（青岛华丰伟业电力科技工程有限公司）
摘要：介绍印度古德洛尔660MW亚临界机组协调控制系统的设计，提出了实用的设计方法,并探讨系统参数的整定方法。
关键词：协调控制;直接能量平衡;蓄热系数
为满足外界电网负荷的要求，使动态特性差异性很大的锅炉和汽机满足负荷响应要求，提出协调控制系统（coordinated control system 简称CCS）。该系统将锅炉、汽机作为一个整体考虑，通过模拟量调节、联锁保护等手段，使机前压力稳定，变负荷速率满足电网要求。印度古德洛尔660MW亚临界机组采用直接能量平衡控制策略，满足机组安全运行的要求。
1设计思想
古德洛尔机组是亚临界控制循环一次中间再热机组，DCS系统采用北京ABB贝利控制有限公司生产的Symphony分散控制系统，DEH采用ABB的控制系统，通过开关量信号与DCS接口，可控性好，为协调控制系统提供可靠的基础。协调控制系统应满足以下功能：
（1）满足机组安全稳定的运行。
机组运行时，无论在稳态过程还是动态过程中，始终控制机组参数处于可控的范围之内。
（2）控制方式之间无扰切换。
机组控制方式在手动还自动方式之间切换时，控制指令在切换的瞬间不发生阶跃的变化；具体的做法就是在手动时，设定值跟踪被调量，PID输出指令等于手动输出指令，切到自动时，设定值才允许手动改变，PID控制器开始运算。
（3）计算辅机出力极限，设置闭锁功能。
例如给水泵在安全工作区之内的最高值时，逻辑闭锁增，禁止负荷指令增加，只允许负荷指令减少。给水泵在安全工作区之内的最低值时，逻辑闭锁减，禁止负荷指令减少，只允许负荷指令增加。
（4）辅机故障时，计算辅机出力情况，机组自动迫升或迫降。
例如正常工作磨煤机为4台，其计算的额定总负荷为320T/h，当跳闸一台时，其计算的额定总负荷值为240T/h，机组负荷指令按给定速率，被迫降到煤量为240T/h所对应的负荷值。
（5）机组辅机跳闸时，机组自动甩负荷（run back）。
（6）接受调度指令，按调度指令升降负荷。
机组投入AGC方式时，接受中调指令，按中调指令来调节机组出力。
（7）具有一次调频功能（RGMO）。
印度电网频率变化比较大，有时会瞬间变化0.33HZ，印度电网要求，频率发生瞬间变化时需要调功率，来弥补电网与用户之间的瞬间不平衡，当频率趋于稳定时，瞬间增加的功率调节量趋于0，这种调频方式被称为RGMO。
（8）电网故障时，能孤岛运行（FCB）。
2协调控制系统的构成
古德洛尔机组协调控制系统由三大部分构成，如图1所示
3运行方式
3.1基本方式（BASE）
锅炉主控手动，汽机主控手动
锅炉控制指令BOUT为运行人员在锅炉M/A手操器手动设定的输出指令，汽机控制指令TOUT为运行人员汽机M/A手操器手动设定的输出指令。
3.2锅炉跟随方式（BF）
锅炉主控自动，汽机主控手动。此种运行方式一般是由于汽机侧受限（如有一调阀卡涩），不能投入自动而形成的。
锅炉主控控制机前压力，采用闭环自动控制；汽机手动调节功率，属于开环控制。此方式充分响应汽轮机调节阀变化，但不能快速消除燃料扰动造成影响，不能充分利用锅炉蓄热。锅炉控制指令BOUT=锅炉主控（BF）PIDOUT+pS×p1/pT；pS：主汽压力设定；p1第一调节级压力；pT机前压力。
3.3汽机跟随方式（TF）
锅炉主控手动，汽机主控自动。此种控制方式适用由于锅炉侧条件受限，例如锅炉侧子控制回路（风、煤、水）不能投入自动，或者主要辅机故障发生RB。
汽机控制机前压力，采用闭环控制，锅炉侧手动调节负荷，属于开环控制。汽机控制指令TOUT=汽机主控（TF）PIDOUT+Ne的前馈信号，pS：主汽压力设定； pT机前压力；Ne：实际负荷；SAMA图如图3所示。该方式机前压力控制比较稳定，引入机组实际负荷的前馈信号，迅速克服实际负荷扰动。
3.4机炉协调方式（CCS）
锅炉主控自动，汽机主控自动。
机炉控制的根本任务在于维持整个机组运行过程中的能量平衡，包括机组与电网之间的能量平衡；机炉之间的供需能量平衡；锅炉内部各子系统之间能量的平衡等。由于能量信号不能直接测量，常常采用一些间接参数表征这种平衡的特征参数。最典型的例子就是把机前主蒸汽压力pT作为锅炉能量输出与汽轮机能量需要之间平衡的特征参数。通过控制这样的间接参数维持整个机组能量平衡的系统，称为间接能量平衡（IEB）系统。通过构造出能量需求信号，并依此控制能量输入的系统，称为直接能量平衡（DEB）系统。
