DEH 一體化設(shè)計(jì)。閉環(huán)控制系統(tǒng)包括鍋爐和汽機(jī)主控為基礎(chǔ)的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、汽包水位三沖量控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)料位控制等。

目前該機(jī)組AGC 控制方面主要存在以下問(wèn)題：

（1）AGC 指標(biāo)較低。查閱AGC 投入指標(biāo)，K1、K2值偏低，反映了機(jī)組調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)速率不滿足要求。機(jī)組負(fù)荷指令和發(fā)電機(jī)功率經(jīng)RTU 與DCS 傳輸通訊，由于信號(hào)偏差造成精度降低，影響AGC 指標(biāo)。

由于RTU 無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)參數(shù)顯示和歷史數(shù)據(jù)查詢，因此解決信號(hào)偏差問(wèn)題需在DCS 側(cè)增加AGC 指令修正函數(shù)，通過(guò)與調(diào)度核對(duì)指令和機(jī)組功率反饋，設(shè)置函數(shù)參數(shù)，使其抵消信號(hào)偏差導(dǎo)致的精度降低的問(wèn)題。

（2）主汽壓力控制超調(diào)。由于機(jī)組運(yùn)行工況和煤質(zhì)的影響，主汽壓力升壓滿。主汽壓力長(zhǎng)時(shí)間低于設(shè)定壓力，導(dǎo)致總?cè)萘匡L(fēng)指令不斷增加至上限。由于鍋爐主控繼續(xù)增加容量風(fēng)門(mén)開(kāi)指令,造成指令繼續(xù)累積。期間大量燃料進(jìn)入爐膛，增加了鍋爐蓄能。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷快速減小，造成燃料過(guò)剩，主蒸汽壓力快速上升，造成爐側(cè)超壓。

機(jī)組AGC-R 模式運(yùn)行，負(fù)荷250MW，主蒸汽流量762t/h，一次風(fēng)壓力7.5kPa，主汽壓力設(shè)定值14.76MPa, 實(shí)際主汽壓力為14.8MPa，機(jī)組滑壓運(yùn)行(壓力設(shè)定值跟蹤主蒸汽流量自動(dòng)設(shè)定），給煤量115t/h，壓力變化率為0MPa/min，燃料供給平衡，主汽壓力穩(wěn)定。

機(jī)組負(fù)荷升至321MW 后開(kāi)始下降。主汽壓力設(shè)定值跟蹤主蒸汽流量逐漸升高。實(shí)際主汽壓力變化率為-0.1MPa/min,呈緩慢下降趨勢(shì)。機(jī)組負(fù)荷降至302MW，主汽壓力設(shè)定值升至16.1MPa。機(jī)組負(fù)荷降至297MW，主汽壓力設(shè)定值15.8MPa，實(shí)際壓力17.02MPa，壓力變化率升至0.54MPa/min(最高）后開(kāi)始下降。主蒸汽壓力繼續(xù)升至18.08MPa，PCV 閥動(dòng)作，主汽壓力開(kāi)始下降。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化策略

單元機(jī)組的負(fù)荷控制由CCS 完成，CCS 通過(guò)改變鍋爐的燃料率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度來(lái)完成對(duì)負(fù)荷和主汽壓調(diào)節(jié)。為使機(jī)組AGC 控制負(fù)荷考核指標(biāo)，需根據(jù)機(jī)組AGC 指標(biāo)和運(yùn)行情況對(duì)汽機(jī)主控和鍋爐主動(dòng)邏輯進(jìn)行完善。

3.1 鍋爐主控優(yōu)化（PID 超調(diào)、一次風(fēng)滑壓曲線）

3.1.1 一次風(fēng)壓自動(dòng)邏輯優(yōu)化。一次風(fēng)的作用是為制粉系統(tǒng)提供與風(fēng)粉比合適壓力的一次風(fēng)，一次風(fēng)壓力母管壓力的設(shè)定值是根據(jù)不同工況下熱一次風(fēng)母管壓力合適的要求范圍進(jìn)行設(shè)置。影響磨煤機(jī)出力的因素除了容量風(fēng)門(mén)開(kāi)度外，還有一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)。由于一次風(fēng)量調(diào)節(jié)響應(yīng)較慢，運(yùn)行人員在機(jī)組燃料調(diào)整時(shí)，采用手動(dòng)設(shè)置一次風(fēng)自動(dòng)目標(biāo)值。因此在機(jī)組燃料負(fù)荷快速變化的工況下，如果不能及時(shí)改變一次風(fēng)量，易造成一次風(fēng)與容量風(fēng)開(kāi)度的不匹配。為提高一次風(fēng)壓與機(jī)組負(fù)荷變化的及時(shí)調(diào)整，達(dá)到快速響應(yīng)負(fù)荷的目的，增加一次風(fēng)滑壓曲線，采用容量風(fēng)門(mén)平均開(kāi)度作為參考值。減小運(yùn)行人員操作頻次，提高變負(fù)荷工況下，鍋爐燃料調(diào)整效率。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，為保證安全運(yùn)行，其最低風(fēng)壓設(shè)定值為7kPa。

