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    電力市場飽和的情況，導致許多機組都不能滿負荷運行發電。電力市場的自由化使得競價上網已經成為電力發展的必然趨勢，唯有采取有效的競價手段才能保證自己的電力輸出被電力市場接受。

    電力市場發展的另一個趨勢是電網中大容量機組（300MW及以上）越來越多，電力市場的峰谷差日益加大，單純依靠中小型機組實現調峰已經不能有效地滿足要求，大型機組參與電網調峰已迫在眉睫。而目前國內的大型機組一般按照基本負荷設計，其調峰能力并不理想，因此為了有效解決這個矛盾，必須采用一些先進成熟的優化控制解決方案。

    目前，國內類似的優化控制解決方案的確不少，但效果都不太理想。而德國西門子公司的先進控制方案PROFI成功地解決了以上問題，它對于提高機組控制性能，保證良好的經濟效益和市場生存能力，提高電廠燃用廉價燃料的能力，減少生產成本等都具有重要的理論和實踐意義。

2、系統介紹

    PROFI系統是西門子公司各方面專家對很多運行中的火力發電廠存在的問題進行深入分析后，將先進的理論和實踐經驗相結合后所研究出的具有革命性變革的一種全新的控制思路，該方案先進、可靠，已成功的應用于各種類型的火力發電廠中。

    系統與DCS控制系統可直接相連，可將模件直接插到DCS機柜中。在正常運行過程中，SICOPM處理器模件和已經安裝在其中的PROFI模塊不需要操作員任何干預，系統加電以后，它能夠自動引導并開始運行其中的內部程序。

    當與SICOPM處理器中的用戶程序進行連接后，可以在過程控制系統中形成新的運行方式，通過這種方式，可以在控制系統中進行手動設定，如在機組啟動期間設置目標值，從而對高級過程控制系統進行優化。

    2.1 PROFI系統的優越性

    隨著改革的深入，電廠和電網分開，競價上網已成必然，電廠能否發出穩定而質高價低的電，是其在競爭激烈的電力市場中生存下去的前提，PROFI就是為了適應這一需求而研制開發的。PROFI通過保持機組長期穩定的運行，提高機組的效率，使機組能夠迅速有效的滿足電網調度要求的指令，提高對調度員的吸引力。保持在市場競爭中的優勢。

    PROFI解決了現代電力系統中電網調度和火力發電廠中機組反應遲緩的尖銳矛盾，使得機組既能快速響應電網調度的指令，又能保證機組平滑穩定的運行，提高機組在電網中的競爭力。同時PROFI解決了機組起停速度過慢，機械壽命受損的缺陷，大大提高機組的起停速度，減少燃料的損耗，提高經濟效益。通過PROFI還能夠解決頻繁發生的超溫和振蕩現象，提供準確而迅速的控制。

    PROFI是基于模塊化的設計，主要由四大功能塊組成:新機組協調模塊，凝結水節流模塊，帶預測的負荷裕度模塊和自學習的溫度控制模塊。各個功能模塊之間既相互獨立，又可靈活搭配，可以根據電廠實際情況使用其中一個或幾個模塊。各個模塊都具有較好的可操作性和可控性，可以大大減少運行人員干預和設備變化次數。

    PROFI不僅有較高的經濟性而且還有極高的安全性。所有上述模塊都可以隨時無擾的投入和切除，即使發生硬件故障時也只是無擾切換到機組原有的運行方式，不會產生任何危及機組安全的不良影響。另外，PROFI具有很好的適應性。無論是燃煤，燃氣，燃油火力發電廠，不論采用何種DCS系統，無需對原系統做太大的改變，沒有任何風險，PROFI就能方便的加入到原有系統中去。加上各個模塊之間搭配的靈活性，使得電廠不用投入太多就能取得較高的回報。

    2.2 主要功能模塊

    PROFI各個模塊是針對不同問題而開發設計的，電廠可以根據各自的實際情況選用不同模塊。

   （1） 新機組協調模塊

    新機組協調模塊是一種全新的機組協調動作思路，通過充分利用機組的蓄能，達到機組迅速響應負荷需求變化，解決了現在電廠對電網負荷要求變化響應過慢的缺點，還能減少鍋爐燃燒部分的過調，保持穩定燃燒，提高機組的燃盡率，同時還能降低設備的磨損，降低維護費用。

