摘要：自动发电控制（AGC）是电网调度自动化的一项重要功能，而发电机组机炉协调控制系统（CCS）的稳定运行是AGC投入的前提条件。妈湾电厂5号机组由于各种原因，运行品质欠佳，通过对CCS策略进行优化改进，取得良好效果。
关键词：锅炉主控；汽机主控；锅炉蓄热；调节器
0引言
CCS是机组DCS中MCS的重要组成部份，妈湾电厂5号机组经过锅炉低碳燃烧、增加脱硝系统、汽轮机通流改造和DCS升级改造后，原来的协调设计方案的相关参数整定变得不合适，主汽压力、煤量和负荷波动大，运行品质欠佳。同时AGC对机组的要求越来越高，原CCS设计已经不能满足机组AGC要求，现对机组CCS进行了优化完善，改进后的CCS动态调节性能及静态特性明显改善，在6MW/min、9MW/min变负荷过程中机组性能指标达到部颁标准，机组AGC投入后性能指标超过电网要求。本文拟对CCS策略的改进与优化进行阐述，供同行参考。
1机组CCS及AGC简介
妈湾电厂5号机组的协调控制系统主要采用上海新华控制工程有限公司生产的XDPS-800型分散控制系统，控制策略采取以锅炉跟随为的基础协调控制系统（CBF），是以经典的前馈—反馈复合控制系统为基础，辅以自适应、自校正等技术措施，系统简单实用。该控制系统运行方式有以下4种方式：基本方式(BASE);汽机跟随(TF);锅炉跟随(BF);以锅炉跟随为基础的协调控制系统(CBF)图1,并可以实现无扰切换。
图1 CBF原理框图
2 CCS问题原因分析
（1）锅炉主控压力调节器调节参数设置不合理，调节器参数偏弱。
（2）负荷动态微分前馈量在小幅度变化负荷时设置不合适，加减负荷时不能满足锅炉对能量的需求。
（3）磨煤机一次风量波动对稳态时的主蒸汽压力也有一定影响。
（4）锅炉测惯性大，磨煤机带负荷能力较差。
（5）为了机组的经济性能，煤的热值低，煤种变化大。
3 CCS策略优化和改进
3.1 CBF锅炉主控输入信号优化
基本思路是将炉侧的功率偏差按一定权重折算成压力偏差加到炉主控的压力偏差指令回路中（功率1MW折算成压力约0.06MPa）。并且对功率偏差和压力偏差进行适当限幅，减少系统异常工况下对锅炉燃燃影响。
3.2 CBF汽机主控输入信号优化
针对炉侧系统响应较慢及机侧压力和功率调节响应很快的特点，对机主控侧的压力、功率调节的指令回路进行了修正。基本思路是将炉侧的压力偏差按一定权重负向加到机主控的功率偏差指令回路中（压力1MPa折算成功率约15MW），这样充分利用机侧快速消除压力、功率偏差的特性，让汽机调门在主调功率的同时辅助锅炉参与调压。以达到消除压力(功率)波动较大造成燃料量、汽温波动过大的现象，有效地改善了机炉协调的整体性能。
3.2.1 CBF汽机主控功率输入信号优化
如图1中在机主控的功率偏差指令中对功率指令进行了F2(t)函数处理，F2(t)是一个阶惯性环节，以解决机侧的电调响应较快，锅炉响应较慢，用来调节机侧动作时间，从而反向抑制压力偏差的增大，起到辅助锅炉调压的作用。与此同时对功率偏差指令进行了F4(X)函数修正，F4(X)主要作用是对功率偏差进行限幅，限幅值定在+6MW以内，起到机组工况恶劣功率、压力偏差大时，汽机只调压不调功，从而保护机组。
3.2.2 CBF汽机主控压力输入信号优化
如图1中在机主控的压力偏差指令进行了F5(X)函数处理，F5(X)是死区限制(压力偏差死区约为+0.1MPa)，设置死区后，避免了高压调门频繁动作，有利于机组功率的稳定。
3.3 CBF锅炉主控前馈优化
如图1中锅炉主控的前馈信号由三部份组成，第一部份由功率指令进行了F3(X)函数处理而成，基本上是一个比例前馈，主要反映单元机组运行在典型稳定工况下的机组负荷与燃料量的关系，在变负荷过程中承担较大比例的所需燃料变化量，实现主动调节，以弥补锅炉的惯性与滞后。第二部份对功率指令进行了纯微分处理，用来短时间内增加或减少部分燃料量，起到超调作用，以进一步减少主汽压力偏差；并且针对不同变负荷率补偿幅度有别。第三部份对主汽压力指令进行了纯微分处理，当单元机组进入滑压运行时，也是用来短时间内增加或减少部分燃料量，起到超调作用，减少主汽压力偏差；并且针对不同主汽压变化率补偿幅度有别。
3.4 CBF汽机主控前馈优化
