摘要：随着我国电网发展步入“自动化、高参数、大容量”发展阶段，火电厂全功率控制的受关注程度不断提升。基于此，本文建立了基于同步协调控制的厂级负荷控制数学模型，并围绕基于同步协调控制的厂级全功率控制算法开展了深入研究，希望研究内容能够为相关从业人员带来一定启发。
关键词：同步协调控制；火电厂；全功率控制；热工控制
前言：为维持电网无功电压平衡及电源和负荷的功率平衡，火电厂全功率控制必须充分发挥自身作用，电能质量也能够由此得到较好保障。为设法提升电网运行的可靠性、经济性、安全性，正是本文围绕基于同步协调控制的火电厂全功率控制方法开展具体研究的原因所在。
1.基于同步协调控制的厂级负荷控制数学模型
1.1控制现状分析
相互独立的自动电压控制系统和自动发电控制系统广泛应用于我国火电厂，这类全功率控制系统拥有异步控制过程，火电厂内各机组的无功合理分配和电网的无功电压平衡由自动电压控制系统实现，系统频率的控制、电网的有功功率平衡维持、自动跟踪的有功功率调节则由自动发电控制系统实现。在实际应用中，受到异步控制过程影响，在恒功率因数运行方式下，机组有功功率变化很容易影响无功功率，无功电压平衡状态会因此而改变，系统电压的波动也会随之实现，最终影响系统电压的平稳[1]。
1.2模型建设
为解决上文提及的问题，本文研究将围绕一种火电厂全功率控制方法展开，通过同步协调控制，恒功率因数运行方式下的机组可通过自动发电控制系统与最优经济快速功率控制模型，全面分析全厂有功功率目标值，以此完成各机组有功功率目标值优化，而结合母线电压目标值和各机组实时的无功功率值，机组目标功率因数的计算跟踪也能够顺利实现，最终通过机组协调控制系统，即可结合机组目标功率因数和有功功率目标值，同步协调控制有功、无功功率，系统电压的平稳也能够得到保障[2]。
在具体的模型建设中，采用多约束多目标负荷优化分配数学模型，模型基于环保指标、快速性指标、经济性指标建设，具体模型如下所示：
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（1）
式（1）中的li、Pi、ti、Tideal、we、wt分别别为经济优化为第i台机组分配的负荷、最优的第i台机组分配负荷、经优化分配后第i台机组负荷变动时间、负荷最短变动时间、经济性指标权值、快速性指标权值，Re(Pi)、Rt(Pi)、mi(Pi)、M(Pi)分别为经济性负荷优化改进目标函数、快速性负荷优化改进目标函数、经济性与快速性的第i台机组目标值加权和、所有机组的经济性与快速性目标值加权和。在模型的实际应用中，需结合火电厂实际情况，实现we、wt取值的动态调整，以此实现快速、经济、综合等运行模式，火电厂的不同工况需要可由此满足。
火电厂的供电煤耗或发电煤耗能够较为直观的评价全厂经济性，而对于火电厂来说，降低煤耗属于最能接受和最直接的驱动力，因此选择全厂供电煤耗率或发电煤耗率作为经济负荷优化分配的目标函数。研究采用历史运行数据，实现煤耗特性曲线的实时更新，数学模型也需要随之更新；最优经济快速负荷优化分配数学模型的构建需围绕备用容量、单机变负荷速率、全厂变负荷速率、机组负荷约束、全厂功率平衡展开，具体如下：
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（2）
式中的P、Pmax、Rt、Pi、Pimin、Pimax、Pi,j-1、Vdi、Vui分别为电厂的总目标负荷、最大发电量、t时段所需备用容量、每台机组负荷、最低的第i台机组负荷、最高的第i台机组负荷、前一时刻第i台机组输出功率、最大出力情况下的第i台机组下降速度、最大出力情况下的第i台机组上升速度[3]，由此即可为厂级全功率控制的优化实现提供支持。
2.基于同步协调控制的厂级全功率控制算法
2.1厂级负荷优化控制算法
