姚 远，张天放，邵 毅，胡绍宇，张连旭

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

专论

掺烧褐煤的直吹式超临界机组AGC控制优化

姚 远，张天放，邵 毅，胡绍宇，张连旭

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

某超临界机组掺烧褐煤后，制粉系统控制难度增加，锅炉主控前馈适应性变差，主蒸汽压力变化范围加大，机组不能满足电网自动发电控制 （AGC）的要求。针对以上问题，对机组掺烧褐煤后的协调控制策略进行了优化，设计了单台磨煤机智能控制策略，修改了锅炉主控前馈控制方式，增加了主蒸汽压力滑压定值变速率控制。新的控制策略已成功应用于机组的实际运行中，效果良好。

掺烧褐煤；自动发电控制 （AGC）；超临界机组；控制优化

近年来，很多电厂为了降低燃料成本，在设计燃用的烟煤中大量掺烧热值低、价格廉的褐煤，造成锅炉惯性增加，机组负荷响应能力下降，无法满足AGC的要求［1-3］。需要对机组掺烧褐煤的工况进行有针对性的控制优化，提高机组对煤质变化的适应能力。

某电厂2台600 MW超临界机组设计煤种为发热量21 230 kJ／kg的烟煤，近期开始掺烧褐煤，热量为12 560～14 653 kJ／kg。褐煤与设计煤种差异较大，当褐煤掺烧比例超过40%时，各主要运行参数的控制品质明显下降，无法满足AGC的要求。为此，对该机组掺烧褐煤工况进行了控制优化，并进行了AGC负荷扰动试验。试验结果表明，经过控制优化后各主要参数的控制品质得到提高，能够满足AGC的要求。

1 掺烧褐煤后影响AGC控制品质的因素分析

1.1 制粉系统控制难度增加［4］

常规协调控制策略中，制粉系统按照燃料主控的输出控制磨煤机的给煤量，按照风煤比曲线控制磨煤机的一次风量，每台磨煤机的控制基本相同。掺烧褐煤后，磨煤机的实际制粉能力与设计工况发生了较大偏差，主要体现在干燥出力明显不足，随着褐煤掺烧比例的增加，相同给煤量的工况下，磨煤机出口温度逐渐降低，最终热风门全开，冷风门全关，磨煤机的出口温度也无法达到设计要求，控制难度明显增加。

1.2 锅炉主控前馈适应性变差［5］

常规协调控制策略中，锅炉主控前馈为负荷指令对应的设计煤量。掺烧褐煤后，实际入炉的燃料热值严重偏离设计煤种热值，导致负荷变化时，锅炉主控前馈变化的煤量无法满足负荷变化量的要求，出现主蒸汽压力偏差大，AGC负荷响应滞后，同时造成煤水比、风煤比失衡，主蒸汽温度、氧量、炉膛负压等波动比较大，AGC指标难以达到电网的要求。

1.3 主蒸汽压力控制与AGC矛盾突出

常规协调控制策略中，主蒸汽压力为滑压控制方式，该方式下主蒸汽压力设定值与AGC负荷设定值变化方向一致。AGC负荷设定值变化时，实际主蒸汽压力在负荷变化开始阶段与其设定值变化方向相反，造成压力偏差较大。掺烧褐煤后，锅炉燃烧的滞后特性更加显著，更容易造成主蒸汽压力变化范围加大、煤量过调及负荷闭锁等问题，既不能满足AGC的控制要求，也无法实现机组的安全、稳定运行。

2 掺烧褐煤后AGC控制优化措施

2.1 制粉系统控制优化

a.单台磨煤机采用单一煤种控制。单台磨煤机在一定时间内全部磨制褐煤或者全部磨制烟煤，褐煤和烟煤在炉膛内完成掺烧，采用此种掺烧方式可以更准确地掌握进入炉膛的总能量，减少反馈回路的动作幅度，保证机组在快速响应负荷的同时，主要参数满足要求。对褐煤掺烧比例的控制方法为：负荷360 MW以下，4台磨煤机运行全部磨制褐煤；360～480 MW 4台褐煤磨煤机和1台烟煤磨煤机运行；480～600 MW 4台褐煤磨煤机和2台烟煤磨煤机运行。控制原理如图1所示。

图1 褐煤掺烧方式

b.单台磨煤机出力智能控制。运行人员在操作界面输入单台磨煤机的实际燃煤热值，控制逻辑依据磨煤机的运行状态参数，对本台磨煤机的出力能力进行计算，形成修正系数，用此系数修正本台磨煤机的燃料主控指令，满足本台磨煤机磨制的煤质要求，最终实现磨制不同煤质的磨煤机均能按照本身的出力能力进行等比例增、减煤量，实现煤量既快又稳控制。控制原理如图2所示。

c.设计了一次风系统优化控制器，如图3所示。优化控制器的输入变量为负荷指令、实际负荷、主蒸汽压力设定值、主蒸汽压力实际值、一次风压力，优化控制器的输出变量为一次风压力设定值修正量、磨煤机入口风量设定值修正量。优化控制器的作用是在机组变负荷过程中，通过快速改变一次风压力和磨煤机入口一次风量，利用磨煤机和煤粉管道中的残留煤粉，加快锅炉的热负荷变化，

