火電機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化技術(shù)

火電機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化技術(shù)摘要：隨著光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電大幅度增長，以及特高壓輸電技術(shù)的飛速發(fā)展，給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了前所未有的考驗，從而要求占主導(dǎo)地位的火電機組具有更好的調(diào)頻、調(diào)峰性能。為了更好的響應(yīng)電網(wǎng)“兩個細則”的要求，火電企業(yè)積極開展協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究，提高機組的調(diào)節(jié)性能。關(guān)鍵詞：火電機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化0前言近幾年，隨著綠色能源的飛速發(fā)展，促使電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，而太陽能、潮汐能、風(fēng)能等新能源發(fā)電具有間斷性，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)頻率頻繁波動，威脅電網(wǎng)安全運行。鑒于此，為保證電網(wǎng)的安全運行，提升供電質(zhì)量，國家電網(wǎng)制定了規(guī)范文件，對發(fā)電機組的調(diào)頻調(diào)峰性能提出了嚴格統(tǒng)一的速度、范圍要求，即“兩個細則”[1]。電網(wǎng)“兩個細則”、環(huán)境保護、大規(guī)模減排等多重因素，使得發(fā)電企業(yè)積極進行設(shè)備、技術(shù)改造，來提高發(fā)電機組效率和負荷響應(yīng)能力，降低運行和維修成本，減少污染氣體排放。其中，機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化是發(fā)電企業(yè)廣泛采用的一項重要措施。1火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)火電機組協(xié)調(diào)控制是根據(jù)單元機組的負荷控制特點，實現(xiàn)鍋爐和汽機之間供需平衡而提出的一種控制策略⑵?；痣姍C組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是將鍋爐、汽機及輔機作為一個整體加以控制的十分復(fù)雜的多變量控制系統(tǒng),該系統(tǒng)有機的、協(xié)調(diào)的控制鍋爐的燃料、送風(fēng)、給水以及汽機調(diào)節(jié)閥門開度，使各變量間的影響最小，其任務(wù)是:既要保證機組快速響應(yīng)負荷需求，又能使機組的主要參數(shù)機前壓力在變負荷的過程中保持相對穩(wěn)定。根據(jù)控制原理不同，可分為基本方式(BASE)、汽機跟隨(TF)、鍋爐跟隨(TF)以及機爐協(xié)調(diào)控制(CCS)。1.1基本方式（BASE）基本方式，也稱手動控制方式，該方式下，汽機控制器、鍋爐控制器均處于手動狀態(tài)，運行人員通過手動改變風(fēng)、煤、水的大小來調(diào)節(jié)主汽壓力，通過改變汽機調(diào)門開度來改變機組的輸出功率。1.2汽機跟隨方式（TF）汽機跟隨方式是指鍋爐控制負荷，汽機控制主汽壓力的控制方式。其特點是當(dāng)外界負荷發(fā)生變化時，調(diào)節(jié)鍋爐的給煤量以及風(fēng)量的輸入。當(dāng)出現(xiàn)機前壓力偏差后，汽輪機主控系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)進汽調(diào)門開度以維持機前壓力設(shè)定值，而此時由于鍋爐慣性較大，加減負荷的多少主要取決于運行人員增減的風(fēng)、煤、水的大?、牵虼藷o法及時滿足外界負荷需求，負荷響應(yīng)慢，波動較大。而從汽輪機調(diào)節(jié)壓力的角度方面來考慮，它的慣性較小，因此壓力波動小，機組比較穩(wěn)定。所以，機跟爐控制方式有利于機組安全穩(wěn)定運行，但是負荷響應(yīng)速度慢。1.3鍋爐跟隨方式（BF）鍋爐跟隨方式是指鍋爐自動調(diào)節(jié)汽壓，汽機調(diào)節(jié)功率的控制方式。它的特點是當(dāng)外界負荷發(fā)生變化時，汽輪機迅速改變進汽調(diào)門開度來滿足負荷要求，而汽輪機閥位的變化會導(dǎo)致機前壓力偏差信號的產(chǎn)生，此時鍋爐主控系統(tǒng)會自動改變?nèi)剂狭恳韵髌麎毫ζ睿虼诉@種方式在滿足外界負荷需求時，首先利用了鍋爐的蓄熱能力，即“先支出后投資”的控制方式。1.4機爐協(xié)調(diào)控制方式（CCS）機爐協(xié)調(diào)控制方式（CCS）是將鍋爐和汽機作為一個整體，既要完成電網(wǎng)對機組負荷的需要，又要滿足鍋爐主汽壓力的控制，達到鍋爐風(fēng)、水、煤的協(xié)調(diào)動作。單元機組是一個具有不確定性的復(fù)雜多變量被控對象。雖然鍋爐和汽機本身都有各自的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但考慮到聯(lián)合運行的特點，必須使其保持協(xié)調(diào)的運行方式，在機組響應(yīng)電網(wǎng)負荷變化的同時，控制機前壓力在允許范圍，保證機組安全運行[4]。2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化火電單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有多變量、強耦合、大遲延、強非線性等特性，常規(guī)機爐協(xié)調(diào)控制策略已不能滿足電網(wǎng)對單元機組負荷快速響應(yīng)的要求，目前火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在理論上和工程上的研究涉及面非常廣泛，催生了多種優(yōu)化控制方法。