该厂CCS控制策略采用直接能量平衡系。直接能量平衡系统需要构建反应锅炉能量的热量信号和汽轮机能量的需求信号，使两者相等来控制锅炉与汽机之间的能量平衡，即控制锅炉输入能量；机组与电网的能量平衡由控制汽机调门实现。
（1）信号分析：
汽包锅炉由于存在汽包等蓄能较多金属材料，蓄能能力强，锅炉加燃料或减燃料时，锅炉首先增加或减少自己的蓄能，然后才反映到锅炉出口压力，锅炉蓄能变化首先反映到汽包压力pb变化，所以热量信号为p1+Kdpb/dt, K：锅炉蓄热系数；此信号仅反应锅炉内扰，不反应外扰。
汽轮机能量需求信号为PS×P1/PT,理论和试验表明，p1/pT可以很好地代表汽轮机调节阀的开度；PS×P1/PT能够很准确的反应汽轮机需求能量，不受锅炉侧的干扰。
（2）工作原理：
机炉能量平衡即为锅炉热量信号等于汽轮机能量需求信号，其公式为：p1+Kdpb/dt= PS×P1/PT；在锅炉达到稳态时，dpb/dt=0，p1= pS×p1/pT，推理得出PS= PT。所以这种方式直接能够维持机前压力PT等于主汽压力设定值PS，通过控制回路的积分作用来实现，满足机组安全稳定地运行。汽轮机主控通过调节调节阀开度维持机组实际负荷Ne等于机组负荷给定N0。在锅炉主控加入机组负荷给定N0前馈信号和微分信号，提高负荷的响应能力。在锅炉主控加入压力设定ps微分信号来提高压力的响应能力。
通过上述分析，DEB将锅炉内扰和汽机内扰有效的区分开来，使其相互独立控制；将锅炉、汽轮机这一复杂的多变量控制，变为单变量的功率和主汽压力控制，有效的克服锅炉因惯性和迟延带来的内扰。
调试的关键：通过汽轮机调节阀的扰动试验求的锅炉的蓄热系数K，锅炉在稳定燃烧的情况下，保持燃料指令不变，改变汽轮机侧指令，使调节阀开度产生阶跃变化，记录机组功率、汽包压力，直到以上参数的变化趋于稳定，锅炉蓄热系数等于在这段时间内机组功率变化总和与汽包压力差之比，该机组的蓄热系数K为6.5，微分时间为25秒。
特殊工况下分为两种：RUN BACK方式 和FCB方式。
RUN BACK方式：汽机主控切换到TF方式，压力目标值由RB目标值对应的滑压曲线形成，RB发生时，先采用定压运行30秒，再切为滑压运行，压力目标值按滑压速率生成压力设定值。
锅炉主控切换为手动，RB目标下对应的目标燃料量经速率限制器运算形成锅炉控制指令，来控制燃料量。
FCB方式：汽机主控切换到转速控制，转速目标3000r/min。
锅炉主控切为手动， FCB目标下对应的燃料量经速率限制器运算形成的锅炉主控指令，来控制燃料量。
4.负荷变动试验及参数整定
机组投入CCS方式，锅炉控制指令不变，小幅度改变机组负荷给定，来整定汽机主控PID参数；汽机主控维持机组负荷不变，改变煤量，产生内扰，来整定锅炉主控PID参数；DEB闭环控制整定结束后，还需要整定机组负荷给定N0前馈信号K1和微分信号中系数K2、微分时间，以及主汽压力设定ps微分信号中系数K3、微分时间。通过负荷与煤量的基本关系来确定机组负荷给定N0前馈信号K1；通过负荷变动试验来整定机组负荷给定N0微分信号中的系数K2、微分时间，该微分信号是为了消除锅炉吸热迟延，通过预加煤量来满足负荷变化对能量的要求；通过改变主汽压力设定试验来整定主汽压力设定ps微分信号中系数K3、微分时间，该信号是为了满足压力设定变化而预加给煤量。
负荷变动试验在50%到100%TMCR负荷范围内进行，先以低变负荷速率进行试验，在试验过程中优化参数，逐步加大变负荷速率进行试验，优化参数直到满足机组变负荷率的要求。
古德洛尔机组升负荷变动试验：变负荷范围：371MW到430MW；变负荷速率：12MW/min；压力偏差为3.1kg/cm2;负荷偏差4MW；温度变化0.5℃。
古德洛尔机组降负荷变动试验：变负荷范围：420MW到360MW；变负荷速率：30MW/min；压力偏差为7kg/cm2;负荷偏差7MW；主汽温度变化0.7℃。试验趋势通过试验证明，DEB协调控制系统提高了机组的负荷响应能力，无论稳态时还是动态时调节品质优秀，保证古德洛尔机组安全稳定的运行。
参考文献
[1]刘鑫屏，田亮，赵征，刘吉臻．汽包锅炉蓄热系数的定量分析．动力工程，2008(4)：216—220．
[2]李希武.直接能量平衡法（DEB）协调控制系统分析.中国电力，2000（6）：65—69.
论文作者:孔繁林,梁世峰,韦丽秋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：锅炉论文; 负荷论文; 机组论文; 汽机论文; 能量论文; 指令论文; 压力论文; 《电力设备》2017年第19期论文;