火电机组协调技术研究及应用

火电机组协调技术研究及应用

刘伟

大唐东营发电有限公司 山东省 东营市 257000

摘要：为改善机组负荷响应能力，越来越多的工程设计采用了以锅炉跟随为基础的协调控制系统。大型单元机组是一个多变量控制对象。机、炉的控制动作相互影响，且动态特性差异较大。为把炉、机的参数检测、过程调节、联锁保护、逻辑控制等各个方面作为一个整体进行控制，使炉、机控制更具灵活性、快速性和准确性，既能满足电网调峰和调频的需求，又能保证机组安全、经济运行，建立合理的机、炉协调控制策略是至关重要的。

关键词：协调控制系统(ccs)；机组负荷；技术研究；应用

中图分类号：TM617 文献标识码：B

1CCS概念阐述与发展现状

发电厂协调控制系统CCS（Coordinated Control System），它将单元机组的锅炉、汽轮机和发电机作为整体加以控制，它担负生产过程中水、汽、煤、风、烟各系统的主要过程变量的闭环调节任务，以及整个单元机组的负荷控制任务。随着火电厂容量和参数的提高，对设备的投资也越来越大，对机组运行状况的要求也越来越高，同时所涉及的内容也越来越广泛，因此要求其安全性和经济性必须也相应提高。目前，各厂家的控制系统基本能满足机组运行调节和安全要求，但由于每台机组主辅设备都有其各自的特点，对控制系统的响应速度不同，所以还需要对控制系统进一步的优化调整。

2协调控制系统的功能及要求

单元机组协调控制系统要求实现如下基本功能：

（1）参与电网的调峰和调频，快速响应电网负荷的需求

调峰是电网根据负荷需求对机组进行的负荷调度；调频则是机组按频差特性根据网频变化自动完成的负荷调整。因此，调频是随机发生的，调峰则是人为组织的。

（2）稳定机组运行

检测与平抑机组运行中的各种内、外扰动，协调炉、机的能量平衡，协调锅炉内部燃料、送风、引风、给水、汽温等各子系统的能量平衡和质量平衡。

（3）机组出力与主辅机实际运行能力的平衡

机组运行中可能出现局部故障，或负荷需求超过了机组实时的负荷能力，使某些参数产生供需偏差。CCS设计应有：方向闭锁（in-creaseblock，、decreaseblock）、机组指令迫升/迫降（runup/rundown）辅机故障减负荷（runback）^[2]。

使机组在主、辅机或子回路控制受到限制的异常情况下，自动过渡到安全状态稳定运行。

（4）具有多种选择运行方式

协调控制系统应满足机组各种工况运行的要求，提供可方便选择且具有自动联锁切换的控制

方式。

3协调控制系统的组成

单元机组协调控制系统（CoordinatedControlSystem，CCS），是由负荷主控制系统、子控制系统和被控对象三大部分组成。

负荷主控制系统又包括两部分，即负荷指令处理部分（也称负荷管理控制中心）和机炉主控制器。

负荷管理控制中心（LMCC）根据机组实际情况，完成外部负荷指令ADS（AutomaticDispathSystem）和运行设定的负荷指令ALR的分选，并进行设定值的变化率限制、上下限限制和一次调频量修正，生成机组负荷执行命令ALD（ActualLoadDemand）。当出现机组主、辅机或子回路控制受到限制的异常情况时，负荷管理控制中心（LMCC）设计有机组辅机故障减负荷RunBack（快速返回）功能，有关的主要运行参数越限强制减负荷RunDown（迫降）或增负荷RunUp（迫升）功能，对负荷执行命令ALD进行符合机组实际状况的有效修正。

负荷主控制系统的机、炉主控制器是协调的执行运算单元，接受负荷执行命令ALD（或称ULD—UnitLoadDemand），根据锅炉和汽轮机的运行条件和要求，选择合适的运行方式，产生锅炉子控制系统的炉指令BLD（BoilerLoadDemand）和汽轮机子控制系统的机指令（TurbineLoadDemand）TLD。协调指挥炉、机各子系统同步实施调节，控制机组输入、输出能量平衡，控制汽压偏差Δp和功率偏差ΔN在允许的范围内，满足电网负荷需求，保证机组安全、经济运行。

