300mw單元機(jī)組協(xié)調(diào)及子系統(tǒng)優(yōu)化_secret

1、PAGE 300MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)及子系統(tǒng)優(yōu)化摘要：火電機(jī)組熱控自動(dòng)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(jī)組AGC功能的投運(yùn)也勢(shì)在必行。作為AGC投運(yùn)基礎(chǔ)的CCS能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，不但可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最優(yōu)控制、提高機(jī)組的發(fā)電效率及機(jī)組運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，而且可以降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此不斷對(duì)CCS系統(tǒng)及各子系統(tǒng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化完善，對(duì)各系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以使CCS系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定投運(yùn)。本文重點(diǎn)介紹平?jīng)鲭姀S300MW機(jī)組CCS協(xié)調(diào)及子系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整的一些經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：300MW機(jī)組；控制策略；調(diào)節(jié)參數(shù)；優(yōu)化0前言隨著單元機(jī)組

2、容量的增加和發(fā)電廠上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，發(fā)電廠對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性要求越來(lái)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(jī)組安全經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行越來(lái)越受到人們重視，筆者從事電廠自動(dòng)控制工作多年，以華能平?jīng)鲭姀S4*300MW機(jī)組為例，淺談300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)。1平?jīng)鲭姀S設(shè)備介紹平?jīng)鲭姀S為4300MW 燃煤凝汽式機(jī)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(tái)正壓直吹式中速磨，四角切圓燃燒，六層煤粉，三層油。汽機(jī)為單軸，雙缸雙排汽機(jī)組，投產(chǎn)以來(lái)，由于控制方式多、調(diào)節(jié)參數(shù)配置不好、控制策略等原因，造成協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)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)

3、參數(shù)，使得協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)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2.1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(jī)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(jī)為主的協(xié)調(diào)控制方式），控制方式多，且各方式切換時(shí)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(jī)主控自動(dòng)后或機(jī)組發(fā)生RUNBACK后進(jìn)入TF2方式，在這種方式下汽機(jī)控制主汽壓力，鍋爐控制負(fù)荷，汽機(jī)主控器和鍋爐主控器之間無(wú)協(xié)調(diào)信號(hào)。投入TF2控制方式將會(huì)造成

4、鍋爐主控器只控制負(fù)荷不考慮主汽壓，汽機(jī)主控器只控制壓力不考慮負(fù)荷的情況，在機(jī)組調(diào)節(jié)的過程中將出現(xiàn)鍋爐汽機(jī)不匹配，引起機(jī)組調(diào)節(jié)的惡化的現(xiàn)象，威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在正常運(yùn)行時(shí)投入CCTF方式，該方式下汽機(jī)控制壓力，鍋爐控制負(fù)荷，不能充分利用鍋爐的蓄熱能量，負(fù)荷響應(yīng)速度慢且控制效果不好，不能滿足AGC投入要求。圖 12.2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(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，電網(wǎng)對(duì)電廠的負(fù)荷響應(yīng)速度要求越來(lái)越高，平?jīng)鲭姀S機(jī)組自從2001年投產(chǎn)以來(lái)，一直采用汽機(jī)跟隨方式的協(xié)調(diào)控制方式。該方式汽機(jī)主控制主汽壓力，鍋爐控制負(fù)荷，負(fù)荷響應(yīng)速度慢，為了提高機(jī)組的負(fù)

5、荷響應(yīng)速度，取消原設(shè)計(jì)中的基于汽機(jī)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(jī)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(jī)響應(yīng)速度快，汽機(jī)調(diào)門的動(dòng)作勢(shì)必會(huì)引起主汽壓力的變化，主汽壓力穩(wěn)定代表鍋爐機(jī)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(jī)組的穩(wěn)定，引入主汽壓力和其設(shè)定值的偏差信號(hào)通過F（X）函數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的功率信號(hào)去修正汽機(jī)主控器的功率信號(hào)，另外增加主汽壓力設(shè)定值和實(shí)際主汽壓力信號(hào)偏差大于0.5Mpa時(shí)閉鎖汽機(jī)主控器，防止主汽壓力設(shè)定值和實(shí)際值偏差大時(shí)由于調(diào)整負(fù)荷引起主汽壓力向惡化的方向發(fā)展。做到了汽機(jī)在充分利用了汽包的蓄

