超超临界机组AGC性能不佳的原因分析与优化策略

2018-05-18朱继峰李恩长

浙江电力 2018年4期

朱继峰，陈波，李恩长，丁宁

0 引言

某发电厂2×1 030 MW超超临界发电机组控制系统采用日立H5000M系统，2台机组自2014年下半年投运以来，由于煤种的改变和机组特性发生变化等原因，AGC（自动发电控制）调节品质下降，AGC调节效果在浙江省内发电厂中排名靠后，亟需提高。

1 运行状态数据分析

经过对机组运行状态数据采集及分析，在机组的协调控制方面主要存在下列问题：

（1）稳态运行时汽轮机阀位开度偏大，机组一次调频能力受一定制约。

（2）锅炉主控指令在稳态工况下与机组实际负荷存在偏差，机组部分静态参数控制点的设计值与实际工况发生了偏离。

（3）给水焓控容易修正到上限或下限的位置。

（4）机组连续升负荷过程速率较慢，尤其当汽轮机调门全开后更为明显。

（5）燃料量前馈的增加导致炉膛压力波动大。

（6）机组在连续小幅升降负荷时，主汽压力偏差较大，尤其在机组定压运行段连续降负荷时高调阀的连续关小压力波动较大，常引起机组超压，导致运行人员切除协调至TF（汽轮机跟踪）模式。连续升负荷阶段，由于机组蓄热迅速消耗，以及锅炉起压时间需2～3 min，导致机前压力无法跟随压力设定。

（7）季节变化对机组背压造成的影响，引起调阀的压损偏离期望值。

2 分析AGC品质较差的主要原因

2.1 机组静态负荷点

机组投运初期，运行数据不足，基建期间的风煤水线与实际工况不匹配，工质静态偏差使得机组协调控制能力失衡，反应在机组的负荷响应迟钝，影响机组AGC能力。

2.2 汽轮机阀门裕量

机组投运初期，滑压曲线参照设计值设置，无法满足机组实际运行的需求，高压调节阀（简称高调阀）长时间保持在高阀位运行。在升负荷过程中，汽轮机主控很容易达到最大位置，缺乏调节的裕量，而对于直流炉来说，锅炉的响应比较慢，直接影响了机组的AGC响应速度。此外，主汽门的流量特性曲线不合理也对调节产生了较大影响。

2.3 前馈的不匹配

与机组匹配的锅炉加速指令能使得机组在负荷动态变化的过程中，尽快回到新的稳态点，但前馈量的设计失衡反而会加剧系统的波动，严重时候会造成超温、超压或者引起分离器出现水位。而由于AGC指令的特性，使得机组锅炉加速指令（前馈控制）的建模与匹配成为了协调控制的重点和难点，此处着重介绍这一方面的AGC响应优化。

3 协调静态参数优化

3.1 具体优化的参数

根据机组目前存在的问题，以高调阀7%～8%压损为控制目标进行定阀点静态优化试验，获得了从450～1 000 MW机组稳定运行工况下的滑压曲线、燃料量、给水量、风量等机组协调控制主要参数的静态数据，开展了以下几方面的协调静态参数优化：

（1）通过协调静态参数定阀位试验结果优化机组阀位和煤水配比，根据汽轮机阀组压损的经济性目标，确定稳态工况下汽轮机阀组平均开度，并获取合理的滑压定值；在满足机组AGC及一次调频能力的前提下，尽可能减小汽轮机阀组压损;根据汽轮机定阀点工况的稳态数据，获取机组协调控制的静态参数定值。修改后调阀平均开度约为40%左右，既保证了机组经济运行要求又能够满足电网调峰、调频需求。

（2）优化中增加和投用了凝汽器背压对滑压曲线优化的控制逻辑，设置高压凝汽器压力5.3 kPa为比较值，通过背压偏差对滑压曲线的优化补偿范围为0.98～1.02，解决了机组在不同背压下调阀开度变化引起机组经济效益降低或者调峰、调频能力削弱。控制逻辑见图1，该滑压修正系数CN生成后直接去修正机组的滑压曲线。

图1 凝汽器背压对滑压曲线优化的控制逻辑

（3）细化协调静态参数基准值，将原煤、水、滑压线由原来的8段折线修正函数优化为16段，各个负荷段对应的定阀位参数更加精准。

3.2 优化后效果

通过对机组协调参数的优化，结合机组实际升降负荷状态，解决了机组部分负荷段调阀压损过大、协调控制中煤水配比不均等问题，具体效果可以见图3优化后负荷与指令曲线，偏差明显小于图2优化前：

（1）降低部分负荷段滑压段设定值，减少了汽轮机调门压损。

（2）完善了450～500 MW间机组燃料量设计值，减少了500～1 000 MW给水量70 t/h，解决了机组在稳态时，煤水配比不均引起的锅炉指令与实际功率不匹配、机组超压运行等问题。

（3）采取了增加部分负荷段下分离器出口焓值目标值、温度控制器中过热器温降设定、降低过热度目标值等措施，解决了机组运行中各级减温水无法均匀分配问题、焓值控制器输出至上下限的问题。

