孔祥鑫

(國家能源集團泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 1000MW 超超臨界機組協(xié)調(diào)控制

1.1 機組概況

某火電廠有2 臺1000MW 超超臨界機組，型號為SG3099/27.46-M545。為單爐膛塔式布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，搭配機械刮板撈渣機固態(tài)排渣的鍋爐。鍋爐額定蒸發(fā)量3000t/h，主蒸汽額定溫度為600℃，主汽壓力28.5MPa。采用協(xié)調(diào)控制(CCS)系統(tǒng)，由PLC 發(fā)布中央調(diào)度指令(AGC)、頻差信號、值班員指令。所有指令或信號在到達負荷指令處理回路后，控制子系統(tǒng)會根據(jù)機組實際運行參數(shù)，對接收到的指令、信號做進一步處理，然后生成新的負荷指令，繼續(xù)傳輸?shù)较乱患壍臋C爐主控控制回路。同樣的，控制子系統(tǒng)會基于各部分的實際運行參數(shù)，對接收到的指令做進一步處理，然后用新生成的指令，控制前端設(shè)備，迅速改變汽機調(diào)節(jié)閥的開度，適應(yīng)各種負荷，提高了機組負荷相應(yīng)速率。整個過程如圖1 所示。

圖1 機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

在協(xié)調(diào)模式下，控制終端接收到AGC 請求投入信號后，進行條件判斷；如果條件滿足，則自動完成接入，機組調(diào)整為AGC模式。判斷條件包括：(1)AGC 指令范圍位于500-1000MW 之間；(2)未接收到快速減負荷(RUNBACK)信號；(3)前饋量滿足機組能力需求。對于條件(3)，如果前饋量達不到要求，可借助于西門子DEH 投入一次調(diào)頻，通過協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速差滿足機組的能量需求。調(diào)頻曲線如圖2 所示。

圖2 頻差前饋調(diào)節(jié)曲線

1.2 機鍋主控

對于大容量超超臨界機組，僅靠調(diào)門變化來調(diào)節(jié)負荷，往往達不到預(yù)期效果。這時就必須借助于鍋爐的快速響應(yīng)達到對變動負荷的實時響應(yīng)。但是鍋爐本身具有延遲特點，因此在設(shè)計鍋爐主控回路時，要著重解決延遲問題，進而提高負荷響應(yīng)速率。實現(xiàn)方式有兩種：第一，將采集到的機組負荷指令，以及調(diào)頻增量信號匯集起來，作為鍋爐主控回路的前饋信號，簡化了信號與指令識別的流程，從而讓鍋爐識別負荷的速率得到進一步提升，響應(yīng)周期被縮短；第二，借助于鍋爐主控系統(tǒng)，在接受前端反饋的壓力偏差、功率偏差等基本參數(shù)的情況下，發(fā)送相應(yīng)的調(diào)控指令，達到調(diào)節(jié)負荷、實時響應(yīng)的效果。鍋爐主控的運行邏輯如圖3 所示。

圖3 鍋爐主控前饋、反饋邏輯

1.3 RUNBACK 信號控制

控制系統(tǒng)發(fā)出RUNBACK 信號的必要條件有二：其一是輔機出現(xiàn)跳閘情況；其二是機組運行實際負荷，超出了額定負荷。在RUNBACK 信號的控制下，機組快速降低負荷，回歸到輔機正常運行所能承受的負荷范圍以內(nèi)。在RUNBACK 狀態(tài)下，各類輔機的符合變化情況如表1 所示。

表1 RB 時負荷目標值及下降速率

2 1000MW 超超臨界機組控制問題及優(yōu)化改造

2.1 控制問題

該火電廠現(xiàn)行的1000MW 超超臨界機組，所使用的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在運行期間，發(fā)現(xiàn)有以下幾種問題：第一，主蒸汽壓力偶爾出現(xiàn)明顯波動。分析原因，認為是系統(tǒng)出現(xiàn)負荷變化時，水與燃料之間在幅值、時序上配合不當，從而引發(fā)主氣溫發(fā)生較為明顯地波動，進而造成主蒸汽壓力的劇烈變化；第二，受到主控信號的影響，直流爐的給水信號、通風信號、進煤信號等，也會隨之發(fā)生變動。由于信號變動具有延時性，可能會對煤質(zhì)發(fā)熱量的計算結(jié)果造成誤差；第三，鍋爐主控選擇PID 控制模式，調(diào)節(jié)器參數(shù)與過程控制量的變化量之間無法做到同步協(xié)調(diào)，會對機組協(xié)調(diào)控制效果造成負面影響。

2.2 優(yōu)化改造

2.2.1 鍋爐子系統(tǒng)加速信號整定

為進一步提高負荷響應(yīng)速度，在原來的送分、給水、供料系統(tǒng)中，新增了加速信號。當系統(tǒng)負荷增加時起到過調(diào)作用，在系統(tǒng)負荷降低時起到欠調(diào)作用，從而始終保證主汽壓力和溫度維持在一個相對恒定的區(qū)間內(nèi)。調(diào)節(jié)原理如圖4 所示。另外，引進基于AI 的智能判斷系統(tǒng)，由PLC 根據(jù)前端反饋信號，自動完成對超調(diào)信號幅值、起始時間的設(shè)定，在簡化人工操作壓力的基礎(chǔ)上，進一步提高機組協(xié)調(diào)效果。

圖4 鍋爐加速回路原理圖

2.2.2 參數(shù)的優(yōu)化

從機組運行的整體效益考慮，不僅要追求機組對負荷變化的響應(yīng)速度，還要兼顧自身運行的穩(wěn)定性。為此，在鍋爐主控系統(tǒng)的優(yōu)化改造中，引入了變參數(shù)(PID)調(diào)節(jié)機制。由終端系統(tǒng)實時采集機組的各項工況，如負荷變動、壓力變化等，然后利用模糊控制系統(tǒng)實現(xiàn)對PID 參數(shù)的靈活調(diào)控，邏輯結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 通過DCS 組態(tài)實現(xiàn)模糊控制規(guī)則

為了保證調(diào)控精度，需要構(gòu)建一組11×11 的模糊控制規(guī)則表，表示隨偏差(E)變化導(dǎo)致偏差變化率(DE)的變動情況，具體見表2。

表2 模糊控制規(guī)則表

將上表所得的壓力偏差信號，作為模糊控制系統(tǒng)的輸入信號，可以得到穩(wěn)定狀態(tài)下鍋爐主控積分。通過調(diào)節(jié)積分時間，在機組調(diào)控速率和運行穩(wěn)定之間達到最優(yōu)解。

3 結(jié)論

本文提出的一種適用于1000MW 超超臨界機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)，主要包含了機鍋主控、給水控制、RUNBACK 信號控制等部分。在保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定和提高響應(yīng)速率方面取得了明顯效果。在試運行中，發(fā)現(xiàn)基于協(xié)調(diào)控制的機組，出現(xiàn)主蒸汽壓力劇烈變化等問題，通過鍋爐子系統(tǒng)加速信號整定、機組煤質(zhì)修正BTU 等優(yōu)化改造后，機組實現(xiàn)了負荷快速響應(yīng)和自身運行穩(wěn)定的兼顧，效益良好。