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    李銳成（1977－）
男，寧夏鹽池人，本科，助理工程師，現(xiàn)任杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司電廠(chǎng)自動(dòng)化事業(yè)部DCS工程項(xiàng)目經(jīng)理。

摘要：介紹了大型火電廠(chǎng)協(xié)調(diào)控制方案的原理，列舉和利時(shí)自動(dòng)化有限公司的HOLLIAS-MACS分散控制系統(tǒng)（DCS）在300MW火電廠(chǎng)機(jī)組運(yùn)行控制中協(xié)調(diào)方案的實(shí)際應(yīng)用，反映了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在電廠(chǎng)運(yùn)行中的重要性并對(duì)機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)模式進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷；能量平衡；協(xié)調(diào)控制；控制方案

Abstract：According to the application of coordinated control for 300MW thermal power plant unit using HOLLIAS-MACS DCS of Beijing HollySys Co., Ltd., the paper introduces the theory of the coordinated control system for high capacity thermal power plant, shows the importance of coordinated control system in power plant operation and discusses the mode of boiler-turbine-load coordinated control.

Keywords：Load; energy balance; coordinated control; control scheme

1   前言

    單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代大型火電機(jī)組普遍采用的控制策略。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期的理論發(fā)展以及在應(yīng)用中不斷的改進(jìn)，目前火電廠(chǎng)已經(jīng)衍生出各種各樣的協(xié)調(diào)控制方案。這些方案的具體實(shí)現(xiàn)原理、功能甚至實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)要求都有不同之處，往往是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的不同效果和運(yùn)行中的具體要求而派生出各種改進(jìn)或改型。一般以機(jī)組的能量平衡方式為準(zhǔn)繩，將衍生出來(lái)的各種各樣的協(xié)調(diào)控制方案劃歸為兩大類(lèi)，即直接能量平衡類(lèi)和間接能量平衡類(lèi)。

2   協(xié)調(diào)控制的功能與模式

    一般協(xié)調(diào)控制在機(jī)組運(yùn)行中擁有如下功能：一是參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻。調(diào)峰是指機(jī)組依據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷要求，直接接受中調(diào)負(fù)荷信號(hào)而實(shí)時(shí)改變機(jī)組出力以滿(mǎn)足電網(wǎng)能量平衡的功能。調(diào)頻就是通常所說(shuō)的一次調(diào)頻，是指機(jī)組依據(jù)自身發(fā)電頻率，當(dāng)發(fā)電頻率偏離設(shè)定的頻率時(shí)以設(shè)定的頻差校正特性曲線(xiàn)改變機(jī)組出力，達(dá)到發(fā)電頻率相對(duì)穩(wěn)定的功能；二是實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過(guò)檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)，加以計(jì)算并自動(dòng)作應(yīng)對(duì)處理，消除發(fā)生的各種內(nèi)、外部擾動(dòng)。達(dá)到協(xié)調(diào)鍋爐與汽機(jī)的能量平衡，協(xié)調(diào)鍋爐內(nèi)部燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、給水、汽溫等各子系統(tǒng)的能量平衡與質(zhì)量平衡，使機(jī)組保持穩(wěn)定并處于經(jīng)濟(jì)性能最佳的工況；三是平衡機(jī)組出力與主輔機(jī)實(shí)際能力的差異。機(jī)組運(yùn)行中可能出現(xiàn)局部故障，使機(jī)組的帶負(fù)荷能力下降，滿(mǎn)足不了當(dāng)前負(fù)荷需求，產(chǎn)生供需之間的矛盾。協(xié)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有方向閉鎖、機(jī)組指令迫升/迫降、輔機(jī)故障減負(fù)荷等功能。使整個(gè)系統(tǒng)在主輔機(jī)或子回路控制受到限制而不能實(shí)現(xiàn)平衡時(shí)，自動(dòng)調(diào)整主輔機(jī)出力或指令，過(guò)度到新的狀態(tài)下再次達(dá)到平衡。四是具有多種控制模式供選擇。協(xié)調(diào)系統(tǒng)主要有以下幾種模式：①爐跟機(jī)的全自動(dòng)模式；②爐跟機(jī)的手動(dòng)模式；③機(jī)跟爐的全自動(dòng)模式；④機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)模式。以上①、②、③屬于直接能量平衡類(lèi)方案，④屬于間接能量平衡類(lèi)方案。

3   常用的協(xié)調(diào)控制方案

    一般來(lái)說(shuō)，爐跟機(jī)直接能量平衡的控制策略比較簡(jiǎn)潔，有負(fù)荷響應(yīng)快，能充分利用鍋爐蓄能等優(yōu)點(diǎn)，所以較為常用的協(xié)調(diào)控制方案是基于直接能量平衡思想的爐跟機(jī)模式DEB。但由于鍋爐慣性很大，且當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)必須通過(guò)主汽壓力的變化才能反映到爐主控，使得主汽壓力的控制存在較大的遲延，降低了主汽壓力的穩(wěn)定性。其基本控制原理為：機(jī)主控單獨(dú)控制功率輸出，爐主控采用“汽機(jī)能量需求信號(hào)”作為鍋爐指令送給燃料、給水和風(fēng)量控制系統(tǒng)以保證機(jī)爐間的能量平衡，以能量需求作為爐主控的指令，以熱量信號(hào)作為爐主控的反饋。其中能量平衡信號(hào)采用如下公式計(jì)算：

