姜靜波

(山西潞光發(fā)電有限公司,山西 長(zhǎng)治 046000)

0 引 言

作為660 MW單元機(jī)組控制重要組成部分,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是機(jī)組帶常規(guī)負(fù)荷、完成負(fù)荷升降、保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的控制靈魂。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有大慣性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn),在實(shí)際的邏輯組態(tài)中,常用到串級(jí)控制、反饋-前饋控制、慣性、獨(dú)立微分前饋等手段,來(lái)弱化機(jī)爐之間的耦合性,增強(qiáng)兩個(gè)主機(jī)之間的供需平衡。

超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制難點(diǎn)之一,為變負(fù)荷工況控制如何更好維持鍋爐側(cè)壓力穩(wěn)定問(wèn)題。即在負(fù)荷指令增長(zhǎng)時(shí),鍋爐側(cè)反應(yīng)滯后,導(dǎo)致鍋爐側(cè)出現(xiàn)一定程度的欠壓現(xiàn)象,此時(shí)汽輪機(jī)又舍棄功率調(diào)節(jié),反向調(diào)節(jié)壓力,影響機(jī)組適應(yīng)負(fù)荷能力。

近年來(lái),隨著自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control,AGC)技術(shù)的引入,單元機(jī)組快速響應(yīng)電網(wǎng)變負(fù)荷需求,維持自身參數(shù)穩(wěn)定也愈發(fā)重要。因此,在機(jī)組負(fù)荷指令出現(xiàn)上升或下降時(shí),及時(shí)進(jìn)行指令干預(yù),在確保鍋爐能夠快速響應(yīng)汽機(jī)負(fù)荷要求的同時(shí),保持機(jī)前壓力穩(wěn)定,已成為重要研究課題。

1 直接能量平衡技術(shù)

某660 MW超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制技術(shù)采用直接能量平衡(direct energy balance,DEB)控制策略,此種控制策略能夠很好地解決鍋爐響應(yīng)慢及汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快速響應(yīng)負(fù)荷的問(wèn)題,即將鍋爐、汽輪機(jī)作為一個(gè)整體進(jìn)行控制。常規(guī)情況,鍋爐對(duì)機(jī)前及調(diào)節(jié)級(jí)壓力進(jìn)行控制,汽輪機(jī)通過(guò)快速開(kāi)大或關(guān)小調(diào)門(mén),響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷。當(dāng)主汽壓力出現(xiàn)較大偏差工況時(shí),此時(shí)汽機(jī)通過(guò)動(dòng)作調(diào)門(mén)方式,參與壓力調(diào)整[1]。

直接能量平衡控制技術(shù)是由L&N公司在1957年首次提出,歷經(jīng)多年技術(shù)革新,發(fā)展到現(xiàn)階段普遍被認(rèn)可應(yīng)用的控制理論,DEB控制技術(shù)主要基于如下信號(hào)進(jìn)行壓力控制,其計(jì)算式為

LEXO=p1/pT

(1)

式中:p1為汽輪機(jī)第一級(jí)壓力;pT為汽輪機(jī)的機(jī)前壓力;LEXO為汽輪機(jī)有效閥位。

LEXO作為汽輪機(jī)閥位的有效值,不受閥門(mén)運(yùn)行方式及鍋爐側(cè)的擾動(dòng)影響,可代替汽輪機(jī)的閥門(mén)開(kāi)度反饋信號(hào)使用。將上述信號(hào)與調(diào)門(mén)前壓力定值相乘,得到鍋爐需求能量QB:

QB=po·p1/pT

(2)

式中:po為汽輪機(jī)調(diào)門(mén)前壓力定值。

將調(diào)門(mén)前壓力乘以閥門(mén)開(kāi)度值,作為汽輪機(jī)實(shí)際能量需求信號(hào),以反映汽輪機(jī)快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷要求,進(jìn)而調(diào)節(jié)鍋爐側(cè)的子控制系統(tǒng),確保機(jī)爐之間的能量平衡[2]。

