摘要：本文根據(jù)300MW火電機組AGC控制系統(tǒng)的投運情況，依據(jù)大型火電機組的典型控制理論，分析并指出了目前控制系統(tǒng)存在的不足，進行深入地分析，提出了優(yōu)化措施。
　　
　　我公司四臺機組自投入AGC以來，承擔著寧夏電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰主要任務，但近年來因鍋爐燃煤煤種變化頻繁，#3機組AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)亟待提高，我們利用#3機組DCS系統(tǒng)由原美國Bailey公司的INFI-90系統(tǒng)升級為ABB公司的SPHNY系統(tǒng)的機會，對本機組AGC系統(tǒng)的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進，提高了機組AGC的控制品質(zhì)。
　　
　　一、機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡介
　　
　　我公司#3機組（300MW）鍋爐是北京巴布科克.威爾科斯有限公司引進技術設計和制造的亞監(jiān)界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，型號為B＆WB-1025/18.3-M,鍋爐采用平衡通風、直流燃燒器、前后墻對沖式燃燒方式。鍋爐以zui大連續(xù)負荷（即BMCR工況）為設計參數(shù)，鍋爐的zui大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h；鍋爐的額定蒸發(fā)量為894.9t/h，機組額定負荷為300.0MW，
　　
　　機爐主控系統(tǒng)設計有協(xié)調(diào)控制、鍋爐基本（TF）、汽機基本（BF）、手動方式等四種不同級別的運行方式，以適應機組在定、滑壓工況下安全的運行。
　　
　　我公司本機組采用的是鍋爐跟隨（BF）方式下的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（如圖一）。
　　
　　二、AGC系統(tǒng)存在的問題
　　
　　機組AGC投運期間，主要存在機組負荷響應能力差，穩(wěn)定性較差，在整個負荷變化范圍內(nèi)負荷響應能力差，不能承擔較高的負荷變化率,在機組負荷變化時，鍋爐蓄能的利用（釋放）要以犧牲壓力（降低）為代價，同時因機爐間的相互影響，燃料擾動（增加）時壓力、功率都上升，而為保持原有功率的汽機調(diào)門動作（關?。?，致使主汽壓力波動幅度較大，有時出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。
　　
　　三、分析改進
　　
　　從本機組鍋爐跟隨方式下的協(xié)調(diào)控制組成結(jié)構(gòu)來分析采用直接能量平衡原理，鍋爐跟隨（BF）方式的基本模式是鍋爐側(cè)自動調(diào)節(jié)機前壓力，汽機側(cè)自動調(diào)節(jié)功率，汽機主控站向DEH系統(tǒng)發(fā)開/關高壓調(diào)門的脈沖信號，從而達到快速調(diào)節(jié)機組負荷的目的。（如圖一所示）
　　
　　1.由圖一可知鍋爐主調(diào)節(jié)器接受的是鍋爐熱量（HR）與汽機所需能量信號的差值，當鍋爐主控切至手動時，主調(diào)輸出跟蹤平均燃料量修正后的值；鍋爐副調(diào)節(jié)器接受的是鍋爐指令（BLRDMD）與平均給煤機指令偏差值，當鍋爐主控切至手動時，副調(diào)輸出跟蹤鍋爐主控站輸出；采用能量平衡信號Ps×P1/Pt作為鍋爐主調(diào)節(jié)器前饋信號，提前動作。
　　
　　2.由圖一可知汽機調(diào)節(jié)器接受的是機組主控指令ULD減去經(jīng)函數(shù)修正后的機前壓力設定值與機前壓力的差值信號，經(jīng)PID運算及限速率后形成汽機指令。