如图1中汽机主控的前馈信号由功率指令进行了F1(t)和F6(X)函数处理而成，其中F6(X)则是反映汽轮机组在典型稳定工况下的机组负荷与汽机主控输出的静态关系，并且进行一定加权处理（90%左右），实现汽机主动调节，以充分利用汽包锅炉的蓄能，加快功率响应。而F1(t)则是一个一阶惯性环节，在加快汽机响应同时，兼顾锅炉的大惯性与滞后特点，减慢汽机调门响应速度，从而减少动态中主汽压偏差，避免进入恶性循环。
3.5 CBF锅炉主控调节器变参数控制
锅炉主控调节器的比例增益KP和积分增益KI配置了动静两套参数，而微分部分则只有一套参数。一方面在变负荷动态过程中调节器KP相比静态较大，KI相比静态小得多，这样能加快调节速度，并避免过度积分造成严重超调；在稳态调节过程中，KP取值较小，KI取值较大，以增强消除静差的能力。另一方面动态调节中根据锅炉在不同负荷阶段动态特性有所区别，采取了KP随负荷指令进行修正，有助于改善不同负荷阶段下调节品质。再就是在稳态调节过程中，KP和KI随主汽压偏差大小进行修正，当主汽压偏差较大时，适当加大KP，减少KI，达到兼顾调节系统快速性与准确性目的。
3.6 磨一次风量调节回路优化
要加快单元机组功率响应，在充分利用锅炉蓄热加快汽机调节速度同时，还必须加快锅炉燃烧率，一方面可加快燃料量调节，如上面提到的锅炉主控前馈；另一方面可通过加快磨煤机一次风流量调节，以便利用磨内少量存粉，实际应用中在磨煤机的一次风流量调节器的前馈中增加了单元机组功率指令纯微分前馈。另外还改变了一次风压的设定值曲线，高负荷时适当提高一次风压，使磨煤机的出力更加灵敏，防止堵磨，造成主汽压力和负荷的波动。
3.7 完善一次调频的功能
一次调频作为协调系统一项辅助功能，在运行中根据系统周波变动不断要求单元机组功率快速响应，300MW机组最高影响功率达+18MW，如果没有很好处理将严重影响协调系统调节品质。根据CBF结构对协调节系统中一次调频进行了改进，同时按照电网要求实现一次调频自动投切功能。
3.8 CBF保护措施完善
在完善影响单元机组协调系统调节品质的一些措施同时，对特殊工况下对协调系统采取了特殊措施，主要有以下几点：
1）在机组自动减负荷（RB）功能未投入之前，增加RB条件下触发机组自动从CBF切到TF运行，并且声光报警，提醒运行操作员。
2）完善机组负荷指令闭锁增、闭锁减条件。
3）增加运行磨台数对炉主控调节器输出上限修正。
4）增加单元机组磨煤机堵塞智能识别功能(识别条件为:CBF炉主控调节器输出达上限,且主汽压仍低于设定点0.4MPa,延时30S)，同时机组自动从CBF切到TF运行，并且声光报警，提醒运行操作员。
4CCS参数整定动态试验
通过反复升降负荷扰动试验，重点确定一些动态参数，以提高控制系统调节品质。作为CBF系统重点需要调整的有：
1）如图1中的F1(t)和F2(t)两个惯性环节的时间，#5机组的F1(t)的惯性时间约为30S，F2(t)的惯性时间约为50S。
2）锅炉主控调节器的P、I、D参数。
3）汽机主控调节器的P、I参数。
4）锅炉主控调节器的功率指令微分前馈和压力设定点的微分前馈。
因随控制系统不同，各调节器功能块传递函数有别，加上各系统过程变量量纲不一，各项参数意义不一样，在此不进行量化。
5CCS投运效果和性能评价
改进后的CCS于2016年6月投入运行，并分别进行了负荷变化率为6MW/min、9MW/min，负荷变化40MW的考核试验，试验结果显示机炉协调系统的静态、动态品质各项指标达到部颁标准，并在2017年9月顺利通过电网对#5机的一次调频和AGC试验。
6 结语
CCS系统的调节性能优良是协调控制投入的基础，协调控制处于机组自动控制系统的最上层，锅炉给水、汽温、炉膛压力、送风、燃料等系统是CCS系统中的关键，直接关系到协调控制系统的成败，其调节性能指标必须达到规程要求。在改进CCS同时我们还重点优化了炉膛压力、送风和再热汽温系统。另外CCS要长期稳定投入，机炉主、辅设备必须具备良好健康水平。
参考文献：
韩忠旭，张智，刘敏，等． 北仑1 和2 号600 MW 单元机组协调控制系统的设计与应用[J].中国电机工程学报，2006，26（18）：126－132．
钱朝明，王会等. 1 000 MW火电机组协调控制策略优化[J].中国电力，2013 03.
论文作者:谭永茂
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：机组论文; 锅炉论文; 汽机论文; 功率论文; 偏差论文; 压力论文; 负荷论文; 《电力设备》2017年第34期论文;