厂级负荷优化分配需采用动态规划法，由此围绕在单元机组负荷上下限约束和负荷平衡约束等约束条件下的机组供电总煤耗最优值，即可通过动态规划法完成求解，参与厂级负荷经济分配的机组均属于求解范围内，具体求解需围绕顺序造表与逆序查表展开，状态转移方程、边界条件、最优值函数、决策集合也需要事先明确，由此即可最终查出n个阶段下所有优化分配的负荷。
2.2无功电压优化控制算法
无功电压优化控制算法的明确需开展系统阻抗计算、系统无功预测，通过计算得出系统电抗，并根据单机大系统推导全厂目标总无功，即可最终计算出全厂可调机组目标功率因数。可调机组目标无功分配需采用等功率因数分配策略，并校核和修正每一轮分配结果，这样方可开展控制目标输出。
2.3全功率控制流程
结合厂级负荷优化控制算法与无功电压优化控制算法，即可明确基于同步协调控制的厂级全功率控制流程，具体流程为：“初始化→全功率控制目标函数预设→预设电压无功优化控制安全约束参数和负荷优化分配参数→构建全功率控制数学模型→获取机组运行的状态信息、实时数据、有功无功指令→指令校核通过→基于优化分配模型计算有功功率→确定最优有功功率目标值→目标有功校核通过→基于电压无功目标优化控制模型计算无功协调控制目标功率因数→校核与修正目标功率因数→控制目标输出→电压目标达成→结束”。基于全功率控制流程，即可实现火电厂的全功率协调控制。
2.4热工控制应用
结合上文提及的基于同步协调控制的火电厂全功率控制方法，火电厂还应将其引入热工控制领域，以此结合自动控制理论，推进火电厂热工自动化发展。在具体实践中，可利用基于同步协调控制的火电厂全功率控制方法，探索火电厂主蒸汽压力调节。作为影响火电机组安全性的重要数据，主蒸汽压力参数可用于调节机组负荷，属于基础性的锅炉汽机能力平衡指标，拥有燃料调节、引风调节、送风调节等多种调节方法，主蒸汽压力会受到这类调节方法的直接影响。因此可基于上文研究的火电厂全功率控制方法中的相关思路，探索主蒸汽压力调节过程中的能量平衡，配合偏差定制，更加科学合理的调试即可顺利实现。在具体的主蒸汽压力调节过程中，串级调节、串级模糊调节均需要得到重视，前者需以自动控制理论为基础，模拟实验的开展需得到Matlab模型的支持，结合单一回路与系统特性，即可开展针对性调整，克服燃料侧内带来的影响。此外，主蒸汽压力LQ次优调节也需要得到重视，这一调节需围绕火电厂锅炉拥有的热惯性、大容量特点展开，为避免实时调节出现延迟问题，保证系统稳定性和锅炉的安全正常运作，在引入基于同步协调控制的火电厂全功率控制方法的同时，PID调节器与Smith预估器也需要充分应用，设备功能改善也能够由此实现。值得注意的是，自动控制理论的应用还需要关注线性二次型问题的研究，以此不断优化火电厂锅炉的动态行为，二阶惯性环节的全面分析也能够为延迟的降低提供支持。
结论：综上所述，基于同步协调控制的火电厂全功率控制方法具备较高实用性。在此基础上，本文涉及的厂级负荷优化控制算法、无功电压优化控制算法、全功率控制流程、热工控制应用等内容，则提供了可行性较高的火电厂全功率控制路径。为更好满足火电厂安全稳定运行需要，自动与智能控制的相关探索同样需要得到重视。
参考文献：
[1]陈亚凯.自动控制理论在火电厂热工自动化中的有效运用分析[J].科学技术创新,2019(34):195-196.
[2]王伟,刘良.火电厂600 MW机组热工自动化控制对节能降耗的影响分析[J].低碳世界,2019,9(10):82-83.
[3]陆晔,薛辉.火电厂热工自动化中自动控制理论的实际应用[J].科学技术创新,2019(26):38-39.
论文作者:籍庆洲
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：火电厂论文; 功率论文; 机组论文; 负荷论文; 厂级论文; 电压论文; 目标论文; 《电力设备》2019年第22期论文;