6、熱能力，提高了機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)的同時(shí)，又兼顧了主汽壓力的穩(wěn)定，從而做到了電網(wǎng)和機(jī)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(gè)算法會(huì)計(jì)算比例，積分，微分的響應(yīng)和這三者的和，以此來(lái)計(jì)算真實(shí)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)取決于誤差E，它是設(shè)置點(diǎn)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(hào)的幅值是10，如果比例增益是5，那么產(chǎn)生的輸出就是50。一般來(lái)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(shí)也會(huì)降低穩(wěn)定誤差（也就是設(shè)置點(diǎn)和過程

7、變量的差）。盡管如此，如果比例增益太大，那么過程變量就會(huì)開始震蕩。如果Kp再進(jìn)一步增加，震蕩就會(huì)加大，系統(tǒng)就會(huì)變得不穩(wěn)定。積分的影響：積分參數(shù)穩(wěn)定誤差之前，誤差和時(shí)間的積分。因此，積分響應(yīng)連續(xù)增加時(shí)間直到誤差為零。盡管如此，積分的過程有可能會(huì)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?yàn)槲⒎謪?shù)的響應(yīng)是誤差變化的積分。因此，一般來(lái)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(shí)際控制系統(tǒng)里使用了非常小的微分增益(Td) ，因?yàn)槲⒎猪憫?yīng)對(duì)過程變量信號(hào)的噪聲非常敏感。如果反饋回來(lái)的過程變量代表的噪聲，微分參數(shù)就會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。由于鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)

8、雜的過程，很難建立一個(gè)準(zhǔn)確、真實(shí)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(jì)算出調(diào)節(jié)器參數(shù)的理論方法有一定的難度，對(duì)于調(diào)節(jié)器來(lái)說，一般工程調(diào)試方法如下:對(duì)于比例控制來(lái)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(duì)于比例積分來(lái)說，先將積分時(shí)間無(wú)限大，按純比例作用正定比例度。得到滿意曲線后，將比例度放大（1020）%，將積分時(shí)間由大到小加入，直到獲得滿意曲線。對(duì)于PID控制，先將微分時(shí)間置零，按照調(diào)比例積分控制方法得到滿意取先后將比例度將到比原值?。?020）%位置，適當(dāng)減小積分時(shí)間后，將微分時(shí)間逐漸加大，直到獲得滿意的曲線。當(dāng)時(shí)對(duì)于當(dāng)前電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，上述調(diào)試方法都有一定等

9、風(fēng)險(xiǎn)。筆者從事電廠現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制多年，終結(jié)出了一個(gè)實(shí)用而且簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)整方法：在機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，找出煤量和主汽壓力的對(duì)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(shí)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(shí)間，最為積分時(shí)間。根據(jù)式 設(shè)定積分系數(shù)為無(wú)限大的情況下，即純比例調(diào)節(jié)器的情況下，反計(jì)算出比例系數(shù)，考慮到積分的作用，實(shí)際比例系數(shù)為計(jì)算出的比例系數(shù)的/3。 下表1和圖2為投入AGC和一次調(diào)頻后的趨勢(shì)和相應(yīng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間設(shè)定負(fù)荷升速率實(shí)際平均負(fù)荷升速率負(fù)荷超調(diào)量30秒7MW/MIN4.1MW/MIN1.3MW表1圖 23系協(xié)調(diào)子系

10、統(tǒng)控制策略和參數(shù)優(yōu)化 3.1磨煤機(jī)入口風(fēng)溫控制策略和參數(shù)優(yōu)化原平?jīng)?00MW磨煤機(jī)機(jī)組采用單回路，由于磨煤機(jī)出口溫度特性為大慣性控制對(duì)象，單回路很難達(dá)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(dòng)作，對(duì)磨出口溫度控制造成了一定的擾動(dòng)。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(jī)入口冷熱風(fēng)混合風(fēng)溫度作為導(dǎo)前溫度2，在熱風(fēng)調(diào)門或冷風(fēng)調(diào)門擾動(dòng)是能提前反映控制作用。因此用磨煤機(jī)入口溫度2信號(hào)構(gòu)成的串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，可改善磨出口溫度的控制質(zhì)量，提高控制的快速性，穩(wěn)定性。圖3如圖所示為串級(jí)磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)，只要磨入口溫度2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