優(yōu)化后一次風(fēng)壓設(shè)定值生成邏輯采用機(jī)組容量風(fēng)指令均值，通過(guò)容量風(fēng)指令反映機(jī)組磨煤機(jī)運(yùn)行情況和鍋爐燃料量，見(jiàn)圖1。

圖1 優(yōu)化后一次風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯組態(tài)圖

優(yōu)化后，一次風(fēng)壓跟蹤容量風(fēng)門(mén)開(kāi)度自動(dòng)增減，可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的快速響應(yīng)，穩(wěn)定壓力。

3.1.2 鍋爐指令控制邏輯優(yōu)化。燃料主控采用串級(jí)PID 控制，通過(guò)計(jì)算鍋爐熱量需求和熱量信號(hào)偏差，通過(guò)主控PID 輸出鍋爐主控指令。鍋爐主控指令與總?cè)萘匡L(fēng)反饋的偏差輸入副控PID，得到燃料主控指令，經(jīng)過(guò)平均分配模塊控制每臺(tái)容量風(fēng)門(mén)開(kāi)度，見(jiàn)圖2。

圖2 鍋爐指令控制邏輯SAMA 圖

當(dāng)進(jìn)入爐膛的燃料熱量較低，機(jī)組負(fù)荷升高時(shí)，負(fù)荷調(diào)整出現(xiàn)幾個(gè)階段：（1）負(fù)荷上升初期，鍋爐熱量指令大于熱量信號(hào)，主汽壓力長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定壓力，鍋爐主控PID 輸出持續(xù)增加，容量風(fēng)門(mén)開(kāi)度增加，鍋爐燃料增加；（2）鍋爐燃料指令達(dá)到上限，容量風(fēng)門(mén)開(kāi)度至最大，由于鍋爐熱量持續(xù)建立，鍋爐熱量指令仍大于熱量信號(hào)，鍋爐主控PID 持續(xù)增加，出現(xiàn)“積分飽和”現(xiàn)象；（3）隨著燃料累計(jì)，鍋爐熱量信號(hào)與鍋爐熱量指令一致，鍋爐主控PID 指令出現(xiàn)“調(diào)頭”下降，由于前段時(shí)間的“積分飽和”現(xiàn)象，燃料主控指令未調(diào)整，容量風(fēng)門(mén)仍在全開(kāi)位；（4）隨著鍋爐主控指令持續(xù)降低，燃料指令開(kāi)始減少，容量風(fēng)門(mén)開(kāi)始關(guān)小，由于前期加入了過(guò)量燃料，導(dǎo)致主汽壓力迅速升高，導(dǎo)致PVC 閥動(dòng)作，鍋爐過(guò)熱器壓力高報(bào)警。

為避免CCS 調(diào)節(jié)過(guò)程中出現(xiàn)超壓情況，對(duì)燃料主控指令進(jìn)行優(yōu)化：一是增加磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)應(yīng)鍋爐主控指令上限邏輯，經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)最大處理試驗(yàn)確定，磨煤機(jī)容量風(fēng)指令為66.74%時(shí)，達(dá)到最大出粉能力。因此當(dāng)三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，鍋爐主控指令限值應(yīng)設(shè)置為200；當(dāng)兩臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，其鍋爐主控指令上限應(yīng)為145。二是增加鍋爐主控PID 閉鎖增功能，當(dāng)鍋爐主控指令達(dá)到磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)應(yīng)的上限時(shí)，閉鎖PID 指令增加，消除“積分飽和現(xiàn)象”，當(dāng)鍋爐出現(xiàn)滿負(fù)荷時(shí)，不再增加PID 輸出指令，避免當(dāng)負(fù)荷指令降低時(shí)，由于PID 輸出大于實(shí)際主控指令，導(dǎo)致給煤量未及時(shí)調(diào)整，大量燃料進(jìn)入爐膛，引起機(jī)組超壓。

優(yōu)化后，控制邏輯圖如圖3。

圖3 鍋爐主控PID 閉鎖邏輯組態(tài)圖

3.2 汽機(jī)主控優(yōu)化（閉鎖負(fù)荷率）

主汽壓力偏差反映機(jī)組熱量信號(hào)和負(fù)荷調(diào)整之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)主汽目標(biāo)值持續(xù)與實(shí)際壓力存在偏差時(shí)，機(jī)組負(fù)荷連續(xù)調(diào)整，影響CCS 系統(tǒng)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)增加主汽壓力目標(biāo)值與實(shí)際壓力偏差大于1.5MPa，閉鎖負(fù)荷變化率邏輯，可有效保證機(jī)組穩(wěn)定性要求。

4 結(jié)論

通過(guò)增加一次風(fēng)壓滑壓控制曲線、鍋爐主控調(diào)節(jié)上限和閉鎖邏輯、機(jī)組負(fù)荷變化率閉鎖邏輯，不斷改善機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力和控制機(jī)組壓力的可靠性。使機(jī)組的協(xié)調(diào)系統(tǒng)更加適應(yīng)不同工況下快速完成爐、機(jī)能量需求的平衡控制，有效提升了機(jī)組協(xié)調(diào)控制穩(wěn)定性，避免了機(jī)組超壓等不安全事件發(fā)生。