（福建大唐国际宁德发电有限公司 福建宁德 352100）
摘要:在当前600MW超临界直流机组中所使用的协调控制系统和动态性质都极为复杂。直流电热炉的惯性较小，而主气压机作为控制直流机组的主要连接设备，其自身控制精度和调节质量将会对机组的实际运行的安全性和经济性产生极大地影响作用。在方案的优化过程中应当充分考虑到对于前馈、增益和参数的变更，从而保证机组的正常运行。同时，在机组实际运行过程中应当保证其能够在最短时间内形成响应的同时，还应当将主汽压力控制在适当的范围之内。
关键词:600MW超临界直流机组；协调控制系统；主蒸汽压力；优化方案
在某一发电企业中所使用的锅炉是超临界参数变压运行直流锅炉，该锅炉采取π型布置结构，炉膛结构为单炉结构，轴向旋转流燃烧器的前后墙采取对冲燃烧的方式进行，再加热则是采取中间一次加热，实际通风过程应当较为平衡，锅炉进行露天布置，所产生的排渣则采取固态形式排出。锅炉支撑结构为全钢架结构。该锅炉达到最大工作功率时，其连续蒸发量为1955t/h，在额定工作功率下所产生的蒸发量为1862t/h，额定功率下所形成的蒸汽压力和温度的比值为25.4MPa/543℃。本机组在实际工作过程中配备了六台中速磨。
1背景分析
在当前的大容量机组运行过程中，都是将锅炉和汽机融合为一个整体，并通过各种协调保证机组和锅炉的正常运行。当机组负荷出现变化时，必须充分考虑到稳态偏差和动态偏差所产生的变化。然而，汽机和锅炉对于机组负荷以及压力的控制都产生了极大地影响，其中汽机对于负荷以及压力变化的响应是通过掉门的开度完成的，该种响应也较为灵敏。而对于锅炉来说，由于其是通过燃料将水变为蒸汽，然后完成负荷和压力的控制，最终的控制过程则直接受到粉尘和风烟系统的影响，从而使得最终所形成的压力、温度变化以及负荷等都较为缓慢。
另外，由于该种锅炉系统采取的是汽水一次性循环，蒸汽和水分并没有较为固定的分界点，其会受到燃料、给水量以及汽机调门的变化出现变化。而汽水分界点的变化对于汽水流程中的加热段、蒸发段以及过热段等多种长度产生极大地影响，汽水温度也会受到影响出现变化，最终使得机组的蒸汽压力和负荷都产生较大变化。
基于上述分析，可以发现锅炉和汽机的组合体是一套复杂的三输入三输出的被控制对象，而机组的负荷、主汽温度以及压力都会受到燃料量、给水量以及汽机调门的实际开度等多种因素的影响，而给水量还会受到燃料以及汽机调门变化的影响，而对于整个系统的正常运行产生影响的便是主汽压力的变化情况。基于此，在直流炉机组的协调控制过程中必须以主汽压力控制为主。
2 解决问题的初始方案以及当前存在的问题
2.1 主要控制方案
在锅炉控制过程中应当根据主汽压力和相应设定值的偏差，借助PID调节器形成初始指令，之后以机组负荷指令以及主汽压力目标的微分形成前馈，进而形成锅炉实际运行的主指令。对于燃料的控制则应当参考锅炉主控指令，而调量则应当以给水温度和实际燃料量之间的差值为准。在给水控制中应当以燃料和水 的比例为基础，其中总燃料量为前馈，过热度则应当作为反馈信号进行实际调节。在汽机主控的修正过程中应当以及实际值和设定值的偏差和一次调频频差以及实际产生功率的修正完成汽机调门开度的控制，最终实现机组负荷的改变。
在协调控制过程中，锅炉主控汽压能够有效消除存在的动态偏差，而PID调节器的动态反应较为缓慢，其主要应用于静态偏差 的消除。其实际作用原理如图1所示，该方案中涉及到的LLAG延时时间长短将会直接影响微分前馈的作用效果，而PID调节器则可以根据机组的实际运行负荷，改变比例带和积分时间的相关参数。
图1 前馈方案
2.2 该系统中存在的诸多问题以及问题产生的根本原因
在系统的实际运行过程中，主汽压力的变化主要受到工况和燃料质量变化的影响，其中最主要的影响性因素为燃料的基本质量，其不但会对系统动态的实际调节产生影响，更会对静态的稳定性产生极大影响。当AGC指令较为稳定时，主汽压力将主要受到燃料质量影响，此时产生的偏差只能借助PID调节器逐渐消除，另外受到锅炉燃烧惯性和PID作用较为滞后的影响，因此主汽压调节控制的难度将会进一步上升。而PID参数太强则会使得主汽压力出现周期性震荡，而太弱又会使得压力偏差长时间内不能得到修正。根据我厂的负荷速率分析，经过多次修正之后的PID参数的最优结果为：当实际压力围绕设定值进行周期性震荡时，其峰值偏差常常会超过1MPa，并且会引起主汽温的大幅度波动，受此影响使得减温器调节的负担进一步增加。基于上述分析，仅仅借助PID参数的调节已经不能满足机组正常运行的基本需求。