   （2） 凝結水節流模塊

    該模塊是對熱力系統特性充分了解的體現，是一種獨創的控制方式。通過改變凝結水流量，使得機組在燃燒工況不變的情況下，能夠瞬時提高機組出力達4～6% MCR，快速響應現代電網調峰調頻的要求，加強了電廠機組在電網中的競爭能力，并且不會產生熱應力變化，不會對機組壽命造成損傷。

   （3） 帶預測的負荷裕度模塊

    負荷裕度模塊主要用于解決機組起停速度過慢的問題。利用先進的預測算法實時計算機組所受的熱應力，以此控制機組的起停速度，使得機組能夠快速起停而又不超過機械部分所能承受的熱應力。節省了起停燃料的消耗，取消了傳統的昂貴的溫差測量設備，節約了電廠的成本。

   （4） 自學習溫度控制模塊

    溫度控制模塊利用了狀態控制器和自學習回路等高級控制算法，成功解決了溫度這種大滯后對象的控制，即使變負荷時也能將溫度迅速穩定地控制在設定點。大大消除了電廠普遍存在的超溫現象，給用戶帶來長久的利益。

    2.3 PROFI提高電廠效益的途徑

    PROFI控制就是用來提高機組穩定性和負荷動態響應能力的，從而提高電廠效益。

   （1） 機組穩定性

    在機組穩定性方面。提高電廠效益主要是通過減少生成擾動（避免電力銷售損失）、提高機組效率（減少每MW小時的燃料）、延長電廠昂貴設備的壽命和減少維護費用來實現的。

   （2） 負荷動態響應性能

    穩定的機組可以更早、更長時間地維持目標負荷。從負荷調度的觀點來看，這種電廠比其他電廠能夠提供更快更可靠的產品。如果該電廠在為電網提供調頻服務的情況下還有足夠的穩定性，這種電廠更有吸引力。電網是需要調節負荷的。這種調節型的機組將具有很長的、比計劃中更多的年發電小時。從統計上來說，它的每MW小時的生產成本更低。高的負荷動態響應能力是產生效益的首要點。

    2.4 機組優化控制方案的目標

   （1） 機組優化控制主要考慮的因素

    負荷分配和電網需求需要通過機組控制系統來滿足，尤其在當前的市場。當前主要考慮的因素有：

    ●最低價格購買電力；  
    ●操作性，包括負荷變化率，負荷階躍能力和負荷變化范圍； 
    ●一個電廠或者整個發電行業的精確發電量控制； 
    ●一次調頻控制。

   （2） 機組優化控制系統必須實現的目標

    ●快的負荷變化率； 
    ●大的負荷階躍能力； 
    ●寬的可調負荷范圍。

   （3） 機組優化控制系統的隱含目標

    除了必須達到上述目標外，機組優化控制方案還應達到的隱含目標為：

    ●燃料、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度振動以及過程參數超限必須得到克服。 
    ●在有些電廠的負荷變化期間，整個電廠的控制系統不穩定現象也必須得到克服。 
    ●在燃燒較差的電廠，燃料過度燃燒現象應該得到最大程度的限制，從而電廠機械設備的壽命消耗可以減少。

3、PROFI系統在電廠中的應用

    以某電廠為例，在使用PROFI后，電廠的過程控制特性得到了顯著的提高，機組運行更加平滑，負荷響應更迅速，同時，大大減少了機組運行中運行人員的干預和設備的動作頻率。在當前的情況下，機組能夠較好地運行在定/滑壓模式下，以4％MCR的負荷升降速率進行自動升降負荷，同時該過程中各種參數都比較穩定，下面僅以優化前后主汽溫和再熱汽溫在穩定負荷時的對比曲線為例說明PROFI系統對高級控制系統的優化作用。

4、結束語

    通過使用先進控制策略后，電廠能快速響應電網調度的調峰和調頻的要求，發出質高價低的電力，在充滿競爭的電力市場中占據優勢。通過降低機組的過調，可以大大減少設備的磨損，降低運行和維護成本。通過對機組的各工況平穩控制，減少運行人員干預和設備狀態變化次數，延長機組使用壽命，提高電廠的使用效率。根據使用的不同情況，可以提高機組效率。