2.1PID控制器設(shè)計及優(yōu)化方法目前，PID控制是火電廠單元機組協(xié)調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的最廣泛、最主要的控制方式。在實際應(yīng)用中，由于鍋爐燃料燃燒過程及其蓄熱能力具有很長的慣性和延遲時間，導(dǎo)致被控量的不確定性，控制效果不是很理想，甚至無法實現(xiàn)自動控制，其原因是PID控制要求被控對象具有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。而火電機組被控對象的數(shù)學(xué)模型往往是不精確的、時變的、有時甚至難以獲取的，而按照原來被控對象設(shè)計的PID控制器很難保證控制效果。因此很多DCS廠家對機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PID控制模型進行了諸多優(yōu)化研究，形成自己特有的優(yōu)化控制器，應(yīng)用效果很好。2.2模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著科技的不斷發(fā)展，模糊網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)發(fā)展十分迅猛，其兩者都是非模型控制方法，而提高控制系統(tǒng)適應(yīng)性和魯棒性的有效方法是采用非模型控制策略，在很多工業(yè)過程控制中均得到了廣泛應(yīng)用。而對于火電廠單元機組，把模糊控制器的優(yōu)勢和工業(yè)控制中廣泛采用的PID控制器的優(yōu)點結(jié)合起來也是提高單元機組控制系統(tǒng)性能的一種方式，尤其是這些控制技術(shù)的相互結(jié)合，已經(jīng)成為火電機組控制系統(tǒng)智能化研究的主要內(nèi)容。2.3模型預(yù)測控制模型預(yù)測控制主要特點是預(yù)測模型的多樣性以及滾動優(yōu)化的時序性。它是一些具有非最小相位、積分、不穩(wěn)定、多變量強耦合等特殊動態(tài)特性過程的理想控制工具。在單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計中，一般的做法是將單變量系統(tǒng)的廣義預(yù)測擴展應(yīng)用到多變量的單元發(fā)電機組負荷控制。相對其他算法，模型預(yù)測控制避開了預(yù)先確定多變量對象滯后矩陣的條件，使算法更實用，目前國內(nèi)火電機組已有此類控制的應(yīng)用。2.4解耦控制解耦控制方法是多變量系統(tǒng)控制中的有效手段，它的實質(zhì)就是把一個具有耦合的多輸入多輸出控制系統(tǒng)，通過選擇適當(dāng)?shù)难a償器，消除系統(tǒng)種各控制回路之間的相互耦合關(guān)系，使每一個輸入只控制相應(yīng)的一個輸出，每一個輸出又只受到一個控制的作用，把耦合限制在一定程度或者解耦為多個獨立的單輸入單輸出系統(tǒng)，在火電廠機組中，磨煤機的冷熱風(fēng)解耦控制、送/引風(fēng)自動回路的解耦控制等都得到很好應(yīng)用。2.5學(xué)習(xí)控制學(xué)習(xí)控制是傳統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)展的高級形態(tài)，靠自身的學(xué)習(xí)功能來認識控制對象和外界環(huán)境的特性，并相應(yīng)地改變自身特性以改善控制性能的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有一定的識別、判斷、記憶和自行調(diào)整的能力。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)控制也將會成為火電機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化的一個好的方向。目前，在火電機組中已經(jīng)存在的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化都是以傳統(tǒng)PID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、解耦控制和學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)等多種智能控制方法為基礎(chǔ)形成的。在實際應(yīng)用中，很少單獨應(yīng)用某一類智能控制方法，通常是智能控制方法與傳統(tǒng)控制方法結(jié)合或兩種以上智能控制方法的組合，如東南大學(xué)的INFIT實時優(yōu)化系統(tǒng)、浙江大學(xué)的Taiji-MPC模型預(yù)控系統(tǒng)等。3總結(jié)火電廠單元機組是一個具有非線性、強耦合、不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，隨著電力結(jié)構(gòu)的變化、環(huán)境保護形勢的日益嚴峻，傳統(tǒng)的控制方法很難取得理想的控制效果，因而不能直接應(yīng)用傳統(tǒng)控制方法對其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行設(shè)計。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能控制技術(shù)的發(fā)展為單元機組協(xié)調(diào)控制性能提高提供了新的思路。把幾種智能控制方法或機理融合在一起，構(gòu)成具有高度自主能力的高級混合智能控制系統(tǒng)，以便取長補短，獲得互補特性，提高機組的快速性、靈活性，這將是未來火電機組控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的趨勢。參考文獻1.李佳，張璽，薛冬良.“碳中和”日標(biāo)下應(yīng)對“兩個細則”考核的風(fēng)儲模型搭建[J].廣西電力，2021,44(02):5-9+26.2.徐學(xué)紅，馮冬青.電站鍋爐燃燒系統(tǒng)先進控