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楊軍統（1968—）
男，安徽靈璧人，高級工程師，（安徽電力科學研究院，安徽 合肥 230022）主要從事燃煤機組的自動控制研究。
摘要：本文論述了采用北京國電智深公司生產的EDPF系統的CCS構成、存在的主要問題及分析，并通過對135MW流化床機組CCS局部修改、優化完善及參數調整，使協調控制系統及其子系統能長期可靠地投入自動，保證本機組安全穩定運行，并能經受大幅度負荷變動的考驗（負荷變動范圍60～100%BMCR，負荷變化率 2%/min），包括給煤機投切擾動的考驗，滿足電網自動發電控制（AGC）的要求。
關鍵詞：CCS；控制系統；流化床；AGC
Abstract: This paper discusses the CCS structure, main existing problems and analysis of EDPF system manufactured by Beijing State Grid Zhishen Company. Coordinated control system and its subsystems can remain long-term automatic, ensure the unit safe and stable operation, stand the test of substantial load changes (load change range: 60～100%BMCR; load change rate: ≥2%/min) including the test of coal feeder switching disturbance and meet AGC requirements by means of partial CCS modification of fluid bed unit 135MW, optimization and parameter adjustment.
Key words: CCS; control system; fluid bed; AGC
1 流化床AGC控制的現狀
從目前信息檢索結果來看，全國流化床機組投入協調控制的已有少量，但尚未有投入AGC的報道，且仍未有協調控制的負荷變化率達到AGC運行指標要求的135MW流化床機組，即變負荷率達到1.5%Pe/min（2.0MW/min）以上。
華電六安發電有限公司一期建設兩臺135MW流化床燃煤發電機組，為安徽省首臺流化床機組，分散控制系統（DCS）采用北京國電智深公司研制的EDPF系統，協調控制系統原設計也采用直接能量平衡控制策略。#1機組調試過程中對原設計的協調控制系統控制參數進行了細致調整，但始終未能使該系統投入穩定運行，進一步驗證了直接能量平衡不適用于循環流化床鍋爐的控制。
2 協調控制技術難點
循環流化床鍋爐(CFB)具有燃燒效率高、污染低、燃料適應性廣等特點而得到廣泛的應用，但循環流化床鍋爐燃燒，即主汽壓力的控制問題已成為其推廣應用的主要障礙。由于循環流化床鍋爐是一個非線性、時變、多變量耦合的控制對象，使得正常運行時對于煤粉鍋爐行之有效的常規控制方法已難以滿足循環流化床鍋爐的各項控制，主要表現在以下幾個方面：
（1）鍋爐側的遲延和慣性較大，適應負荷變化的能力差，主要表現在壓力的滯后。而且機爐在適應電網負荷上存在很大差異，鍋爐的慣性和遲延大，汽機的慣性和遲延較小，即“爐慢機快”。
（2）根據我國電網的技術要求，負荷穩態控制精度±0.5%Pe,動態控制精度±1.5%之內。國外推薦采用TFCCS的控制方式即汽機調壓、鍋爐調功。顯然這種控制方式與上述我國對上網機組的控制要求不對應，是不可取的。為了滿足電網對上網機組的要求，機組正常運行時只能采用BFCCS方式，該方式下，鍋爐主控調節機前壓力，汽機主控調節機組負荷,鍋爐控制的主汽壓力和汽機控制的負荷精度均要符合要求,二者缺一不可。