11、溫度在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)的作用。而磨入口溫度1的控制是通過主調(diào)節(jié)器PID1來(lái)校正副調(diào)節(jié)器PID2設(shè)定值而工作的，只要1未達(dá)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1恢復(fù)到給定值為止。在該串級(jí)系統(tǒng)中磨煤機(jī)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(shí)間短，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持磨煤機(jī)出口溫度1的穩(wěn)定。3.2在煤主控回路中引入熱負(fù)荷信號(hào)平?jīng)霭l(fā)電公司4臺(tái)300MW機(jī)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(hào)，接受各臺(tái)給煤機(jī)的給煤率總量為反饋信號(hào)。煤主控器的輸出通過BALANCE控制各臺(tái)給煤機(jī)的給煤量，對(duì)于直吹式磨來(lái)說，進(jìn)

12、入磨煤機(jī)的煤量等于進(jìn)入爐膛的煤量。當(dāng)負(fù)荷和主汽壓力發(fā)生改變時(shí)，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(jìn)入磨煤機(jī)的煤量，改變鍋爐燃燒率。煤主控器可有效克服煤量擾動(dòng)，卻無(wú)法克服媒質(zhì)變化引起的擾動(dòng)，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，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(jìn)入爐膛的煤量。因?yàn)殄仩t是大慣性、遲滯性環(huán)節(jié)。造成媒質(zhì)變化時(shí)鍋爐主汽壓力和負(fù)荷控制效果差的現(xiàn)象，為了克服質(zhì)煤變化引起的擾動(dòng)，引入熱負(fù)荷修正的方法。鍋爐主汽壓力的被控對(duì)象可分為五個(gè)環(huán)節(jié)，其中環(huán)節(jié)1為燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量傳給爐膛受熱面。燃燒和傳熱過程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)物理過程，燃料改變后，首先將熱量

13、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(gè)有分布參數(shù)的容積。因此，簡(jiǎn)單而又準(zhǔn)確地表達(dá)上述燃燒和傳熱的動(dòng)態(tài)關(guān)系較為困難。一般可用一個(gè)遲滯環(huán)節(jié)來(lái)代表。環(huán)節(jié)2：對(duì)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?jī)?chǔ)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(dòng)態(tài)熱平衡方程可表示為：Qrdt=(i-is)Ddt+Wbdibi過熱汽焓值is給水焓值Ib給水焓值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

14、改變M時(shí)鍋爐所釋放出的蒸汽量。根據(jù)式（）可組態(tài)圖4圖4一定的負(fù)荷指令變化對(duì)應(yīng)變化一定的燃燒量，對(duì)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(jì)煤種來(lái)工作，就不可能得到對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)煤種同等煤量發(fā)熱量時(shí)鍋爐指令的鍋爐負(fù)荷。上圖利用熱量信號(hào)的一個(gè)慣性環(huán)節(jié)對(duì)煤量進(jìn)行修正，當(dāng)機(jī)組的目標(biāo)指令和主汽壓力設(shè)定值不變時(shí)且煤質(zhì)不變時(shí)，煤量維持在一個(gè)較好的范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，煤質(zhì)的發(fā)熱量發(fā)生變化，鍋爐熱負(fù)荷發(fā)生變化，如當(dāng)煤質(zhì)變差時(shí)（平?jīng)霭l(fā)電公司機(jī)組在300MW的情況下，煤質(zhì)變化引起的煤量變化可達(dá)到/），熱負(fù)荷變小， PID輸出將減小，使得熱負(fù)荷的修正值減小，經(jīng)熱負(fù)荷修正值修正的總?cè)紵繙p小，PID2輸出增大，增加進(jìn)入爐膛的煤量來(lái)維持爐膛的熱負(fù)荷，反之，當(dāng)煤質(zhì)變好時(shí)，熱負(fù)荷增大，PID輸出將增大，使得熱負(fù)荷的修正值增大，經(jīng)熱負(fù)荷修正值修正的總?cè)紵吭龃?，PID2輸出減小，減小進(jìn)入爐膛的煤量來(lái)位置爐膛的熱負(fù)荷。從而使實(shí)際燃料量的發(fā)熱量和鍋爐負(fù)荷相一致，有效的克制了