對(duì)該機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),該機(jī)組在常規(guī)定負(fù)荷控制,或小范圍升降負(fù)荷時(shí),能夠很好地適應(yīng)負(fù)荷指令需求,維持自身參數(shù)穩(wěn)定。但在要求機(jī)組大范圍、快速升降負(fù)荷時(shí),容易出現(xiàn)機(jī)前欠壓現(xiàn)象,汽輪機(jī)GV1(1號(hào)主汽調(diào)門(mén))、GV2(2號(hào)主汽調(diào)門(mén))在按照要求快速響應(yīng)負(fù)荷要求時(shí),又必須回關(guān)部分調(diào)門(mén)開(kāi)度,以保證機(jī)前壓力穩(wěn)定。因而整體表現(xiàn)出,機(jī)組在快速響應(yīng)負(fù)荷指令性能不高現(xiàn)象。對(duì)鍋爐主控PID進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),該P(yáng)ID采用負(fù)荷指令F(x)函數(shù)、主汽壓力設(shè)定值與過(guò)程值偏差微分作為前饋信號(hào),在負(fù)荷變化時(shí),能夠快速疊加前饋量,但在操作員手動(dòng)輸入升負(fù)荷速率時(shí),其整體負(fù)荷響應(yīng)性能較差。此時(shí)汽輪機(jī)則通過(guò)開(kāi)大或關(guān)小調(diào)門(mén)進(jìn)行保壓操作。

因此,通過(guò)引入加速指令這一概念,將加速指令疊加到給水控制、燃燒控制等兩個(gè)子模塊中,以更好適應(yīng)手動(dòng)輸入升降負(fù)荷率工況及大范圍升降負(fù)荷工況,快速響應(yīng)負(fù)荷指令需求[3]。

2 660 MW機(jī)組變負(fù)荷熱控優(yōu)化

2.1 給水加速指令

給水加速指令在協(xié)調(diào)控制里疊加在給水指令,主要基于負(fù)荷指令的變化速率的函數(shù),并依據(jù)負(fù)荷指令的變化速率上升及下降段,分別給出對(duì)應(yīng)的加速輸出值。給水加速指令變化速率可依據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令的變化速率上升與下降段進(jìn)行分別設(shè)定,進(jìn)而合理地控制給水加速指令。通過(guò)機(jī)組負(fù)荷變化率設(shè)定值、當(dāng)前負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷偏差、機(jī)組負(fù)荷指令三個(gè)信號(hào)對(duì)給水加速指令進(jìn)行修正,形成修正系數(shù),并與給水加速指令相乘。當(dāng)機(jī)組發(fā)生輔機(jī)故障減負(fù)荷(run back, RB)工況、汽機(jī)跟隨模式(turbine follow mode,TF)工況、鍋爐跟隨模式(boiler follow mode, BF)工況時(shí),給水加速指令強(qiáng)制為0。給水加速指令邏輯SAMA圖如圖1、圖2所示。

圖1 給水加速指令微分部分SAMA圖

圖2 給水加速指令升降負(fù)荷乘微分權(quán)重部分SAMA圖

圖1中,a為機(jī)組負(fù)荷指令微分函數(shù),生成加速度指令最終計(jì)算結(jié)果;b為機(jī)組負(fù)荷指令微分計(jì)算初結(jié)果;T為機(jī)組負(fù)荷指令微分?jǐn)?shù)值切換開(kāi)關(guān);當(dāng)TF、BF、RB任意一個(gè)開(kāi)關(guān)量工況時(shí),切換開(kāi)關(guān)T執(zhí)行Y=1的輸出,即為0;當(dāng)無(wú)TF、BF、RB開(kāi)關(guān)量工況時(shí),切換開(kāi)關(guān)T執(zhí)行N=0的輸出,即為a。機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)過(guò)微分函數(shù),生成加速度指令最終計(jì)算結(jié)果a。機(jī)組在TF模式、BF模式、RB模式三種情況下,給水加速度指令不參與邏輯計(jì)算,即經(jīng)過(guò)切換開(kāi)關(guān)T將加速度信號(hào)[4]切成0。圖2中,F(x3)為機(jī)組升負(fù)荷折線(xiàn)函數(shù),F(x4)為機(jī)組降負(fù)荷折線(xiàn)函數(shù),a與升降負(fù)荷判斷F(x3)、F(x4)相乘后,得出最終的給水加速度指令信號(hào)。

