摘要：本文对某热电公司单元机组的协调控制系统进行研究，介绍了单元机组的构成，给出了该单元机组的数学模型，研究了以汽轮机跟随为基础的协调控制、以锅炉跟随为基础的协调控制和综合型协调控制的三种常用的协调控制方法，分析了各种的优缺点，指出了在实际工作中使用的情况。
关键词：火电机组；优化运行；关键技术
1 引言
传统的协调控制方式是炉跟机或机跟炉等基本协调方式，包括机组滑压控制、锅炉主控、汽机主控，最广泛常规的控制方法是PID控制，但经常不能适应变工况过程中的对象特性的变化，同时满足机组安全经济运行的需求。在超临界机组控制研究中，涌现了很多改进方法，在基础协调控制的方式上，采用预测控制或神经网络等方法；或在原有PID基础上优化PID适应系统变化能力的方法等。在协调控制的实际问题中，仍存在很多困难，如预测控制等先进算法复杂度高、计算量大、难以获得精确的数学模型。同时由于协调系统本身具有输入输出的多约束、非线性、大滞后的特点，影响了机组经济高效安全运行，所以对协调控制方案和控制方法提出了更多的挑战。
2 火电机组运行中出现故障的原因
2.1 负荷速率设定偏低
锅炉的动态特性相对较慢，DCS系统中为防止在负荷短时内变化较大时主蒸汽压力与设定值偏差较大，将变负荷速率设置得较低，导致锅炉侧的动态反应与汽轮机侧相比更慢，这是造成机组AGC测试速率不合格的主要原因，给电厂AGC相关的考核造成经济损失。
2.2 锅炉主控PID参数设置不合理
锅炉主控根据主汽压力偏差计算PID输出，作用于燃料主控，同时通过煤水比计算机组的给水流量。但目前PID参数固定，导致机组在不同负荷段时PID调节速率不匹配。DCS系统为保证机组运行安全，PID参数设置相对保守，在中高负荷段时PID调节速度较慢，导致燃料量和给水量的变化不能及时跟上负荷变化，导致主汽压力和中间点温度等参数在变负荷时波动较大。
2.3 滑压速率偏低
实验中发现，机组汽轮机高压调门处于全开状态时，即机组负荷由机组当前的压力决定，而原有滑压速率是在机组变负荷速率设定为9．5MW／min下设计的，这就导致机组滑压速率达不到现有变负荷速率要求，从而导致机组AGC上限考核不达标。
3 火电机组优化运行技术措施
3.1 以汽轮机跟随为基础的协调控制
在这种协调控制中锅炉控制机组负荷，汽轮机控制主汽压力。当机组负荷指令N0增大或减小时，锅炉主控制相应的增加或减少炉侧的风量、燃料量，锅炉的蓄热量、蒸发量均增大或减少，主蒸汽压力PT逐渐上升或下降，汽轮机主控制器输出增大或减少，开大或开小汽轮机调节阀，从而增大或减小机组的主蒸汽流量，使得机组实际负荷NE与N0相同，主汽压力PT也逐渐下降或上升与设定值P0相同。该种协调控制对机组安全性和稳定性较好，响应负荷指令实时性一般，因此该控制方式一般用在机组负荷较稳定的情况下使用。
3.2 现场总线技术应用
采用现场总线技术后，现场的大部分控制电缆被光缆及通讯电缆所替代，敷设普通电缆与光缆的技术要求也不同，现场施工中施工人员不能很好地区分控制电缆和光缆，可能会出现光缆安装弯曲半径过小，光纤折断，熔接光缆时，只熔接连接网段的1芯或者2芯，备用芯不进行熔接；通讯电缆（DP/PA电缆）在敷设过程中与动力电缆敷设在同一槽盒内，当大功率设备启动时，会造成强烈的干扰，影响正常通讯。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆解决办法：在电缆敷设前对施工人员进行技术交底，敷设时不得随意弯折光缆，光缆长度与实际需求一致，光缆两端留少量余量，中间不得有接头，每条光缆长度不宜超过1000m。本工程现场总线采用4芯光缆，最小安装弯曲半径不小于5.08cm，最大安装应力不应超过45kg。光纤熔接时，4芯光缆必须全部熔接，两芯作为备用；Profibus电缆最小弯曲半径75mm；多个弯曲，半径≥150mm。若弯曲半径小于此数据，则将对Profibus电缆造成损坏并改变其电气特性。
3.3设备检修方式的优化
在传统的检修方式中多采用定期检修，该方式在检修目标上针对性不是很强。据大量设备故障统计表明，大部分设备出现故障与运行时间没有明确关系，因此密度较高的检修不仅不会提高设备的使用效率，还会增加停用时间、影响设备生产，同时还会增加检修的费用。因此应采用状态检修的方式，即通过检测信号来确定故障的发生地，根据实际情况确定检修的时间和方式，从而实现检修的最优化。公司大力开展设备TPM管理，即“全员生产维修”，是一种全员参与的生产维修方式，其主要优点就在“生产维修”及“全员参与”上。通过组织一个全系统员工参与的生产维修活动，使设备性能达到最优。通过在全公司开展设备TPM管理，在2018年成功实现双机安全运行438天的长周期记录。
3.4 设备技改方式的优化
设备技改主要是结合电厂生产运行实际，对火电厂在设计上不合理和不完善的地方进行技术改造，从而增强设备运行的安全性和经济性。旗能电铝公司采用东锅的炉膛声波测温系统。在炉膛出口形成一个平面的温度场，提高了炉膛出口温度的测温准确性，对运行人员进行燃烧调整起到了良好的指导作用，对提高锅炉效率、防止锅炉结焦、减少炉内NOx的生成有明显的作用。除了上述几方面优化外，机组优化运行还包括循环水的经济调度、给水泵的优化运行、抽气器形式的合理选择等。
3.5 协调控制系统优化
分段PID是指在PID的基础上，可根据控制对象的实际情况和偏差en的大小，在不同阶段设置多组PID参数，以实现在偏差小时减弱比例作用，适当增强积分作用，反之在偏差大时增加比例作用，削弱积分作用，既增加了调节速度，同时保证超调量有限。与神经网络等先进控制算法相比计算量较小，实现较为简单，可直接实现于DCS内。锅炉主控PID前的选择器用来判断当前主蒸汽压力的偏差大小，已选择合适的PID，PID（A）、PID（B）和PID（C）比例作用逐渐减弱，积分作用逐渐增强，在偏差较大时选择PID（A），因为为了提高压力变化速率，必须加快锅炉侧的燃料和给水响应速率，所以选择调节速率较快的PID调节，适当增加超调补偿机组的蓄热。变负荷前馈控制器1用来补偿变负荷过程中锅炉主控输出，主要用于调整给水量变化速率，变负荷前馈控制器2叠加煤水比修正得到燃料量的加速信号，与锅炉主控相加得到燃料量设定，进入燃料主控进而得到各个给煤机给煤量指令。锅炉内给水对主蒸汽压力和温度的响应速度与煤量相比较快，采用煤跟水的控制方式可以有效控制主汽压力稳定，因此改进后的协调控制系统内采用了煤跟水的控制方式。
4 结束语
就火电厂运行优化技术措施来说，主要是对锅炉的风量、煤炭原材料等进行优化，对机组的运行方式、单元机组、设备检修方式等进行优化，在一定程度上提高了火电厂的运行效率，发挥了其最大效能，进而促进了工业的发展。
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论文作者:张小海
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
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