在AGC指令产生变化时，负荷指令和主汽压目标都会产生变化，微分前馈的变化首先会对锅炉主控指令产生变化，而PID调节器则会使得动态响应变的更加滞后。因为前馈参数是设定值，并不需要考虑实际压力带来的影响，当负荷指令产生变化时便会形成相对应的数值，在连续等时间段内负荷变化相等时，其输出的数值也是定值。倘若初次负荷变动所产生的压力存在偏差时，在之后的多次变动中压力偏差则会不断累积，最终出现超调和欠调的基本现象。基本原理相同，当在欠压情况下进行升负荷运行时，便会出现燃料不足的基本现象，随着运行时间的增长，欠压现象将会进一步恶化，根据我厂当前的负荷运行情况分析，当升负荷压力存在偏差时，前馈将会按照原有幅度进一步增加燃料，该种变化也使得压力偏差始终存在，进而对AGC响应和负荷的稳定运行产生影响。该种现象也会出现在降负荷中。所有在当前的系统运行中应当减小煤质变化对于快速控制产生的影响作用。
经过百余次的试运行之后，为了加快AGC的响应速度，采取了牺牲压力保证系统负荷的基本方式，最终实现汽机主控和给水控制的提速。当符合变动较大时，汽机调门的实际开度将会受到主控的影响而快速变动，从而使得主汽压产生大幅度的波动。另外，负荷变化也会对主汽温的变化产生影响，减温用水量也会产生极具变化，进而使得给水控制产生较大波动，最终对主汽压产生较大影响。
3 系统优化的基本方案
3.1 有效消除静态偏差而制定的优化方案
当符合稳定时，所产生的主汽压波动都是受到煤质变化产生的，而借助PID调节器具有较强的之后性，仅仅加强参数又会出现周期震荡，煤质变化情况不能及时完成采集，从而产生新的扰动源。而对于该项问题的解决方案为：使压力偏差成为可调节量，借助磨组余粉以最快的速度消除存在的压力偏差。另外，将函数的输出参与到锅炉的主控指令中去，使其成为燃料用量的修正因素，提升系统的调节能力。
在表1中涉及到的锅炉主控指令Y受到压力偏差X的影响，即将输出的值乘以适当的放大系数K，将所获得的数值加入到风量前馈中去，从而以最快的速度消除存在的压力偏差。由于燃烧器实际安装位置存在差别，其对于主汽压和主汽温所产生的影响也会存在差别，其中下层燃烧器主要对主汽压产生影响，而主汽温则主要受到上层燃烧器的影响。基于此，在不同位置设置的放大系数也会存在差异。在此过程中，必须注意风量和燃料量比例的控制，而实际比例将会直接影响到磨组中余粉的作用时间，另外，在该方案的实际运行过程中必须充分考虑到磨组和一次风机的经济型和安全性。当风量过大时，一次风机的出力将会受到影响，而余粉太早消耗完会使得燃料补充不及时，从而引发磨组风量控制和风温控制失调的现象，最终出现跳磨。但是当风量太小时又会使得粉管被堵塞，进而危及到磨组运行的安全性。
3.2 消除动态偏差的基本方案
当负荷产生变化时，往往是借助前馈作用加快响应速度，但是在原方案中的前馈参数都为定值，而且都是以负荷指令为基础，并没有充分考虑到负荷变化过程中实际压力和设定值之间存在的关联，因此最终偏差将会进一步增大。所以，在负荷升降时应当根据实际压力和设定值之间的差值进行前馈参数的调整，从而减少前馈量偏差。
在方案优化过程中，负荷变化和压力偏差都被看做是被调量，并且在实际应用过程中根据需求进行前馈参数的调节。经过实验发现LLAG时间参数如表2所示。
上表中的PT是指主汽压力偏差，而为了能够快速反应偏差情况，在实际工作过程中并没有获得实际压力和主汽压力设定值之间存在的偏差，这是因为主汽压力经过三阶惯性延时之后已经不利于快速响应。
根据相关逻辑关系得出上述几种情况，将表1中的参数填入到微分前馈中，便可以获得动态变参数，如图2所示。
图2 逻辑控制图
该方案在实际调整过程中主要针对不同情况下的锅炉主控PID参数，对于AGC的相应速度不会产生影响。
4 经过优化之后的实际运行效果
经过优化之后，两台机组的实际运行效果良好，在稳压负荷下产生的压力偏差不超过0.5MPa，而在设定负荷下的静态工况也较为良好。
在变负荷背景下，压力偏差被控制在1MPa之内。在设定负荷下工作时，因为主汽压偏差得到了有效控制，其对于主汽温的实际影响也得到了控制。
5 结束语
经过方案优化之后，有效解决了静态运行状况下存在的压力偏差问题，进而减少了主汽压对于其他系统产生的干扰作用。而在动态响应时也能够较为有效的控制主汽压力产生的偏差，有效的解决了单元机组在实际运行过程中存在的相关问题。该种变化不但能够保证负荷响应的快速完成，还能够极大提升机组实际运行过程中的安全性和经济性。
参考文献
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论文作者:黄海龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/6/1
标签：偏差论文; 负荷论文; 压力论文; 机组论文; 锅炉论文; 汽机论文; 过程中论文; 《电力设备》2016年第3期论文;