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

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

關鍵詞：負荷；能量平衡；協調控制；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

    單元機組協調控制系統是現代大型火電機組普遍采用的控制策略。經過國內外長期的理論發展以及在應用中不斷的改進，目前火電廠已經衍生出各種各樣的協調控制方案。這些方案的具體實現原理、功能甚至實現的目標要求都有不同之處，往往是依據現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調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   協調控制的功能與模式

    一般協調控制在機組運行中擁有如下功能：一是參與電網的調峰、調頻。調峰是指機組依據電網的負荷要求，直接接受中調負荷信號而實時改變機組出力以滿足電網能量平衡的功能。調頻就是通常所說的一次調頻，是指機組依據自身發電頻率，當發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，達到發電頻率相對穩定的功能；二是實現機組穩定和經濟運行。通過檢測機組運行實時參數，加以計算并自動作應對處理，消除發生的各種內、外部擾動。達到協調鍋爐與汽機的能量平衡，協調鍋爐內部燃料、送風、引風、給水、汽溫等各子系統的能量平衡與質量平衡，使機組保持穩定并處于經濟性能最佳的工況；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，產生供需之間的矛盾。協調系統設計有方向閉鎖、機組指令迫升/迫降、輔機故障減負荷等功能。使整個系統在主輔機或子回路控制受到限制而不能實現平衡時，自動調整主輔機出力或指令，過度到新的狀態下再次達到平衡。四是具有多種控制模式供選擇。協調系統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機爐負荷協調模式。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   常用的協調控制方案

    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點，所以較為常用的協調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為調節級壓力；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為調節級壓力；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)

    穩態時可得：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構框圖（爐主控）



圖2  直接能量平衡爐跟機控制基本原理結構框圖（機主控）

    由圖可以看出，這種方案除了能夠實現機調功率、爐調壓的爐跟機控制功能（上圖的CCS信號），還可實現在鍋爐故障時，汽機代替鍋爐調壓的功能（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模為2×300MW燃煤發電機組， DCS系統采用和利時自動化有限公司的HOLLIAS-MACS系統，機組的協調控制方案采用的是機爐負荷協調模式，其控制原理SAMA圖如圖3、圖4所示。

圖3  順德五沙熱電300MW機組協調控制原理結構框圖（爐主控）




圖4  順德五沙熱電300MW機組協調控制原理結構框圖（機主控）

    在這種協調模式下，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，在調節負荷的同時對主汽壓力起到一定拉回作用，這樣機爐協調完成對負荷與主汽壓力的控制。但也要注意，這種模式信號環節較復雜，若調節器匹配不當，機爐間容易產生震蕩。

5   結束語

    協調控制系統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以滿足實際對象的不同特性。同時對鍋爐子控制系統和DEH系統均需整體考慮，特別是在AGC方式下較大幅度變負荷調節時，如果CCS功率調節器與DEH遙控回路不匹配，容易引起CCS功率調節器先遲緩后超調，并給機組主汽壓力調節帶來了較大的擾動，在方案設計和參數調整時要使整個控制流程各環節的調節匹配良好，盡量減少由于各環節設計與整定不當而產生的內擾，最大程度的發揮協調控制的優勢。

其它作者：

    馬國平（1979-），吉林鎮賚縣人，本科，助理工程師，現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，現任杭州和利時自動化有限公司電廠自動化事業部DCS高級銷售經理；

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