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

摘要：介紹了大型火電廠協(xié)調(diào)控制方案的原理，列舉和利時自動化有限公司的HOLLIAS-MACS分散控制系統(tǒng)（DCS）在300MW火電廠機組運行控制中協(xié)調(diào)方案的實際應用，反映了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在電廠運行中的重要性并對機爐負荷協(xié)調(diào)模式進行了探討。

關鍵詞：負荷；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

    單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代大型火電機組普遍采用的控制策略。經(jīng)過國內(nèi)外長期的理論發(fā)展以及在應用中不斷的改進，目前火電廠已經(jīng)衍生出各種各樣的協(xié)調(diào)控制方案。這些方案的具體實現(xiàn)原理、功能甚至實現(xiàn)的目標要求都有不同之處，往往是依據(jù)現(xiàn)場應用的不同效果和運行中的具體要求而派生出各種改進或改型。一般以機組的能量平衡方式為準繩，將衍生出來的各種各樣的協(xié)調(diào)控制方案劃歸為兩大類，即直接能量平衡類和間接能量平衡類。

2   協(xié)調(diào)控制的功能與模式

    一般協(xié)調(diào)控制在機組運行中擁有如下功能：一是參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻。調(diào)峰是指機組依據(jù)電網(wǎng)的負荷要求，直接接受中調(diào)負荷信號而實時改變機組出力以滿足電網(wǎng)能量平衡的功能。調(diào)頻就是通常所說的一次調(diào)頻，是指機組依據(jù)自身發(fā)電頻率，當發(fā)電頻率偏離設定的頻率時以設定的頻差校正特性曲線改變機組出力，達到發(fā)電頻率相對穩(wěn)定的功能；二是實現(xiàn)機組穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。通過檢測機組運行實時參數(shù)，加以計算并自動作應對處理，消除發(fā)生的各種內(nèi)、外部擾動。達到協(xié)調(diào)鍋爐與汽機的能量平衡，協(xié)調(diào)鍋爐內(nèi)部燃料、送風、引風、給水、汽溫等各子系統(tǒng)的能量平衡與質(zhì)量平衡，使機組保持穩(wěn)定并處于經(jīng)濟性能最佳的工況；三是平衡機組出力與主輔機實際能力的差異。機組運行中可能出現(xiàn)局部故障，使機組的帶負荷能力下降，滿足不了當前負荷需求，產(chǎn)生供需之間的矛盾。協(xié)調(diào)系統(tǒng)設計有方向閉鎖、機組指令迫升/迫降、輔機故障減負荷等功能。使整個系統(tǒng)在主輔機或子回路控制受到限制而不能實現(xiàn)平衡時，自動調(diào)整主輔機出力或指令，過度到新的狀態(tài)下再次達到平衡。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爐跟機的全自動模式；②爐跟機的手動模式；③機跟爐的全自動模式；④機爐負荷協(xié)調(diào)模式。以上①、②、③屬于直接能量平衡類方案，④屬于間接能量平衡類方案。

3   常用的協(xié)調(diào)控制方案

    一般來說，爐跟機直接能量平衡的控制策略比較簡潔，有負荷響應快，能充分利用鍋爐蓄能等優(yōu)點，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模式DEB。但由于鍋爐慣性很大，且當負荷變化時必須通過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：機主控單獨控制功率輸出，爐主控采用“汽機能量需求信號”作為鍋爐指令送給燃料、給水和風量控制系統(tǒng)以保證機爐間的能量平衡，以能量需求作為爐主控的指令，以熱量信號作為爐主控的反饋。其中能量平衡信號采用如下公式計算：

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

    式中，NRGD為能量平衡信號；P1為調(diào)節(jié)級壓力；PT為機前壓力；PS為壓力設定值
熱量信號的計算公式為: HR= P1+d/dt(Pd)

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

    這里, P1/PT線性的代表了汽機的進汽流量, P1/PT×PS反映了汽機對鍋爐的能量需求，HR計算了鍋爐總的能量輸入。機爐間的能量平衡以機前壓力的穩(wěn)定為標志，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控制基本原理結(jié)構(gòu)框圖（機主控）

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

4   應用介紹

    佛山市順德五沙熱電有限公司機組規(guī)模為2×300MW燃煤發(fā)電機組， DCS系統(tǒng)采用和利時自動化有限公司的HOLLIAS-MACS系統(tǒng)，機組的協(xié)調(diào)控制方案采用的是機爐負荷協(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機組協(xié)調(diào)控制原理結(jié)構(gòu)框圖（機主控）

    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，同時引入基于能量平衡的負荷指令前饋，這樣爐主控同步響應主汽壓力變化和負荷變化，在完成調(diào)壓的同時，提前消除負荷對主汽壓力的影響；機主控除了接受經(jīng)過校正后的負荷指令之外，還引入了可自動切換的主汽壓力拉回回路，在調(diào)節(jié)負荷的同時對主汽壓力起到一定拉回作用，這樣機爐協(xié)調(diào)完成對負荷與主汽壓力的控制。但也要注意，這種模式信號環(huán)節(jié)較復雜，若調(diào)節(jié)器匹配不當，機爐間容易產(chǎn)生震蕩。

5   結(jié)束語

    協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在實際應用中因為工況的差異，需要采用不同的具體控制方案和控制參數(shù)以滿足實際對象的不同特性。同時對鍋爐子控制系統(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荷調(diào)節(jié)時，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)，并給機組主汽壓力調(diào)節(jié)帶來了較大的擾動，在方案設計和參數(shù)調(diào)整時要使整個控制流程各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)匹配良好，盡量減少由于各環(huán)節(jié)設計與整定不當而產(chǎn)生的內(nèi)擾，最大程度的發(fā)揮協(xié)調(diào)控制的優(yōu)勢。

其它作者：

    馬國平（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，主要從事熱控維護工作；

    邱利軍（1975-），貴州貴陽人，本科，工程師，現(xiàn)任杭州和利時自動化有限公司電廠自動化事業(yè)部DCS高級銷售經(jīng)理；

    鄭理（1975-），男，上海人，本科，高級工程師，現(xiàn)于華東電力設計院從事繼電保護和自動化專業(yè)設計工作。