何涛

摘 要：为适应大电网对机组快速响应提出的更高要求，发电机组在锅炉跟随协调方式下应能快速响应电网负荷并保证机组压力及各运行参数的稳定。这就要求机组在自动发电量控制（AGC）调节精度上达到最大程度的提升，以满足电网的需要。针对300MW机组的特点，对协调控制策略进行优化改进，保证机组负荷的快速响应和稳定运行。

关键词：300mw机组;协调控制;优化

引言

由于各机组类型及辅助设备固有的特性各不相同，需要针对机组的不同特性，采取控制策略的优化改进来弥补某些设备的先天不足，同时利用一些有利条件，挖掘机组的最大潜能。

一、机组概况

某热电公司2×300MW采用HG-1025/17.5-YM24锅炉，为亚临界、一次中间再热、正压直吹四角切圆、强制循环锅炉。每台锅炉配备有5台中速磨煤机，采用一次风直吹式制粉系统。协调控制方式采用直接指令平衡策略，该策略采用前馈指令加闭环校正方式，将负荷指令直接送至汽机主控和锅炉主控，使汽机和锅炉同时获得最快的负荷响应。汽机侧重校正负荷，使实际负荷等于负荷指令，锅炉侧重校正压力，使主蒸汽压力等于滑压曲线设定值。机组存在主要问题有：一是机组协调控制系统无法正常的投入运行;二是系统调节性能差，无法满足自动发电量控制（automatic generationcontrol，AGC）投入要求。结合机组当前的运行状况，对300 MW 机组协调控制系统进行优化，选择了直接能量平衡法作为协调控制系统的控制策略，在保证机组安全稳定运行的前提下，在调节性能方面也做了大量的工作，如在锅炉主控中增加了前馈控制方式来提高系统的动态响应能力，在锅炉主控控制器参数选择上采用目前比较先进的模糊逻辑理念等，系统控制性能得到了大大地改善。

二、协调控制系统改进的措施

（一） 采用直接能量平衡法（DEB）策略

在协调控制策略上，由原来直接指令平衡法改变为直接能量平衡法。直接能量平衡法DEB是位于美国的Leeds&Northrup公司提出的一种新颖的协调控制方法。以机组的能量平衡为出发点，以能量需求和能量释放为控制信号。以能量需求信号为前馈，以热量释放信号为反馈，及时反应汽机侧能量需求的变化和锅炉释放热量的变化，根据二者的偏差调节燃料量，满足负荷的适应性。

对于汽包来讲，主蒸汽压力稳定性是反映机组调节性能的关键性因素。主蒸汽压力变化过大会引起机组PCV阀动作，引起能量损失甚至可能引发不安全事件。DEB有保持压力稳定的能力，采用DEB控制策略是最佳选择，并且在DEB基础增加了微分环节来提高机组对热能信号的响应速度。

（二）增加动态前馈来提高锅炉响应速度

鍋炉属于大惯性、非线性的系统，这样系统调节响应时间滞后，存在着多种非线性输入变量，且这些输入变量之间是相互耦合的，控制机理十分的复杂。前馈控制针对于大惯性的系统提出的一种控制理念，且前馈信号可以为不可测的干扰信号，来对系统提前进行控制。

为了增加锅炉的响应时间，在锅炉主控增加了若干个前馈信号来改善锅炉调节性能。（1）增加静态前馈。机组负荷指令代表了机组应发功率的大小，也代表了锅炉侧蒸汽功率的大小。利用机组负荷指令作为主函数加在锅炉侧的前馈信号中，根据负荷指令不同，形成不同的锅炉输入指令作为静态前馈，送入锅炉各子系统，作为稳定工作点。（2）在机组变负荷过程中增加动态前馈。锅炉侧的纯滞后与大惯性环节是影响机组动态性能的关键性因素，为此根据负荷指令信号比锅炉输入信号更早原理，来生成动态前馈信号，分别作用到燃料、送风、给水、减温水等系统，加速锅炉对负荷指令的响应速度，起到先动作、早控制的作用，该部分在稳态情况不起作用。（3）增加主蒸汽压力变化率前馈信号。主蒸汽压力高低直接反映了机组蓄能的大小，该参数变化情况直接影响机组安全运行，为了保证主蒸汽压力维持在稳定范围内，增加主蒸汽压力偏差作为锅炉前馈信号，该前馈主要使用在稳定情况下，当机组压力偏差大时，该前馈作用加强，消除压力偏差，维持主蒸汽压力稳定。（4）增加了DEB作为前馈，以及压力设定值与机前压力之间偏差作为前馈等。