    NRGD=P1/PT×PS[1+d/dt(P1/PT×PS)]+d/dt(PS)

    式中，NRGD為能量平衡信號(hào)；P1為調(diào)節(jié)級(jí)壓力；PT為機(jī)前壓力；PS為壓力設(shè)定值
熱量信號(hào)的計(jì)算公式為: HR= P1+d/dt(Pd)

    式中，HR為熱量信號(hào)；P1為調(diào)節(jié)級(jí)壓力；Pd為汽包壓力。

    這里, P1/PT線(xiàn)性的代表了汽機(jī)的進(jìn)汽流量, P1/PT×PS反映了汽機(jī)對(duì)鍋爐的能量需求，HR計(jì)算了鍋爐總的能量輸入。機(jī)爐間的能量平衡以機(jī)前壓力的穩(wěn)定為標(biāo)志，PT即等于PS，按能量平衡公式也可反映這種平衡:

    P1/PT×PS[1+d/dt(P1/PT×PS)]+d/dt(PS)= P1+d/dt(Pd)

    穩(wěn)態(tài)時(shí)可得：PT=PS。

    其控制原理SAMA圖，如圖1、圖2所示。

圖1 直接能量平衡爐跟機(jī)控制基本原理結(jié)構(gòu)框圖（爐主控）



圖2  直接能量平衡爐跟機(jī)控制基本原理結(jié)構(gòu)框圖（機(jī)主控）

    由圖可以看出，這種方案除了能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)調(diào)功率、爐調(diào)壓的爐跟機(jī)控制功能（上圖的CCS信號(hào)），還可實(shí)現(xiàn)在鍋爐故障時(shí)，汽機(jī)代替鍋爐調(diào)壓的功能（上圖的TF信號(hào)）。

4   應(yīng)用介紹

    佛山市順德五沙熱電有限公司機(jī)組規(guī)模為2×300MW燃煤發(fā)電機(jī)組， DCS系統(tǒng)采用和利時(shí)自動(dòng)化有限公司的HOLLIAS-MACS系統(tǒng)，機(jī)組的協(xié)調(diào)控制方案采用的是機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)模式，其控制原理SAMA圖如圖3、圖4所示。

圖3  順德五沙熱電300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制原理結(jié)構(gòu)框圖（爐主控）




圖4  順德五沙熱電300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制原理結(jié)構(gòu)框圖（機(jī)主控）

    在這種協(xié)調(diào)模式下，爐主控接受熱值修正后的主汽壓力指令，同時(shí)引入基于能量平衡的負(fù)荷指令前饋，這樣爐主控同步響應(yīng)主汽壓力變化和負(fù)荷變化，在完成調(diào)壓的同時(shí)，提前消除負(fù)荷對(duì)主汽壓力的影響；機(jī)主控除了接受經(jīng)過(guò)校正后的負(fù)荷指令之外，還引入了可自動(dòng)切換的主汽壓力拉回回路，在調(diào)節(jié)負(fù)荷的同時(shí)對(duì)主汽壓力起到一定拉回作用，這樣機(jī)爐協(xié)調(diào)完成對(duì)負(fù)荷與主汽壓力的控制。但也要注意，這種模式信號(hào)環(huán)節(jié)較復(fù)雜，若調(diào)節(jié)器匹配不當(dāng)，機(jī)爐間容易產(chǎn)生震蕩。

5   結(jié)束語(yǔ)

    協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)楣r的差異，需要采用不同的具體控制方案和控制參數(shù)以滿(mǎn)足實(shí)際對(duì)象的不同特性。同時(shí)對(duì)鍋爐子控制系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)均需整體考慮，特別是在AGC方式下較大幅度變負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，如果CCS功率調(diào)節(jié)器與DEH遙控回路不匹配，容易引起CCS功率調(diào)節(jié)器先遲緩后超調(diào)，并給機(jī)組主汽壓力調(diào)節(jié)帶來(lái)了較大的擾動(dòng)，在方案設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整時(shí)要使整個(gè)控制流程各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)匹配良好，盡量減少由于各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與整定不當(dāng)而產(chǎn)生的內(nèi)擾，最大程度的發(fā)揮協(xié)調(diào)控制的優(yōu)勢(shì)。

其它作者：

    馬國(guó)平（1979-），吉林鎮(zhèn)賚縣人，本科，助理工程師，現(xiàn)就職于佛山市順德五沙熱電有限公司，主要從事熱控維護(hù)工作；

    邱利軍（1975-），貴州貴陽(yáng)人，本科，工程師，現(xiàn)任杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司電廠(chǎng)自動(dòng)化事業(yè)部DCS高級(jí)銷(xiāo)售經(jīng)理；

    鄭理（1975-），男，上海人，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)于華東電力設(shè)計(jì)院從事繼電保護(hù)和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工作。