　　
　　3.通過多次做變負荷擾動試驗，從趨勢上仔細觀察發(fā)現(xiàn)鍋爐熱量信號（HR）在機前壓力穩(wěn)定時，機組負荷發(fā)生變化時鍋爐熱量信號變化很頻繁，從鍋爐熱量信號的組成來看：
　　
　　DQ=P1＋Kb×dPb／dt
　　
　　式中D--蒸汽流量，P1---汽機調(diào)速級（*級）后壓力Pb--鍋爐汽包壓力，Kb--鍋爐蓄熱系數(shù)，它表示汽包壓力每下降一個MPa，所釋放出來的熱量。代表蒸汽流量的P1---汽機調(diào)速級（*級）壓力和鍋爐汽包壓力的變化速度dPb／dt按一定的比例（比例系數(shù)Kb）相加，得到熱負荷信號，根據(jù)機組在穩(wěn)定負荷情況下，要滿足機前壓力穩(wěn)定，汽輪機需要的能量應與鍋爐提供的熱量信號保持平衡。鍋爐燃料主調(diào)節(jié)器入口偏差為：
　　
　　ef=（Ps×P1/Pt）－（P1+KbdPb/dt）
　　
　　=P1×（Ps－Pt）/Pt－KbdPb/dt
　　
　　=ep×P1/Pt－KbdPb/dt
　　
　　式中：ep=Ps－Pt為機前壓力偏差。燃料PID調(diào)節(jié)器的控制作用是使輸入偏差ef為零，由于機組帶負荷后，P1／Pt不為零，控制作用總是使Ps－Pt＝0。這說明DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃料調(diào)節(jié)器固有保持機前壓力等于給定值的能力。無需機前壓力閉環(huán)校正回路。動態(tài)過程中的dPd／dt，在機前壓力偏離設定點時，Pb和P1的變化方向相同，還可以起到加速燃料調(diào)節(jié)的作用，而當機前壓力趨近設定點時，dPd／dt為負值，提供了過程阻尼，又具有防止機前壓力已過調(diào)的穩(wěn)定作用。直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)同時還設有能量平衡信號的動態(tài)前饋:（Ps×P1／Pt）×[d（Ps×P1／Pt）／]dt，用以補償機前壓力設定點變化或負荷變化時鍋爐蓄能的變化和機、爐動態(tài)響應的差異。定壓運行時，動態(tài)前饋補償了負荷變化時要求改變汽包壓力所需的鍋爐蓄能變化。負荷不變時，則補償機前壓力定值提高所需的鍋爐附加蓄能。而在滑壓運行時，更要補償負荷和機前壓力二者同時變化時，要求汽包壓力變化所需的更多的鍋爐附加蓄能。但鍋爐熱量信號參數(shù)整定的是否適當將直接影響熱量信號的準確性，由組態(tài)圖一可知熱量系數(shù)K1、K2的設置是極其重要的，需要整定。在鍋爐工況穩(wěn)定時，通過多次改變汽機高調(diào)門的開度，使機組負荷的變化量分別為10MW、20MW、30MW，保持K2不變，將K1由原組態(tài)中的K1=15經(jīng)多次反復試驗整定為K1=11，相當于改變了鍋爐的蓄熱量信號在鍋爐熱量信號中的權(quán)重，即重新調(diào)配鍋爐蓄熱系數(shù)，實現(xiàn)在負荷變化時充分發(fā)揮鍋爐的蓄熱量，以便準確、快速響應外界負荷的變化，又能減緩鍋爐熱量信號的變化頻繁的不足，反復試驗zui終確定將組態(tài)中的K1設置為K1=11比較合理，觀察鍋爐熱量信號趨勢在機組負荷變化時比較平穩(wěn)。（如圖所示）
　　

　　4.由組態(tài)圖分析可知：機組負荷指令ULD直接與鍋爐燃料主調(diào)節(jié)器的輸出疊加，形成鍋爐指令信號，進入鍋爐燃料副調(diào)節(jié)器，從而求得給煤機指令信號，控制燃料量。機組負荷指令ULD作為重要的前饋信號，它的強弱直接影響到AGC指令變化后加在各給煤機入口煤量的多少，其作用的強弱，導致鍋爐煤量加超或欠加，從而造成鍋爐主汽壓力的超壓或欠壓，因此該前饋信號的整定也是很重要的。分析該前饋信號發(fā)現(xiàn)當機組負荷的改變量不同時，前饋作用的強弱不明顯，由于鍋爐對象的特性是一有遲延的環(huán)節(jié)，當機組負荷突增時，需要在一定時間內(nèi)迅速增加足夠的燃料量，因鍋爐的遲延特性，燃料量增加后機前壓力、負荷的響應同樣存在滯后，這就要求燃料量增加后當機前壓力上升時，又要很快減少適當?shù)娜剂狭?