高亞龍

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西晉城 048000）

1 火力發(fā)電廠DCS集控系統(tǒng)的相關(guān)概述

1.1 DCS集控系統(tǒng)

電能現(xiàn)如今已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展中不可或缺的基礎(chǔ)能源，隨著電能需求的持續(xù)增加，電力企業(yè)也在緊跟趨勢(shì)進(jìn)行變革。發(fā)電機(jī)組的容量逐步擴(kuò)大，工作模式也實(shí)現(xiàn)了積極轉(zhuǎn)變，機(jī)組功能配置的完善化要求更高。不僅要保證基礎(chǔ)功率消耗，還應(yīng)與電網(wǎng)頻率調(diào)制、高峰頻率調(diào)制相契合，而且發(fā)電機(jī)組應(yīng)在電網(wǎng)某部分出現(xiàn)故障后，仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行。因此，要想實(shí)現(xiàn)大容量發(fā)電機(jī)組的種種功能，就需做到以下兩點(diǎn)：（1）機(jī)組具備動(dòng)態(tài)變化屬性，能夠結(jié)合實(shí)際負(fù)荷量進(jìn)行自身狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，滿足電網(wǎng)運(yùn)行期間的要求，即使負(fù)荷承載系數(shù)低，也要維持常態(tài)化的運(yùn)行能力；（2）電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰大負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，機(jī)組的核心變量都要保持穩(wěn)定。而上述這兩點(diǎn)需求配置的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)汽輪機(jī)、鍋爐及相關(guān)輔助設(shè)備的功能作用。要想提高單元機(jī)組在系統(tǒng)中的實(shí)際操控能力，就應(yīng)保證基礎(chǔ)負(fù)荷匹配到位，增強(qiáng)運(yùn)行期間的平穩(wěn)性，將鍋爐與汽輪機(jī)組相互協(xié)調(diào)，打造為具有綜合功能的集控系統(tǒng)。

1.2 DCS集控系統(tǒng)特點(diǎn)

在火力發(fā)電廠運(yùn)行期間，基于DCS 集控系統(tǒng)功能配置，主壓力擬定、汽輪機(jī)、鍋爐主控制、復(fù)合指令處理都屬于系統(tǒng)中的重要組成部分。在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮協(xié)調(diào)控制作用時(shí)，需基于已經(jīng)發(fā)布的頻率參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)之間的差額指令、鍋爐指令及調(diào)度指令，形成對(duì)向控制，其中的負(fù)荷指令能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)回路的接收、執(zhí)行及計(jì)算，而后結(jié)合電站輔助設(shè)備，基于工作信息的高度整合將機(jī)組的負(fù)荷指令發(fā)出，汽輪機(jī)及鍋爐主控制回路通過(guò)對(duì)這類(lèi)信息進(jìn)行接收，就能夠?qū)﹂y門(mén)開(kāi)啟程度及鍋爐燃燒速率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化；在主壓力擬定回路中，其要點(diǎn)在于維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)由工作人員對(duì)變化率等信息參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，確定最適宜的機(jī)前壓力設(shè)定點(diǎn)。因此，鍋爐與汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)為：

（1）協(xié)調(diào)控制中要保證系統(tǒng)中鍋爐與其他設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性，最為重要的是鍋爐與電站輔機(jī)（水泵、送風(fēng)機(jī)等）保持協(xié)調(diào)，促使鍋爐與輔機(jī)能夠協(xié)同穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）汽輪機(jī)組應(yīng)與電網(wǎng)需求保持默契度，其核心在于AGC 控制應(yīng)與電網(wǎng)一次頻率調(diào)制之間保持協(xié)調(diào)性，在電網(wǎng)負(fù)荷需求出現(xiàn)變化的過(guò)程中，機(jī)組也要在第一時(shí)間做出反應(yīng)，并進(jìn)行參數(shù)的對(duì)應(yīng)調(diào)整。

（3）鍋爐與汽輪機(jī)組之間要相互協(xié)調(diào)。二者運(yùn)行期間應(yīng)形成較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，不僅要提高汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率及速度，更應(yīng)保證其平穩(wěn)性，能夠跟隨電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)反應(yīng)。在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，雖然直流鍋爐與汽包鍋爐的控制理念基本一致，卻因發(fā)電廠汽水循環(huán)方式的差異性，而在控制系統(tǒng)中形成對(duì)鍋爐的不同協(xié)調(diào)方式。

