摘要：火电厂超超临界机组协调控制系统是一个多变量被控对象，具有非线性强、参数时变大、迟延等特性，针对这些特性，需要对机组进行解耦控制，然后对控制算法进行改进，使系统更加稳定的运行。本文将对超超临界机组的Foxboro控制系统性能优化设计进行讨论分析。
关键词：空预器；堵塞
1 概述
国家电投协鑫滨海发电厂DCS控制系统为国外进口系统，美国的L&N公司首先发明了DEB的控制方案，其协调控制方式基本以DEB为主，而美国的FOXBORO公司的协调方案也是以DEB为主。对于日本的日立公司的HAICS-1000协调控制系统以锅炉跟随为基础，从能量的角度来看它以功率指令信号作为前馈，所以它也是能量间接平衡系统(IEB)。综合以上协调控制系统的分析，可以发现西欧和日本的协调控制系统基本采用间接能量平衡(IEB)为主，而美国的公司基本上采用了能量直接平衡(DEB)为主。本文主要就美国的FOXBORO公司的协调方案的DEB控制模式进行分析讨论性能优化分析。
2 机炉协调控制系统概述
协调主控系统主要由机组指令处理回路、机炉主控系统或机炉主控制器、协调子系统三部分组成，完成以下功能：
(1)接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行人员的负荷指令和电网频率偏差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。
(2)协调锅炉和汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。
(3)协调机组内部各子系统（燃料、送风、炉膛压力、给水、蒸汽温度等控制系统）的平衡。在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。
3 协调控制系统的控制策略
从不同的观察角度，协调控制系统的划分不尽相同。但最常用的有两种：
1、按系统结构划分，主要有以锅炉跟随为基础的协调控制系统、以汽机跟随为基础的协调控制系统和汽机机炉协调控制系统；
2、按能量平衡关系，主要有间接能量平衡系统（IEB）和直接能量平衡系统（DEB）。
3.1汽机跟随
汽轮机侧同时闭环调压调功+ULD前馈、锅炉侧闭环调功+ULD前馈。为了克服单纯汽轮机跟随控制方式时负荷响应慢及功率波动大的缺点，在汽轮机侧同时加入了功率偏差信号，外扰时的蓄能应用功率指令同时送机、炉两侧，合理利用锅炉蓄能，提高了机组的负荷响应。内扰时，扰动燃料扰动（增加）时，功率信号（增加）抑制了汽轮机控制回路由于机前压力（增加）要开大阀门的动作，减少了功率的波动，有利于系统的稳定。【1】
3.2锅炉跟随
正常运行时汽轮机侧闭环调功、锅炉侧闭环调压+ULD前馈。图中，F(t)一般为超前-滞后环节，它一方面使燃烧率指令 随给定功率变化而没有迟延，另一方面对给定功率的微分超前调节作用，有利于改善锅炉对功率的响应特性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆环节F(x)为带有死区的非线性环节有利于提高协调控制系统的稳定性。
3.3协调控制
机炉协调控制方式最早是在20世纪50年代提出的，但其是在60年代末，随着电动液压控制的发展而得到应用。不管是炉跟随还是机跟随控制方式，都是采取机炉分工、先后动作的配合方式，而对于变动负荷的机组负荷控制，必须遵循负荷协调控制原则的协调控制方式。当外界负荷发生变化时，负荷指令同时送到机、炉主控制器，对汽轮机和锅炉发出负荷控制指令，改变汽轮机的进汽量和锅炉的燃烧率，利用锅炉的蓄能快速响应负荷需求，同时通过改变燃烧率从而改变进入锅炉的能量，保持机组输入能量与输出能量的平衡。
4 协调控制系统的性能优化
4.1补偿锅炉侧扰动的协调控制系统
当锅炉侧出现扰动，譬如进入锅炉的燃料量变化、或锅炉燃烧工况产生扰动时，将引起汽压和输出功率偏离给定值。依据功率偏差，锅炉调节器输出改变燃料量，以消除内部扰动。此时，并不希望汽机调节汽门动作。通过将功率偏差信号引入汽机调节器，利用机前压力和实发功率对燃料扰动反应曲线形状相似的特性，近似地使汽机调节器上的功率偏差信号与汽压偏差信号相互抵消，保持汽机调节器的输出不变。这样，实现了锅炉侧扰动由锅炉调节器消除，而不引起汽机调节汽门不必要的动作。
当机组功率定值变化时，功率偏差信号将通过立即使汽机调节汽门动作、及时地利用锅炉内部蓄热，使机组输出功率跟上外负荷的需要。与此同时，功率定值又作为锅炉指令前馈信号，快速地改变燃料输入，补充锅炉蓄热的变化。这样有效地克服了单纯机跟炉系统响应外负荷缓慢的缺点。吸收了炉跟机系统能有效地利用锅炉蓄热能力，负荷响应性好的特点，并保留了炉跟机方式能保持机前压力尽可能地稳定的特点，使系统品质得到改善。【2】
4.2补偿锅炉侧扰动的协调控制系统
由机炉动态特性可知，在汽机调节汽门扰动下，输出功率的响应曲线与汽压的微分信号曲线形状相似，方向相反。由此可以把机前压力的微分信号引入至锅炉主调节器中。当汽机侧扰动出现时，避免汽机侧扰动引起锅炉调节器的不必要功作。汽机侧扰动由汽机调节作用来消除。
当功率定值为恒定时，微分器的输出为零。汽压由汽机调节器保持，功率由锅炉调节器保持，经微分器作为对汽机侧扰动的补偿信号。因而，该系统称之为补偿汽机侧扰动的机跟炉协调控制系统。
4.3双向补偿的协调控制系统
这两个系统都属于以机跟炉为基础的系统结构，采用了相同的对汽机侧扰动补偿的方法，功率定值信号作为前馈，以增强锅炉指令，克服机跟炉系统对功率定值变化响应但的不足。为了实现双向补偿，把功率偏差信号引入汽机调节器，实现对锅炉侧扰动的补偿，同时，也把功率定值作为汽机调节器的前馈信号。
5结束语
本文以1000MW单元机组的协调控制系统为研究对象。在分析现有的协调控制系统的基础上，结合一些新的控制理论，对协调控制系统进行了设计优化，弥补了和解决常规控制系统的不足，降低了超调量，使系统更趋于稳定的运行。
参考文献
[1] 姚新华，刘克. 超超临界机组协调控制系统策略[J] .科教视野. 2007 年第26期:40
[2] 王中胜，夏明，北仑1 000MW超超临界机组协调控制策略分析及优化[J]，2010年第31卷第1期
论文作者:王继学
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：汽机论文; 锅炉论文; 控制系统论文; 功率论文; 负荷论文; 机组论文; 信号论文; 《电力设备》2018年第28期论文;