提高机组对AGC负荷指令的响应速度。

图2 磨煤机出力控制

图3 一次风优化控制

2.2 锅炉主控系统控制优化

锅炉主控系统采用能量信号取代煤量信号进行控制，克服褐煤掺烧过程中煤质波动的影响，即输入锅炉的能量等于当前工况锅炉所需能量。输入锅炉的能量由各运行磨煤机的能量求和得出，当前工况锅炉所需能量由前馈指令和PID调节器输出组成，前馈指令由负荷—能量曲线和变负荷能量补偿组成。依据锅炉当前运行工况形成修正系数对负荷—能量曲线进行修正，提高曲线的准确性，满足不同工况下对进入锅炉总能量的控制。采用变参数和预测控制计算变负荷能量补偿量，提高变负荷过程中能量补偿的适应性，既满足协调方式下大幅度变负荷的要求，又满足AGC方式下小幅度频繁变负荷的要求。采用变参数控制对PID调节器的参数进行优化。控制原理如图4所示。

2.3 主蒸汽压力系统控制优化

主蒸汽压力的滑压设定值由滑压目标值与滑压速率共同作用实现，滑压目标值与机组的负荷指令一一对应，滑压目标值经过滑压速率限制后形成滑压设定值，控制实际的主蒸汽压力。滑压设定值采用变速率方法进行控制优化，当机组变负荷时，先判断此时主蒸汽压力变化趋势，若主蒸汽压力的变化方向与负荷变化方向一致，则滑压设定值按照正常的滑压速率跟随负荷指令变化，若主蒸汽压力不变或与负荷变化方向相反，则降低滑压速率，当主蒸汽压力的变化方向与负荷变化方向一致后，滑压设定值再按照正常的滑压速率变化。

图4 锅炉主控

3 优化效果

利用机组停运的机会将上述AGC控制优化措施应用到机组的实际DCS控制逻辑中。机组启动后，进行了AGC负荷扰动试验，试验曲线如图5所示。试验中褐煤掺烧比例为55%，AGC控制方式为不带基点的跟踪联络线模式 （NOB），AGC指令在300～600 MW变化，主蒸汽温度变化范围±3℃；中间点温度变化范围±3℃；机前压力变化范围±0.5 MPa，实际负荷变化率为9.3 MW／min。

图5 AGC负荷扰动试验曲线1——AGC负荷指令；2——实际负荷；3——主蒸汽压力设定值；4——主蒸汽压力实际值；5——燃料综合热值；6——主蒸汽温度

4 结束语

应用本文提出的掺烧褐煤优化控制策略后，机组的褐煤掺烧比例大幅提高，由40%提高到65%，同时，机组AGC的调节品质能够满足电网调度的要求，各主要运行参数指标良好。实践表明，本文提出的掺烧褐煤AGC优化方案合理、可行，为其它同类型机组进行掺烧褐煤优化控制提供了很好的借鉴。

［1］ 姚 远，管庆相，吴 松，等.直吹式锅炉机组协调控制系统优化 ［J］.东北电力技术，2007，28（8）：1-4.

［2］ 姚 远，刘 岩.600 MW超超临界机组协调控制系统设计［J］.东北电力技术，2009，30（1）：42-45.

［3］ 张成铸，姚 远.300 MW 循环流化床锅炉机组协调控制优化设计 ［J］.东北电力技术，2012，33（6）：5-7.

［4］ 雷 霖，焦庆丰，张栋梁.煤质对超临界600 MW机组调峰特性影响的试验研究 ［J］.热力发电，2013，42（8）：55-57.

［5］ 何 钧，刘宝玲.超临界600 MW机组协调控制策略优化［J］.电站系统工程，2012，28（11）：68-70.

AGC Control Optimization for Direct⁃fired Supercritical Unit of Lignite Mixed Burning

YAO Yuan，ZHANG Tian⁃fang，SHAO Yi，HU Shao⁃yu，ZHANG Lian⁃xu
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

After a supercritical unit was added lignite mixed burning，it becomes much more difficult to control the pulverizing system，the adaptability of the boiler master control gets worse，the change range of the main steam pressure is increased，the unit could not meet the requirements of automatic generation control（AGC）.According to these problems，the control stragegy is optimized，the in⁃teeligent control stragegy of the single coal mill is desinged，the control mode is modified and the variable rate control is added.The new control stragegy is effective and applied to the practical operation.

Lignite mixed burning；AGC；Supercritical unit；Control optimization

TM621

A

1004-7913（2015）11-0001-03

姚 远 （1979—），男，硕士，高级工程师，从事热工技术研究工作。

2015-08-10）