根据单元机组容量、特性和合同规定的控制功能的不同，协调控制系统的设计方案各异。归纳起来，从反馈控制角度来说设计有机跟随为基础的和锅炉跟随为基础的协调控制系统。从能量平衡控制的角度来说设计有间接能量平衡和直接接能量平衡的协调控制系统^[3]。

4　单元机组协调控制系统设计的基本策略

建立合理的协调系统控制策略，关键在于处理机组的负荷适应性与运行稳定性间的矛盾。一般设计时应注意以下三个要点：

（1）机控要充分利用锅炉蓄能，满足机组负荷要求；

（2）炉控要动态超调锅炉的能量输入，尽快合理补偿锅炉蓄能的变化；

（3）要尽可能减少或消除炉、机的相互影响，采用扰动补偿、自治或解耦的控制原理，使扰动在控制回路中得到有效抑制或快速消除，非扰动控制回路应不动或少动。

不同的协调控制系统负荷管理控制中心基本是相同的，往往机、炉主控制器在落实上述控制要点的控制策略上有所区别^[4]。从控制结构出发，机、炉主控制器设计一般有两种指导思想：

（1）前馈-反馈控制

这种协调系统往往着力于发挥前馈控制技术和变参数控制技术的优势，以负荷指令作为炉控的前馈信号，间接协调机、炉之间能量供求的平衡。因此，也称为间接能量平衡控制系统（DIB）。

这种系统以主控参数如压力和负荷偏差反馈控制为基础，作为系统控制的细调，保证系统有足够克服内扰的能力和的较高的控制精度。系统比较着力于引入前馈控制为辅助调节手段，对系统进行快而基本准确的粗调，以提高负荷响应的速度。

系统前馈信号往往采用主被调量或其它相关的中间变量，使锅炉燃料超调于主被调量的波动输入，调节回路能提前动作，以拟合机组的动态迟延和惯性。系统前馈量应遵循满足负荷指令与机、炉主控指令之间一定的静态关系。若控制适当，将可直接抵消或有效抑制扰动，加快补偿负荷扰动时锅炉蓄能的变化。

一般系统还设计有非线性控制环节，在充分利用锅炉蓄热提高负荷响应速度的同时，注意控制主汽压力在允许的偏差范围内^[5]。

（2）能量平衡控制

这种协调系统也称为直接能量平衡控制系统（DEB）。系统组成以能量平衡信号作为炉、机控的前馈指令，力争在能量平衡前馈作用下，炉、机能协调一致地满足电网负荷变化的需求。能量平衡控制协调系统中，主控参数反馈控制仅起辅助、消差作用。

5结束语

由于协调控制系统反馈控制过程缓慢，传递时滞和惯性易引起调节过度积分和系统不稳定。因此，协调控制系统里，采用反馈控制仅为了消除稳态时主被调量的偏差。现代控制一般均比较着力于引用前馈控制技术和变参数控制技术，使组织的协调系统更适应不同工况下对象特性的变化；直接或间接地快速完成炉、机能量需求的平衡控制。

参考文献

[1]沈丛奇，归一数，方炯.火电厂全厂负荷优化分配及其控制方式的研究[J].华东电力，2005，33(3)：18-22.

[2]李卫华，王玉山，段南，等.600MW火电机组AGC运行方式下的控制特性分析[J].华北电力技术，2005(11)：1-4.

[3]周红英.AGC新模式下协调控制系统的分析及改进[J].华北电力技术，2010(4)：32-36.

[4]李卫华，王玉山.大型火电机组在AGC运行方式下的控制特性分析[J].电网技术，2005，29(18)：12-16.

[5]张栾英，吴宝琴，谷俊杰，等.火电机组协调控制系统对AGC响应速度的综述[J].仪器仪表用户，2006，12(6)：3-5.