1.3 DCS集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

火力發(fā)電廠DCS 集控系統(tǒng)的作用發(fā)揮基于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)需確保系統(tǒng)具備機(jī)組開(kāi)啟與停機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，在發(fā)出控制指令的同時(shí)，能夠?qū)㈠仩t運(yùn)行期間的負(fù)荷基于平穩(wěn)要求加以改變。因此，DCS集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：

（1）系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有多個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)，不僅要保證信息數(shù)據(jù)的互通，更要提高能量轉(zhuǎn)化的可行性，從整體上減少能耗。

（2）DCS 集控系統(tǒng)中應(yīng)增設(shè)無(wú)價(jià)值信息的去除模塊，以免故障發(fā)生時(shí)機(jī)組仍難以快速接收到有用信息，改變?cè)械呢?fù)荷承載模式，為人工作業(yè)減負(fù)，同時(shí)降低人為操作誤差。

（3）DCS 集控系統(tǒng)應(yīng)強(qiáng)化聯(lián)鎖維護(hù)功能，降低系統(tǒng)運(yùn)行期間的誤差率，提高系統(tǒng)運(yùn)行中的安全性，為鍋爐輔助設(shè)備的運(yùn)行提供安全保障。一旦認(rèn)定系統(tǒng)局部出現(xiàn)異常情況，該部位就會(huì)被排除在系統(tǒng)外，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，或者是由系統(tǒng)進(jìn)行控制改變其運(yùn)行方式。

（4）系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)始終保證穩(wěn)定性，無(wú)論是采取何種協(xié)調(diào)控制方式，都不能降低穩(wěn)定性這一關(guān)鍵指標(biāo)，整個(gè)過(guò)程可自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，無(wú)需進(jìn)行人工調(diào)整。

（5）當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行中受到不良干擾時(shí)，應(yīng)及時(shí)做出反應(yīng)，并在滋擾完畢后，以最快的速度恢復(fù)常態(tài)化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，只要是被協(xié)調(diào)控制的設(shè)備，都能規(guī)避誤差或延遲問(wèn)題，而故障發(fā)生時(shí)，還能第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，便于相關(guān)工作人員掌握故障情況及原因。

2 鍋爐和汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鍋爐與汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是保證火力發(fā)電廠平穩(wěn)發(fā)電的基礎(chǔ)保障，因協(xié)調(diào)控制能力突出，其發(fā)展空間也在逐步拓展，現(xiàn)如今已經(jīng)成為多個(gè)發(fā)電廠優(yōu)先升級(jí)及配備的主要系統(tǒng)?；谙到y(tǒng)的控制能效，可提高鍋爐燃燒速率，充分保證鍋爐運(yùn)行效率及安全性，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電目標(biāo)。但是汽輪機(jī)組發(fā)電中，其響應(yīng)能力有待進(jìn)一步提高，這就需由專(zhuān)人負(fù)責(zé)對(duì)鍋爐燃燒情況進(jìn)行觀察及調(diào)整，而且鍋爐運(yùn)行中的信息要想傳遞出去，期間也會(huì)消耗時(shí)間，致使信息傳遞的及時(shí)性無(wú)法得到保證，極易埋下隱患。為了改善此種情況，升級(jí)其反應(yīng)速率，就需以鍋爐為原點(diǎn)，就近安裝控制系統(tǒng)，縮短信息傳遞路徑及時(shí)間，降低系統(tǒng)延遲幾率。

在發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行期間，系統(tǒng)對(duì)鍋爐的控制作用在于，明確鍋爐運(yùn)行情況，及時(shí)了解其變化參數(shù)，并將這種動(dòng)態(tài)變化及時(shí)傳遞到協(xié)調(diào)控制器上，實(shí)現(xiàn)指令之間的無(wú)障礙傳遞，便于控制器快速做出反應(yīng)，并進(jìn)行指令處理，完成對(duì)控制器的對(duì)向管理。在對(duì)鍋爐運(yùn)行中形成的汽壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，常規(guī)模式下主汽壓都會(huì)處于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)變化，一般可基于前饋修正實(shí)現(xiàn)整體控制，確保鍋爐中的氣壓值始終都處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3 火力發(fā)電廠鍋爐與汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略

