電力畢業(yè)論文淺談電廠300mw機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

1、xx大學(xué)畢業(yè)論文淺談電廠300mw機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化姓 名：2014年6月25日淺談電廠300mw機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化摘要火電機組熱控自動化水平的高低高低，直接反映了企業(yè)的安全生產(chǎn)、 技術(shù)管理水平的高低。為滿足電網(wǎng)資源優(yōu)化配置的需要，機組agc功能的投運 也勢在必行。作為agc投運基礎(chǔ)的ccs能長期穩(wěn)定運行，不但可以實現(xiàn)機組的 最優(yōu)控制、提高機組的發(fā)電效率及機組運行的可靠性和穩(wěn)定性，而且可以降低運 行人員的勞動強度。因此不斷對ccs系統(tǒng)及各子系統(tǒng)控制策略進行優(yōu)化完善， 對各系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整，可以使ccs系統(tǒng)長周期穩(wěn)定投運。本文重點介紹平?jīng)?電廠300mw機組ccs協(xié)調(diào)及子系統(tǒng)控制策略的優(yōu)

2、化和參數(shù)調(diào)整的一些經(jīng)驗。關(guān)鍵詞300mw機組 控制策略調(diào)節(jié)參數(shù) 優(yōu)化0前言隨著單元機組容量的增加和發(fā)電廠上網(wǎng)競爭的益激烈，發(fā)電廠對機組的安全 穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性要求越來越高，如何優(yōu)化協(xié)調(diào)系統(tǒng)及各子系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，保證 機組安全經(jīng)濟、穩(wěn)定運行越來越受到人們重視,筆者從事電廠自動控制工作多年, 以華能平?jīng)鲭姀S4*300mw機組為例，淺談300mw機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化的 經(jīng)驗。1平?jīng)鲭姀S設(shè)備介紹平?jīng)鲭姀S為4x300mw燃煤凝汽式機組，鍋爐為亞臨界自然循環(huán)中間再熱汽包 爐，制粉系統(tǒng)采用6臺正壓直吹式中速磨，四角切圓燃燒，六層煤粉，三層油。 汽機為單軸，雙缸雙排汽機組，投產(chǎn)以來，由于控制方式多、調(diào)節(jié)參數(shù)配

3、置不好、 控制策略等原因，造成協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)無法長期穩(wěn)定投入，經(jīng)過更改控制方式、控 制策略、調(diào)試系統(tǒng)參數(shù)，使得協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定投入，并成功投入了 agc控制。2協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制策略、參數(shù)優(yōu)化2原系統(tǒng)控制策略及存在的問題平?jīng)鲭姀S采用西屋早期的控制策略，分為:base （基本控制方式）、bf （鍋爐 跟隨方式）、tf （汽機跟隨方式）、tf2 （過度方式）、ccbf （以鍋爐跟隨為主的 協(xié)調(diào)控制方式）、cctf （以汽機為主的協(xié)調(diào)控制方式），控制方式多，且各方式 切換時設(shè)有兩秒的保持，增加了協(xié)調(diào)邏輯的復(fù)雜性。其中tf2方式為過度方式, 在投入鍋爐和汽機主控自動后或機組發(fā)牛runback后進入tf

4、2方式，在這種 方式下汽機控制主汽壓力，鍋爐控制負荷，汽機主控器和鍋爐主控器之間無協(xié)調(diào) 信號。投入tf2控制方式將會造成鍋爐主控器只控制負荷不考慮主汽壓，汽機 主控器只控制壓力不考慮負荷的情況，在機組調(diào)節(jié)的過程屮將出現(xiàn)鍋爐汽機不匹 配，引起機組調(diào)節(jié)的惡化的現(xiàn)象，威脅機組的安全穩(wěn)定運行。在正常運行時投入 cctf方式，該方式下汽機控制壓力，鍋爐控制負荷，不能充分利用鍋爐的蓄熱 能量，負荷響應(yīng)速度慢且控制效果不好，不能滿足agc投入要求。2.2優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略采用基于鍋爐跟隨的協(xié)調(diào)方式隨著電力體制的改革，各發(fā)電公司之間的競爭越來越激烈，電網(wǎng)對電廠的 負荷響應(yīng)速度要求越來越高，平?jīng)鲭姀S機組自從200