（3）AGC聯調時機組升降負荷速率應達到2.0%Pe/min（即2.7MW/min）以上，負荷最大動態偏差應控制在±1.5%Pe以內，穩態負荷控制精度在±0.5%Pe以內，主汽壓力穩態控制在±0.25MPa以內,動態偏差控制在±0.5MPa以內。
（4）流化床床溫的最佳控制溫度為850～900℃，無論在穩態還是在動態其床溫要保持相對穩定。
3 協調控制方案的實施
機爐在適應電網負荷上存在很大差異，鍋爐的慣性和遲延大，汽機的慣性和遲延較小，即“爐慢機快”。
從設計的控制方案來分析：按照上述的協調控制方案，鍋爐側的壓力控制器，根據不同負荷給定的主汽壓力設定值計算出的能量信號與熱量信號的偏差經壓力調節器形成鍋爐指令，給煤機根據指令不停地調整給煤量，而主汽壓力的變化則在十分鐘之后才能有明顯的變化，因此使用直接能量平衡的控制方案，鍋爐超壓就在所難免。
通過對流化床鍋爐的特性試驗發現實現循環流化床鍋爐主汽壓力控制是可以做到的，而且控制效果相當理想。針對“爐快機慢”的特點，為了使兩個控制過程相匹配，采取以下控制策略。
3.1 改直接能量平衡為間接能量平衡
間接能量平衡協調控制系統協調方式采用負荷指令間接平衡，負荷指令經幅值限制、速率限制等處理后同時作用于汽機主控、鍋爐主控和壓力定值形成回路，使負荷要求變化時，機、爐協調動作并在機主控、爐主控和壓力定值形成的負荷指令回路中增加微分環節和多級慣性環節，使微分時間和慣性時間為鍋爐的慣性時間（包括熱量產生時間和蓄熱時間），保證機、爐動作從時間上匹配。采用上述方法將機、爐有機地結合在一起，克服了汽機響應速度快、鍋爐慣性時間長的矛盾，保證了機組運行的穩定性。
基于上述的間接能量平衡的原理確定了本機組的協調控制方案如下所述。
3.1.1鍋爐主控的控制方案
圖1 鍋爐主控原理圖
以鍋爐跟隨為基礎的協調控制，其鍋爐控制指令由負荷指令前饋對應的煤量、負荷指令微分、壓力給定的微分、負荷目標值的微分及壓力調節器輸出構成。
壓力調節器的主要作用是維持鍋爐在負荷穩定的情況下，主汽壓力與負荷相適應的主汽壓力定值。在機組變負荷的過程中，以實際負荷指令對應的實際瞬時煤量進行粗調，鍋爐進入滑壓控制，這時要求鍋爐壓力調節器延遲動作，在延遲期內不作調節，當超出延遲期后動作，根據鍋爐壓力的偏差修正鍋爐的給煤量。各種前饋起作用，維持鍋爐主汽壓力跟隨負荷的變化而增加鍋爐的出力，協調鍋爐與汽機出力的供需平衡。
3.1.2汽機主控的控制方案
BFCCS下的協調控制，汽機控制主要在于控制負荷，負荷指令由目標負荷通過速率限制和限幅后加上一次調頻的動作值而構成，通過功率調節器運算后作為調門的指令。
3.1.3床溫的控制
原設計中有床溫偏差對一次風量的修正，但一次風的控制是超調動作的，必然導致床溫的變化，床溫高就要增加一次風量，床溫低就要減少一次風量，而主汽壓力要求的一次風量的變化恰恰相反，從而導致故此失彼，減弱了壓力響應效果。為此，本設計中取消床溫對一次風量的修正，優先滿足主汽壓力的要求，通過煤量的調節自然滿足床溫的相對穩定。事實證明是完全正確的。
3.2 一次風先行
循環流化床機組與正常的燃煤機組相比，其主要的蓄能來自兩個方面：一是汽包，二是是床料的蓄能。通過對一次風的擾動試驗來看，驗證了流化床鍋爐的大遲延、大慣性的特點。同時從實驗結果也看到了床溫及床壓的變化，尤其是床溫的變化很明顯，這是必然的，但如果能及時補充煤量，隨著能量的相對平衡，床溫即可能維持相對的穩定。由此得出結論：一次風的增減直接影響流化床鍋爐的流化效果，直接導致鍋爐出力的大小，這對機組的變負荷的影響明顯。這是機組協調控制的主要手段和基礎，離開這一點變負荷無從談起。