3.1 系統(tǒng)組成

在鍋爐與汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，鍋爐運(yùn)行主界面具備多種調(diào)節(jié)功能，可調(diào)出鍋爐操作界面，也能夠借助控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行環(huán)節(jié)的整體監(jiān)督；機(jī)組指令操作畫(huà)面中，指令控制器、操作按鈕及情況指示燈都是重要組成部分；協(xié)調(diào)主控操作系統(tǒng)則發(fā)揮著協(xié)調(diào)控制的主要作用，壓力控制器及滑壓控制器等都是系統(tǒng)的基本配置，各控制器的功能作用不同，在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行效率較高時(shí)，鍋爐及汽輪機(jī)組就能夠保持平穩(wěn)狀態(tài)；鍋爐燃料控制系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)為DEB 控制器及燃料控制器，DEB 控制器是向燃料控制器傳遞指令的載體，而后提供燃料的指令由燃料控制器轉(zhuǎn)化發(fā)出，因此，后者的控制要點(diǎn)為燃料；送風(fēng)控制系統(tǒng)能夠?yàn)殄仩t內(nèi)部燃料的充分燃燒提供空氣，一旦鍋爐出現(xiàn)負(fù)荷表現(xiàn)，就能夠直接傳遞到系統(tǒng)中，由系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)及處理，提高燃料燃燒效率，維持鍋爐的高效、安全運(yùn)行。尤其是在大數(shù)據(jù)技術(shù)廣泛應(yīng)用的背景下，將機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)與新技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能夠形成對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的全天候監(jiān)控，明確主蒸汽壓力是否出現(xiàn)偏差，進(jìn)一步提高響應(yīng)及調(diào)頻效率，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。

3.2 鍋爐跟隨方式

在現(xiàn)代火力發(fā)電廠運(yùn)行階段，鍋爐及汽輪機(jī)組的協(xié)調(diào)控制相當(dāng)重要。要想保證整體控制能力，可采取鍋爐跟隨方式，在實(shí)際控制階段，鍋爐跟隨能夠形成對(duì)燃燒側(cè)的直接影響，促使其擾動(dòng)程度發(fā)生明顯變化，汽壓也會(huì)隨之呈現(xiàn)大區(qū)間波動(dòng)表現(xiàn)。而且，采取鍋爐跟隨方式進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組蓄熱性能的最大化利用，增強(qiáng)輸出功率的響應(yīng)能力。將大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)用到系統(tǒng)中，可提高火電機(jī)組控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的匹配性，在計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)作用下帶動(dòng)系統(tǒng)升級(jí)，采取數(shù)字化模式，快速精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化鍋爐跟隨運(yùn)行中的各類(lèi)信息，將信息直接傳輸?shù)较到y(tǒng)的控制面板上，按指示完成相關(guān)操作，在原有基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化運(yùn)行流程，促使火電機(jī)組的響應(yīng)速度得到大幅度提高。

3.3 汽輪機(jī)跟隨方式

汽輪機(jī)跟隨方式應(yīng)用中，可以鍋爐擾動(dòng)作用為參照，基于關(guān)聯(lián)性的調(diào)節(jié)機(jī)組功率變化，促使汽輪機(jī)及時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽壓值的動(dòng)態(tài)調(diào)整。因此，在整個(gè)流程中，需鍋爐發(fā)揮對(duì)機(jī)組輸出功率的調(diào)整作用，借助汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽壓的優(yōu)化匹配。因此，汽輪機(jī)跟隨方式控制中的汽壓波動(dòng)并不大，變動(dòng)區(qū)間小，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽壓力的最優(yōu)化控制。但是因?qū)嶋H運(yùn)行期間未對(duì)鍋爐蓄熱能力進(jìn)行應(yīng)用，致使負(fù)荷變化的敏感度不高，將極易出現(xiàn)信息傳遞的延遲性情況，要想將負(fù)荷變化的能力差降到最低，實(shí)際難度較大，也正是因?yàn)槿绱耍啓C(jī)跟隨方式在電網(wǎng)調(diào)頻方面的缺陷十分顯著，急需做出優(yōu)化及技術(shù)改善。

3.4 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制

雖然目前鍋爐與汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率高，但是能量信號(hào)測(cè)量中仍存在技術(shù)空白，難以采取直接方式測(cè)得能量信號(hào)的準(zhǔn)確數(shù)值，這就采取了以下兩種方式對(duì)能量信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)爐的協(xié)調(diào)控制。具體為：