5、1年投產(chǎn)以來，一直采用汽 機跟隨方式的協(xié)調(diào)控制方式。該方式汽機主控制主汽壓力，鍋爐控制負荷，負荷 響應(yīng)速度慢，為了提高機組的負荷響應(yīng)速度，取消原設(shè)計中的基于汽機跟隨方式 的協(xié)調(diào)控制方式，更改為基于鍋爐跟隨方式，系統(tǒng)充分利用了汽包的出蓄熱能力, 大大的提高的機組符合的響應(yīng)速度。在調(diào)節(jié)的過程中，鍋爐的響應(yīng)速度慢，汽機 響應(yīng)速度快，汽機調(diào)門的動作勢必會引起主汽壓力的變化，主汽壓力穩(wěn)定代表鍋 爐機組內(nèi)部的能量平衡，功率代表電網(wǎng)能量的平衡，為了確保機組的穩(wěn)定，引入 主汽壓力和其設(shè)定值的偏差信號通過f （x）函數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的功率信號去修正 汽機主控器的功率信號，另外增加主汽壓力設(shè)定值和實際主汽壓力信號偏差

6、大于 0.5mpa時閉鎖汽機主控器，防止主汽壓力設(shè)定值和實際值偏差大時由于調(diào)整負 荷引起主汽壓力向惡化的方向發(fā)展。做到了汽機在充分利用了汽包的蓄熱能力， 提高了機組的負荷響應(yīng)的同時，又兼顧了主汽壓力的穩(wěn)定，從而做到了電網(wǎng)和機 組內(nèi)部的能量平衡。2.3增加比例的作用，提高鍋爐的反應(yīng)速度，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)比例積分微分（pid）算法是dcs系統(tǒng)控制中最常見的控制算法。在pid控 制里，這個算法會計算比例，積分，微分的響應(yīng)和這三者的和，以此來計算真實 的輸出。平?jīng)霭l(fā)電電廠采用pid算法為：比例的影響：比例的參數(shù)取決于課差e,它是設(shè)置點和過程變量的差。比例增 益（kp）是輸出和誤差的比值。比如，誤差信號的幅

7、值是10,如果比例增益是5, 那么產(chǎn)生的輸出就是50。一般來說，增加控制系統(tǒng)的比例增益，可以提高系統(tǒng) 的響應(yīng)速度，同時也會降低穩(wěn)定誤差（也就是設(shè)置點和過程變量的差）。盡管如 此，如果比例增益太大，那么過程變量就會開始震蕩。如果kp再進一步增加， 震蕩就會加大，系統(tǒng)就會變得不穩(wěn)定。積分的影響：積分參數(shù)穩(wěn)定誤差z前，誤差和時間的積分。因此，積分響應(yīng)連 續(xù)增加時間直到誤差為零。盡管如此，積分的過程有可能會影響系統(tǒng)的過沖，震 蕩。微分的影響：pid算法的微分參數(shù)預(yù)示了將要出現(xiàn)的誤差，因為微分參數(shù)的響 應(yīng)是誤差變化的積分。因此，一般來說，微分過程減小了超調(diào)和降低了震蕩。在 另一方面，大部分的實際控制系統(tǒng)

8、里使用了非常小的微分增益（td）,因為微分 響應(yīng)對過程變量信號的噪聲非常敏感。如果反饋冋來的過程變量代表的噪聲，微 分參數(shù)就會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。由于鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個復(fù)雜的過程，很難建立一個準(zhǔn)確、真實的表現(xiàn)鍋爐燃 燒特性的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)鍋爐模型計算出調(diào)節(jié)器參數(shù)的理論方法有一定的難度， 對于調(diào)節(jié)器來說，一般工程調(diào)試方法如下:對于比例控制來說，將增益調(diào)到比較 小的位置，逐步增大以得到滿意的曲線。對于比例積分來說，先將積分時間無 限大，按純比例作用止定比例度。得到滿意曲線后，將比例度放大（1020） %, 將積分時間由大到小加入，直到獲得滿意曲線。對于pid控制，先將微分時間 置零，按照調(diào)比例積分控