圖2 一次風控制原理圖
根據一次風擾動試驗可知，一次風擾動量對主汽壓的影響無論大小及響應速度都是十分明顯的。用鍋爐主控指令取微分作為前饋加在一次風的指令中，讓一次風率先超調動作，改變鍋爐的流化效果，讓流化床釋放或吸收鍋爐的蓄熱，使主汽壓力實際值跟隨主汽壓力給定值的變化，隨后鍋爐指令改變給煤量，維持床溫的相對穩定，達到機組能量的相對平衡，滿足機組負荷的變化。
4 協調控制主要對策及實施過程
4.1 投運順序
其投入順序為引風自動→送風自動→一次風自動→給煤機自動→給煤主控自動→鍋爐主控自動→汽機遙控→汽機主控自動→AGC→DEH一次調頻和DCS一次調頻同時投入。
先投入鍋爐主控自動，再投入汽機主控自動，機組進入以鍋爐跟隨為基礎的協調控制。
先投入汽機主控自動，再投入鍋爐主控自動，機組進入以汽機跟隨為基礎的協調控制。
本次設計的協調控制涵蓋了目前所有的控制方式，其中主要采用的是以鍋爐跟隨為基礎的協調控制，即鍋爐調壓汽機調功。
投運協調控制必須投入一次風的自動，因為設計的根本思路是利用一次風的動作改變鍋爐的蓄熱，主要就是床上的能量來適應變負荷的壓力變化，同時改變給煤量維持床溫的相對穩定。
4.2 參數整定原則
在參數調整中主要考慮到壓力目標值的前饋和壓力修正的匹配問題。穩態時主要靠壓力修正維持鍋爐主汽壓力的穩定，尤其是在煤質發生較大變化的時候兩者的矛盾尤為突出。
針對流化床鍋爐的大遲延、大慣性的特點，如何解決壓力響應慢的問題，如何加快流化床鍋爐的壓力響應，是決定整個流化床機組協調品質好壞關鍵的關鍵。根據鍋爐特性試驗的結論，堅持一次風先行是整個變負荷過程的關鍵步驟。如果一次風的前饋參數整定得當，壓力響應快，壓力修正的作用相對削弱而其壓力目標值的前饋就可以相對加強，從而整個機組的響應也就加快了。
本著此原則，一次風的鍋爐指令前饋微分時間要相對適中，不能太長以達到指令響應迅速的目的。鍋爐指令的壓力修正指令加大微分的作用，加大了預見性。
5 AGC方式下的負荷跟隨試驗
分別選擇速率為2MW/min、2.7MW/min，目標負荷的變動量為10MW進行拉動。機組負荷變動試驗在70%～100%Pe工況下、機組按滑壓方式運行時進行。
負荷變動試驗驗收品質指標即主要參數允許偏差參照《火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程》中負荷擾動試驗相關參數的品質指標，具體見表1中“允許值”一項所示。
表1 變負荷擾動下機組主要自動調節系統品質指標:
上表中的數據表明：在運行范圍（60～135MW）內，機組升降負荷速率達到2%Pe/min，最大動態偏差1%Pe以內，試驗段穩態負荷控制精度在±0.5%Pe以內。
6 AGC投運一年來的情況調查
目前機組處于AGC自動位，滑壓運行。
2007年7月6日對1#機組的運行情況作了檢查，分別就2007年06月28日05時50分到28日8時30分,負荷從75MW到110MW和2007年07月02日23時26分到3日2時06分,負荷從135MW到90MW各主要參數的變化情況作了分析，調查結果見表2。具體分析如下：
2007年06月28日05時50分到28日8時30分和2007年07月02日23時26分到3日2時06分, 負荷從75MW到110MW和負荷從135MW到90MW, 歷時160分鐘。AGC自動位，負荷變化率為1.8MW/min。經過10到13個階躍6到8個鋸齒波，上下增減，階躍幅值在5MW到10MW之間，從AGC自動位負荷指令的變動來看，無論負荷、主汽壓力、床溫、床壓、爐膛負壓、汽包水位、氧量控制都在控制的允許范圍內。
表2 AGC自動位的各主要參數自動調節系統品質指標:
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號