通过增加若干个锅炉主控的前馈信号，有效地改善了锅炉的动态响应，在机组变负荷过程中，通过预加或预减煤，提升了变负荷速率。

（三）模糊逻辑应用在锅炉主控参数选择

模糊控制是由美国的扎德创立的，1974年英国的Mamdani首先用模糊控制构建了模糊控制器，并把它用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功，这一开拓的工作标志着模糊控制理论的诞生。

传统控制系统都需要建立数学模型，利用精确的数学模型去控制系统，对模型要求非常高。在实际工程应用中，无法得到精确的数学模型，而模糊思想不需要数学模型利用以往经验来改善系统的性能，实践证明控制效果良好。以锅炉调节器偏差与锅炉调节器偏差变化率作为模糊逻辑的输入，构成了11*11模糊控制表，模糊规则为11*E+DE，其中E为锅炉调节器偏差，DE为偏差变化率。利用E与DE的变化，根据模糊规则得到值作为锅炉主控制器积分时间常数。当压力变化大时，积分时间常数变化，加快锅炉响应，锅炉主控输出增加，反之亦然。

（四）瞬时煤量修正容量风开度调节煤量

为了保证进入炉膛燃烧量的准确性，从两方面调节煤量进行改造：一方面将由原来的容量调节风门后移动到容量风门之前，移动后利用热风来保证一次风压，用热冷风配比来调整磨煤机出口温度值;另一方面利用瞬时煤量来不断地修正容量风门的开度控制进入炉膛煤粉量。

本次改造对300MW机组5台中速磨均进行了改造升级，利用瞬时煤量值的大小有效地修正容量风门的大小，已达到用容量风门开度大小来控制进入炉膛燃料量大小。需要说明的是，为了保证容量风门的线性度，从两个方面进行改进。第一，机组负荷变化不同区段，设置不同的一次风压，以保证一次风携带煤粉的刚度;第二，对容量风门开度大小进行限制，一般设置在（0到55%开度）。除此之外，由于煤质、锅炉本身特性的差异等因素的影响，当容量风门开度达到了设置上限（如55%）后，锅炉主控输入仍旧在增加，为了保证压力稳定，在锅炉主控设置了闭锁增，以防止后期锅炉超压。

三、协调控制与AGC联调试验

为了测试在协调控制方式下机组运行的稳定性。我们在不同负荷、不同负荷速率下做了负荷扰动试验，比较其控制效果的优劣。

AGC 试验是在变负荷试验基础上，由负荷调度中心向机组发送负荷指令，以验证协调控制系统及各子自动控制系统响应负荷变动的能力。

LDC GROSS-MW 为机组负荷，从试验得到趋势可知， 实际负荷由211.05 MW 升至239.805MW，实际负荷速率为7.1 MW/min，试验过程中速率满足电网要求。主汽压力，主蒸汽温度，给水等参数均在正常范围内。由此证明优化的协调控制方式在调节性能方面得到了大大地改善，完全满足AGC投入要求。

四、结束语

本文主要根据某热电公司300MW机组AGC功能优化项目，通过优化协调控制系统，改善机组调节性能，满足了电网对机组AGC调节性能的要求。但实际使用中，在速率高的情况下主蒸汽压力波动大，引起协调控制系统退出，甚至PCV阀动作，今后协调控制系统还需要进一步的优化。

参考文献：

[1]毛晶洁，周玉慧，赵爱芳.300MW机组协调控制系统的优化方案[J].科技信息，2011（05）：356+380.

[2]李子阳.国产300MW机组协调控制方案的优化措施研究[J].机电信息，2012（03）：40-41.