9、制方法得到滿意取先后將比例度將到比原值小 （1020） %位置，適當(dāng)減小積分時間后，將微分吋間逐漸加大，直到獲得滿意 的曲線。當(dāng)時對于當(dāng)前電力市場競爭激烈的情況下，上述調(diào)試方法都有一定等風(fēng) 險。筆者從事電廠現(xiàn)場自動控制多年，終結(jié)岀了一個實用而且簡單的參數(shù)調(diào)整方 法：在機組負荷不變的情況下，找出煤量和主汽壓力的對應(yīng)關(guān)系，即記錄煤量的 改變量和由于煤量改變引起的鍋爐主蒸汽壓力的改變量，同時記錄煤量增到最大 或下降為最小到主蒸汽壓力上升為最大或下降為最小時間，最為積分時間。根據(jù) 式設(shè)定積分系數(shù)為無限大的情況下，即純比例調(diào)節(jié)器的情況下，反計算出比例系 數(shù)，考慮到積分的作用，實際比例系數(shù)為計算出的比例系

10、數(shù)的2/3。下表1和圖2為投入agc和一次調(diào)頻后的趨勢和相應(yīng)參數(shù)統(tǒng)計表。負荷響應(yīng)時間設(shè)定負荷升速率實際平均負荷升速率負荷超調(diào)量30秒 7m w/min4.1mw/min 1.3mw表13系協(xié)調(diào)子系統(tǒng)控制策略和參數(shù)優(yōu)化3磨煤機入口風(fēng)溫控制策略和參數(shù)優(yōu)化原平?jīng)?00mw磨煤機機組采用單回路，由于磨煤機出口溫度特性為大慣性 控制對象，單回路很難達到預(yù)期的控制效果。加上風(fēng)量調(diào)節(jié)過程中，熱風(fēng)調(diào)門的 動作，對磨出口溫度控制造成了一定的擾動。加大了風(fēng)溫控制的難度。為了克服 風(fēng)溫遲后和慣性，采用了磨煤機入口冷熱風(fēng)混合風(fēng)溫度作為導(dǎo)前溫度92,在熱 風(fēng)調(diào)門或冷風(fēng)調(diào)門擾動是能提前反映控制作用。因此用磨煤機入口溫度0

11、2信號 構(gòu)成的串級溫度控制系統(tǒng)，可改善磨岀口溫度的控制質(zhì)量，提高控制的快速性， 穩(wěn)定性。如圖所示為吊級磨煤機出口溫度控制系統(tǒng)，只要磨入口溫度g2發(fā)生變化，副 調(diào)節(jié)器就去改變冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的開度，初步維持磨入口溫度在一定范圍內(nèi)，起粗 調(diào)的作用。而磨入口溫度01的控制是通過主調(diào)節(jié)器pid1來校正副調(diào)節(jié)器pid2 設(shè)定值而工作的，只要z未達到給定值，主調(diào)節(jié)器不斷變化，使副調(diào)節(jié)器不斷 的去控制冷風(fēng)調(diào)門的開度，直到01恢復(fù)到給定值為止。在該宙級系統(tǒng)中磨煤機 入口溫度為內(nèi)環(huán)，作為副環(huán)調(diào)節(jié)器，其主要任務(wù)是快速消除內(nèi)擾，要求控制過程 持續(xù)時間短，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持磨煤機出口溫度01的穩(wěn)定。3.2在煤主控回路屮