图2 煤、水、滑压线修正前负荷与指令曲线

图3 煤、水、滑压线修正后负荷与指令曲线

4 协调动态参数优化

开展了10 MW，20 MW，30 MW负荷摆动试验，进行了机组协调动态参数优化。

（1）滑压曲线优化，修改了部分负荷段滑压速率和惯性时间，以适应频繁快速升/降负荷时锅炉起压、降压速率，解决了部分负荷段由于滑压曲线过快造成的压力偏差引起机炉主控对压力的修正量偏离设计的问题。

（2）修改了锅炉主控压力控制回路，增加定压段压力的微分控制强度，解决了机组定压段连续降负荷工况下，机组超压运行的问题，提升了在该工况下炉主控对汽压修正的能力。

（3）优化了锅炉输入加速指令，对部分负荷段下、不同压力偏差下燃料量的动态前馈进行了调整，以适应机组在升/降负荷时对燃料量的需求及对机组蓄热的补充。

（4）对汽机主控的功压配比进行了适当优化。

（5）针对机组负荷摆动中出现的过热度变化波动剧烈，减少了锅炉给水加速指令的前馈量大小，在之后的负荷摆动中，过热度变化趋于平缓。

（6）针对负荷摆动中压力变化大的情况，进行了以下优化：动态参数上，在炉膛负压允许的情况下适当增加了燃料量前馈的变化幅度；减弱了部分负荷段下机组滑压速率和增加了惯性时间，使滑压线接近锅炉起压过程；增加了协调模式下锅炉主控对主汽压力的修正，针对定压段，依据压力偏差加强了静态修正的比例作用和微分作用，通过微分增益的增强减少了对燃料量的持续调节，对抑制机组小负荷连续变化时压力的偏差起到了较明显的作用，弥补了一些由于前馈量持续时间短对升降负荷时机组蓄热补充量不足的缺陷。

通过对机组协调控制的优化，对于单次的负荷摆动和50 MW以上的负荷摆动，机组通过锅炉加速指令的调整有着较好的调节效果。但对于连续的小幅度负荷变动，机组蓄热被用尽后，采用了对锅炉主控静态参数的调整，尤其是提升了微分作用后调节效果有了明显的改善。考虑到炉膛燃烧和负压的扰动，燃料前馈量没有进一步的增加。为了更好地适应连续的负荷变动工况，拟在协调前馈控制回路增加以下相关逻辑：在负荷变动中压力偏差较大的工况下，延长锅炉输入加速指令的回收时间。

5 前馈的优化

5.1 前馈整定的问题

AGC指令大多是频繁的小负荷指令，对于这种小幅指令波动，一方面，由于小幅度AGC指令的频繁波动，使前馈指令跟着波动，导致机组负荷不稳定，因此小波动的负荷指令不适宜作为过强的前馈，甚至不适宜作为前馈；另一方面，对于连续单向小幅度AGC指令，若无前馈或前馈较弱，则在负荷升降过程中，会出现蓄热补充不足的缺陷，影响机组对负荷的调节。

5.2 前馈波形的优化

前馈优化的目的，是在负荷变动时，为机组提供快速能量提升和能量释放方式，保证机组蓄热补充和恢复，使机组在稳定的工况下能及时响应AGC负荷指令。为了优化AGC模式下的前馈量，在前馈回路中加入了压力偏差对前馈的修正逻辑。即在升负荷时，若机组欠压，则减缓前馈回收，延长前馈量的作用时间，弥补机组蓄热消耗，避免高调门连续开启造成的机组欠压状态；同样，在连续降负荷工况时，若机组超压，也应减少前馈回升的速度，增加机组能量释放能力。具体的设计逻辑见图4。

5.3 前馈波形优化前后的效果

优化前机组用电早高峰中AGC连续加负荷时，功率调节效果不佳，机组无法快速产生升负荷所需的蒸汽量，欠压严重，实际压力偏离压力设定值曲线，实际功率与AGC指令偏差大，导致电网典型考核，见图5。

前馈优化后，机组对早高峰AGC的连续加负荷过程工况，有着较好的适应能力，压力跟踪能力良好，功率调节品质得到明显改善，实际功率与AGC指令偏差小，AGC响应精度显著提高，见图6。

优化后的升负荷工况，当压力偏差在正常范围内时，前馈正常回落，若实际压力偏小（欠压）时，前馈回落速度变慢、加前馈作用时间持续较久些，进而改善欠压状况，提高机组负荷响应能力，效果见图7。

优化后的降负荷工况，当压力偏差在正常范围内时，前馈正常回落，若实际压力偏大（超压）时，前馈回落速度变慢、减前馈作用时间持续较久，进而改善超压状况，提高机组负荷响应能力，效果见图8。

图4 前馈优化逻辑—根据压力偏差修正前馈作用

图5 前馈优化前的AGC连续加负荷曲线

图6 前馈优化后的AGC连续加负荷曲线

图7 升负荷工况下的前馈优化

6 结语

通过机组定阀位试验、静态参数、前馈优化后，1号和2号机组的AGC响应能力得到明显的改善，AGC精度显著提高，定压段超温、超压的现象消失，机组处于经济运行状态，高调阀平均开度40%～42%，压损约为8%。针对连续加负荷造成的机组欠压工况，依据压力偏差值匹配前馈量的控制方案消除了机组的动态能量平衡扰动，加快了AGC响应的速率和精度。以上着重介绍了前馈建模和优化控制方案，通过特性试验，对机组AGC调节性能的改善，为超（超）临界直流锅炉发电机组提升特定工况下AGC调节能力提供可行的方案，具有借鉴和实践意义。