（1）運(yùn)用間接參數(shù)之間的平衡關(guān)系，明確能量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)間接能量平衡的有效控制。在系統(tǒng)負(fù)荷指令發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)先對(duì)汽輪機(jī)的汽門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整，提高機(jī)組輸出功率與指令參數(shù)相同，基于燃燒率變化對(duì)鍋爐蓄能進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)汽壓偏差達(dá)到闕值時(shí)，則需停止汽輪機(jī)側(cè)的功率調(diào)節(jié)方式，轉(zhuǎn)而應(yīng)用壓力拉回方式，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的開(kāi)大程度進(jìn)行約束，規(guī)避鍋爐蓄能超負(fù)荷利用的情況發(fā)生。通過(guò)此種調(diào)節(jié)，對(duì)鍋爐側(cè)壓力進(jìn)行控制，促使機(jī)組輸出功率能夠與負(fù)荷指令保持一致。

（2）自主設(shè)定能量平衡信號(hào)，對(duì)機(jī)組的實(shí)際能量輸入進(jìn)行控制，打造基于能量平衡要素的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。當(dāng)燃燒率上升時(shí)，必定帶動(dòng)主蒸汽壓力的增加，而調(diào)節(jié)級(jí)壓力也會(huì)同步增加，通過(guò)將調(diào)節(jié)級(jí)壓力設(shè)定為鍋爐指令的前饋信號(hào)，就能夠?qū)㈠仩t指令改變，促使其趨向正向增大表現(xiàn)，在原有基礎(chǔ)上提高燃燒率，由此生成正反饋。

在直接能量平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，燃燒率及主蒸汽壓力之間存在正相比關(guān)系，燃燒率上升，主蒸汽壓力及調(diào)節(jié)級(jí)壓力都會(huì)對(duì)應(yīng)增加，如果將調(diào)節(jié)級(jí)壓力設(shè)定為前饋信號(hào)，則會(huì)帶動(dòng)鍋爐指令的增加，同樣能夠?qū)⑷紵噬险{(diào)，基于此不難發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)級(jí)壓力能夠?qū)﹀仩t指令形成積極影響。為了彌補(bǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的不足，就可采取以下改進(jìn)方式：在條件允許時(shí)，可直接將調(diào)節(jié)級(jí)壓力優(yōu)化，促使前饋信號(hào)得到修正；還可將調(diào)節(jié)級(jí)壓力及主蒸汽壓力當(dāng)作汽機(jī)側(cè)能量的判斷指標(biāo)，這是因?yàn)樵阱仩t側(cè)擾動(dòng)影響下，主蒸汽壓力與汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力存在一定的相似性，在燃燒率自主上升時(shí)，這兩大壓力會(huì)同時(shí)出現(xiàn)變化，但是二者之間的比值卻始終保持不變，這就能夠?qū)﹀仩t燃燒率的變化進(jìn)行抵消。在相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果中也顯示出這樣一條定律：處于定壓運(yùn)行環(huán)境下，調(diào)節(jié)級(jí)壓力與主蒸汽壓力之間的比值，能夠形成與調(diào)門(mén)開(kāi)度的線性關(guān)系，汽輪機(jī)能量需求也可通過(guò)二者的比值來(lái)呈現(xiàn)。但是如果處于滑壓運(yùn)行中，其線性關(guān)系將被打破，難以借助比值表示能量需求。無(wú)論是在定壓，還是滑壓狀態(tài)下，燃燒率與汽輪機(jī)側(cè)能量之間都存在一定的影響關(guān)系，要想將汽輪機(jī)的承載負(fù)荷提高，就需主控制形成強(qiáng)化作用，帶動(dòng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的正向變動(dòng)，將汽門(mén)開(kāi)口變大，促使調(diào)節(jié)級(jí)壓力隨之上升。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了推動(dòng)火力發(fā)電廠的平穩(wěn)運(yùn)行，更需鍋爐與汽輪機(jī)組發(fā)揮協(xié)調(diào)控制作用，提高鍋爐與汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率，能夠基于正確指令進(jìn)行及時(shí)高效的各項(xiàng)操作，促使運(yùn)行系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)相互銜接，充分保障系統(tǒng)安全，增強(qiáng)發(fā)電廠的運(yùn)行能力，提高能源利用率，從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗問(wèn)題的有效控制。因此，火力發(fā)電廠的鍋爐及汽輪機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值更為顯著，能夠在保障系統(tǒng)運(yùn)行能力中發(fā)揮巨大作用，促使發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益雙向提高，合理縮減發(fā)電廠運(yùn)行期間的成本。積極探索鍋爐與汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略意義重大，需通過(guò)加強(qiáng)對(duì)新思路及新技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)發(fā)電事業(yè)更好的發(fā)展。