，防止燃料量加過，造成超壓，反之亦然，保證進入鍋爐的燃料量滿足機組負荷的要求，為達到這樣的效果，須整定好前饋信號，通過仔細分析組態(tài)圖二，決定在前饋回路中增加一個對負荷指令ULD進行速率限制的功能塊，該功能塊與原微分功能塊形成新的前饋信號后再與鍋爐燃料主調(diào)節(jié)器的輸出疊加，再形成鍋爐指令信號。我們通過多次設置速率限制塊的規(guī)格參數(shù)S3---增加率限制（1/秒）、S4---減少率限制（1/秒），原微分功能塊的規(guī)格參數(shù)S3并經(jīng)反復試驗zui終確定速率限制塊的S3、S4分別設置為：s3=0.148994、s4=0.548994原微分功能塊的規(guī)格參數(shù)S3=0.83設置為s3=0.99，試驗證明了前饋作用對負荷響應過程的作用非常顯著，從而改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)，效果圖如下所示：
　　

　　5.滑壓運行方式下原設計機前壓力定值采用一級壓力自動設定，即機側(cè)負荷變化后機前壓力定值才改變，遲延太大，過渡過程時間太長，不能滿足電網(wǎng)對機組負荷快速性的要求?，F(xiàn)改用單元機組指令通過分段線性函數(shù)F2（x）折算成機前壓力定值，通過各負荷段的滑壓運行參數(shù)實驗得出單元機組指令與機前壓力的分段線性對應關系。使得滑壓運行方式下機前壓力定值隨單元機組指令迅速變化，提高滑壓運行方式下協(xié)調(diào)控制的快速性，以保證經(jīng)濟運行。
　　
　　函數(shù)F2（x）為：X（MW）0180220240260300
　　
　　Y（MPa）011.413.915.516.716.7
　　
　　我們通過對該控制系統(tǒng)從部分結(jié)構(gòu)上、主要參數(shù)上進行優(yōu)化后投入AGC分別作20MW、30MW的負荷擾動試驗，各負荷段升/降負荷運行正常，各種控制性能良好，機組的調(diào)節(jié)品質(zhì)均有較大的提升，機組負荷響應率由原來的2.5MW/MIN提高至4MW/MIN、負荷響應時間為3S、主汽壓力穩(wěn)定在設定值的±0.2MPa以內(nèi)，機組AGC自動控制系統(tǒng)得到了進一步的優(yōu)化。
　　
　　附圖一:#3機組在定壓運行方式下，由網(wǎng)調(diào)300MW降低到279MW。試驗曲線如下圖所示，試驗時間為3月6日12：05—12：35
　　
　　紅線：——總?cè)剂狭苛了{線：——機組實發(fā)功率綠線：——熱量粉線：——機前壓力
　　
　　黃線：——鍋爐指令淡黃線：——ADS指令藍線：——ULD指令
　　
　　附圖二:#3機組在滑壓運行方式下，由網(wǎng)調(diào)239MW降低到269MW。試驗曲線如下圖所示，試驗時間為3月6日16：10—16：40
　　
　　紅線：——總?cè)剂狭苛了{線：——機組實發(fā)功率綠線：——熱量粉線：——機前壓力
　　
　　黃線：——鍋爐指令淡黃線：——ADS指令藍線：——ULD指令
　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　發(fā)電機組AGC控制系統(tǒng)的正常投入是一種必然，但就其控制系統(tǒng)的優(yōu)化、維護來說將是一項長期的工作，AGC控制系統(tǒng)優(yōu)化、整定時環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)整定時不能只重視對鍋爐、汽機調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，而忽略對諸如鍋爐熱量信號、前饋信號的整定，應統(tǒng)籌考慮參數(shù)的整定，AGC控制系統(tǒng)的優(yōu)化將會取得更好的效果。