2.2 燃料量加速指令

與給水加速指令設(shè)計(jì)同一理念,燃料加速指令在協(xié)調(diào)控制里疊加在燃料指令,主要基于負(fù)荷指令的變化速率的函數(shù),并依據(jù)負(fù)荷指令的變化速率上升及下降段,分別給出對(duì)應(yīng)的加速輸出值。燃料加速指令變化速率亦可依據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令的變化速率上升與下降段分別進(jìn)行設(shè)定,進(jìn)而合理地控制燃料加速指令。通過(guò)機(jī)組負(fù)荷變化率設(shè)定值、當(dāng)前負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷偏差、機(jī)組負(fù)荷指令等3個(gè)信號(hào)對(duì)燃料加速指令進(jìn)行修正,形成修正系數(shù),并與燃料加速指令相乘。當(dāng)機(jī)組RB工況、TF工況、BF工況時(shí),給水加速指令強(qiáng)制為0。燃料加速指令邏輯SAMA圖如圖3所示。

圖3 燃料加速指令升降負(fù)荷乘微分權(quán)重部分SAMA圖

機(jī)組在TF模式、BF模式、RB模式三種情況下,燃料加速度指令不參與邏輯計(jì)算,即經(jīng)過(guò)切換開(kāi)關(guān)T將加速度信號(hào)切成0。圖3中,F(x5)為機(jī)組升負(fù)荷折線(xiàn)函數(shù),F(x6)為機(jī)組降負(fù)荷折線(xiàn)函數(shù)。機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)過(guò)微分函數(shù),生成加速度指令最終計(jì)算結(jié)果a,a與升、降負(fù)荷判斷F(x5)、F(x6)相乘后,得出最終的燃料加速度指令信號(hào)。

3 熱工控制邏輯優(yōu)化結(jié)果

邏輯優(yōu)化后,對(duì)機(jī)組變負(fù)荷工況進(jìn)行分析,如圖4、圖5所示。

圖4 優(yōu)化前升負(fù)荷給水-燃料-壓力-功率曲線(xiàn)

圖5 優(yōu)化后升負(fù)荷給水-燃料-壓力-功率曲線(xiàn)

圖4為優(yōu)化前的升負(fù)荷過(guò)程中,給水-燃料-壓力-功率曲線(xiàn)。從圖中可看出,在協(xié)調(diào)發(fā)出升負(fù)荷指令時(shí),給水及燃料反應(yīng)相對(duì)滯后,滯后一直持續(xù)整個(gè)升負(fù)荷過(guò)程,導(dǎo)致鍋爐側(cè)一直處于欠壓的狀態(tài),影響功率過(guò)程中與功率指令的擬合[5]。

對(duì)CCS控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)增加給水加速指令及燃料量加速指令,即將一定前饋量疊加在給水主控及燃料主控之中,使得機(jī)組在變負(fù)荷過(guò)程中,給水及燃料指令能夠很好適應(yīng)變負(fù)荷工況,如圖5所示,在汽輪機(jī)快速開(kāi)關(guān)調(diào)門(mén)時(shí),鍋爐側(cè)能夠很好地進(jìn)行壓力輸出,機(jī)組保持較好的協(xié)調(diào)控制水平。

4 結(jié) 語(yǔ)

超超臨界直流爐協(xié)調(diào)控制核心,即在保證機(jī)組快速響應(yīng)負(fù)荷指令的前提下,維持機(jī)前壓力及其他重要參數(shù)穩(wěn)定,確保能量被持續(xù)、快速輸送。通過(guò)邏輯優(yōu)化,能夠使機(jī)組在變負(fù)荷工況下,鍋爐側(cè)的給水及燃燒快速動(dòng)作,更好解決了變負(fù)荷工況控制鍋爐欠壓?jiǎn)栴}。對(duì)同類(lèi)型機(jī)組響應(yīng)電網(wǎng)AGC指令差問(wèn)題具有一定借鑒意義。但此次控制回路優(yōu)化及升降負(fù)荷試驗(yàn)是在鍋爐燃燒設(shè)計(jì)煤種狀況下進(jìn)行,對(duì)后續(xù)摻燒高硫份、低熱值劣質(zhì)煤時(shí),加速度前饋?zhàn)饔眯柽M(jìn)一步優(yōu)化,疊加回路效果需增強(qiáng),以更好適應(yīng)變負(fù)荷工況,控制機(jī)前主汽壓力穩(wěn)定。