12、引入熱負荷信號平?jīng)霭l(fā)電公司4臺300mw機組制粉系統(tǒng)均采用直吹式，煤主控器接受鍋爐主 控器的輸出作為指令信號，接受各臺給煤機的給煤率總量為反饋信號。煤主控器 的輸出通過balance控制各臺給煤機的給煤量，對于直吹式磨來說，進入磨 煤機的煤量等于進入爐膛的煤量。當(dāng)負荷和主汽壓力發(fā)生改變時，鍋爐主控制輸 出發(fā)生變化，引起煤主控制指令發(fā)生變化，從而改變進入磨煤機的煤量，改變鍋 爐燃燒率。煤主控器可有效克服煤量擾動，卻無法克服媒質(zhì)變化引起的擾動，當(dāng) 煤質(zhì)發(fā)牛變化時，只有當(dāng)主汽壓變化后才能改變鍋爐主控器的輸出，從而改變煤 主控器的指令，改變進入爐膛的煤量。因為鍋爐是大慣性、遲滯性環(huán)節(jié)。造成媒 質(zhì)變化時

13、鍋爐主汽壓力和負荷控制效果差的現(xiàn)彖，為了克服質(zhì)煤變化引起的擾動, 引入熱負荷修正的方法.鍋爐主汽壓力的被控對象可分為五個環(huán)節(jié)，其中環(huán)節(jié)1為燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn) 牛熱量傳給爐膛受熱面.燃燒和傳熱過程是一個復(fù)雜的化學(xué)物理過程,燃料改變后, 首先將熱量傳給受熱面的金屬管壁，然后將熱量傳給鍋爐的汽水容積。而金屬管 壁的熱容量及汽水熱容量又是一個有分布參數(shù)的容積。因此，簡單而又準(zhǔn)確地表 達上述燃燒和傳熱的動態(tài)關(guān)系較為困難。一般可用一個遲滯環(huán)節(jié)來代表。環(huán)節(jié)2： 對于鍋爐受熱面，其流入熱量是燃料燃燒后傳給受熱面的熱量q,并有一部分熱 量儲存在鍋爐中。汽包壓力反映了流入熱量與流出熱量的平衡關(guān)系。環(huán)節(jié)2的動 態(tài)熱

14、平衡方程可表示為：qrdt=(i"is)ddt+wbdibi一過熱汽焙值is給水焙值lb給水焙值d蒸汽流量wb汽包蓄水量經(jīng)推導(dǎo)，可得：（2）式中"蓄系數(shù)：用蒸汽流量單位表示鍋爐汽水容積吸收的熱量（kg/s）蓄系 數(shù)代表了鍋爐的蓄熱能力，表示當(dāng)鍋爐汽包壓力每改變1m p a時鍋爐所釋放出的蒸汽量。根據(jù)式（3）可組態(tài)圖4一定的負荷指令變化對應(yīng)變化一定的燃燒量，對于特定的煤種和然油，其發(fā)熱 量是固定的，但是煤的發(fā)熱量是隨煤種的改變和氣候條件的變化而變化，這就意 味用設(shè)計煤種來工作，就不可能得到對應(yīng)設(shè)計煤種同等煤量發(fā)熱量時鍋爐指令的 鍋爐負荷。上圖利用熱量信號的一個慣性環(huán)節(jié)對煤量進

15、行修正，當(dāng)機組的目標(biāo)指 令和主汽壓力設(shè)定值不變時且煤質(zhì)不變時，煤量維持在一個較好的范圍內(nèi)波動， 當(dāng)煤質(zhì)發(fā)牛變化時，煤質(zhì)的發(fā)熱量發(fā)生變化，鍋爐熱負荷發(fā)生變化，如當(dāng)煤質(zhì)變 差時（平?jīng)霭l(fā)電公司機組在300m w的情況下，煤質(zhì)變化引起的煤量變化可達到 1 2 t/h ）,熱負荷變小，pid1輸岀將減小，使得熱負荷的修正值減小，經(jīng)熱 負荷修正值修正的總?cè)紵繙p小，pid2輸出增大，增加進入爐膛的煤量來維持 爐膛的熱負荷，反之，當(dāng)煤質(zhì)變好吋，熱負荷增大，pid1輸出將增大，使得熱 負荷的修正值增大，經(jīng)熱負荷修正值修正的總?cè)紵吭龃螅琾id2輸出減小，減 小進入爐膛的煤量來位置爐膛的熱負荷。從而使實際燃料量的發(fā)熱量和鍋爐負荷 相一