楊穎 等

摘要：針對(duì)華北電網(wǎng)《兩個(gè)細(xì)則》的實(shí)施，為提高#2機(jī)組AGC性能指標(biāo)，上都發(fā)電公司#2機(jī)組采用由EMERSON公司提供的高級(jí)算法控制軟件包來實(shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化（URO），取得良好效果。

關(guān)鍵詞：兩個(gè)細(xì)則 AGC性能 URO STO 高級(jí)算法

1 概述

1.1 華北電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”簡(jiǎn)介 為加強(qiáng)廠網(wǎng)協(xié)調(diào)，促進(jìn)網(wǎng)廠和諧發(fā)展，保證電力系統(tǒng)安全，華北電監(jiān)局《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》（簡(jiǎn)稱《兩個(gè)細(xì)則》），于2010年1月正式運(yùn)行。

《兩個(gè)細(xì)則》中定義了兩類AGC補(bǔ)償考核指標(biāo)，即可用率、調(diào)節(jié)性能：①可用率：反映機(jī)組AGC功能良好可用狀態(tài)。計(jì)算公式：Ka=可投入AGC時(shí)間/月有效時(shí)間

其中可投入AGC時(shí)間指結(jié)算月內(nèi)，機(jī)組AGC保持可用狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，月有效時(shí)間指月日歷時(shí)間扣除非電廠原因（含檢修、通道故障等）造成的不可用時(shí)間。

②調(diào)節(jié)性能（Kp）：目前考慮調(diào)節(jié)速率（K1）、調(diào)節(jié)精度（K2）與響應(yīng)時(shí)間（K3）等三個(gè)因素的綜合體現(xiàn)；調(diào)節(jié)速率（K1）：指機(jī)組響應(yīng)設(shè)點(diǎn)指令的速率，可分為上升速率和下降速率；調(diào)節(jié)精度（K2）：是指機(jī)組響應(yīng)穩(wěn)定以后，實(shí)際出力和設(shè)點(diǎn)出力之間的差值；響應(yīng)時(shí)間（K3）：是指EMS系統(tǒng)發(fā)出指令之后，機(jī)組出力在原出力點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可靠地跨出與調(diào)節(jié)方向一致的調(diào)節(jié)死區(qū)所用的時(shí)間。

調(diào)節(jié)性能計(jì)算公式為：Kp=K1*K2*K3

1.2 上都發(fā)電公司#2機(jī)組概述 上都發(fā)電公司#2機(jī)組為600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、控制循環(huán)汽包鍋爐；其型號(hào)為HG-2070/17.5-HM8，鍋爐整體采用Π型布置，為氣密性全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉結(jié)構(gòu)。爐膛容積熱負(fù)荷60.2KW/m3，爐膛斷面熱負(fù)荷3.907MW/m2。

鍋爐燃用的煤種屬于高水分、高揮發(fā)份、低發(fā)熱量、低灰熔點(diǎn)，有強(qiáng)結(jié)渣特性典型的褐煤。為了防止鍋爐結(jié)渣、考慮高海拔問題和保證鍋爐輻射吸熱，設(shè)計(jì)采用了較大的爐膛斷面、較高的爐膛高度，從而獲得了非常低的爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛斷面熱負(fù)荷。

同屬西北地區(qū)另一電廠同容量同型式設(shè)計(jì)燃用低熔點(diǎn)優(yōu)質(zhì)煙煤的鍋爐。該鍋爐配置了6臺(tái)HP1003型碗式中速磨煤機(jī)，額定負(fù)荷5臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用。其他設(shè)計(jì)燃用煙煤的同容量鍋爐，會(huì)有更小的爐膛。可見，上都電廠設(shè)計(jì)燃用勝利煤田褐煤的鍋爐爐膛水冷壁，具有更大的金屬重量和水容積，因此爐膛會(huì)具有更大的熱慣性。

1.3 機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng) DEB協(xié)調(diào)控制方式中所用的主要信號(hào)是機(jī)組負(fù)荷、汽機(jī)一級(jí)壓力、機(jī)前壓力和汽包壓力，調(diào)節(jié)輸出仍是鍋爐的燃料和汽機(jī)調(diào)門。

DEB控制的幾個(gè)關(guān)鍵變量：

汽機(jī)一級(jí)壓力，它代表進(jìn)入汽機(jī)的蒸汽流量，亦即汽機(jī)的輸入功率。

汽機(jī)調(diào)節(jié)閥有效開度，汽機(jī)一級(jí)壓力與主汽壓比值正比于調(diào)節(jié)閥開度，它只對(duì)閥門開度有反應(yīng)，不受燃料量（內(nèi)擾）的影響。

能量平衡信號(hào)，它代表汽機(jī)預(yù)期的輸入功率。

熱量信號(hào)，熱量信號(hào)代表單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒傳給鍋爐的熱量。

控制策略：熱量信號(hào)作為鍋爐主控調(diào)節(jié)器的被調(diào)量，熱量指令作為鍋爐主控調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器的被調(diào)量應(yīng)等于設(shè)定值。

該協(xié)調(diào)控制方式下，為適應(yīng)華北電網(wǎng)《兩個(gè)細(xì)則》，2號(hào)機(jī)組速率的設(shè)定為11MW/min，但由于鍋爐響應(yīng)慢，汽壓偏差常常達(dá)到1.2～1.5MPa，使得機(jī)組實(shí)際速率只有5～7MW/min。

2 URO在上都發(fā)電公司的應(yīng)用

隨著自動(dòng)控制理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，新理論、新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)PID智能控制的理論研究和應(yīng)用研究十分活躍，已提出許多方法，如專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測(cè)控制等等，其目的就是要提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、收斂性、魯棒性，解決過程中的高度非線性和不確定性。

艾默生控制系統(tǒng)推出了SMART PROCESS系列高級(jí)軟件來優(yōu)化機(jī)組控制性能和工藝性能，已在其他電廠得到了成功應(yīng)用，上都發(fā)電公司#2機(jī)組DCS系統(tǒng)為艾默生控制系統(tǒng)，因此，為了進(jìn)一步改善控制品質(zhì)，提高機(jī)組響應(yīng)速度，采用了艾默生過程控制公司的負(fù)荷響應(yīng)優(yōu)化軟件，來改善機(jī)組負(fù)荷跟蹤特性。

2.1 第一階段：前期試驗(yàn)階段 試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)試汽機(jī)和鍋爐在各種擾動(dòng)下的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，驗(yàn)證與收集測(cè)試數(shù)據(jù)，為URO建立數(shù)學(xué)模型做準(zhǔn)備；在所有數(shù)學(xué)模型裝載后，整定和測(cè)試機(jī)組的變負(fù)荷速率和系統(tǒng)。

試驗(yàn)內(nèi)容：整個(gè)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)在兩個(gè)不同的負(fù)荷點(diǎn)（95%-550MW、75%-450MW、55%-350MW）下進(jìn)行，測(cè)試功率、壓力等參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性，最終進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

2.2 第二階段：實(shí)施階段 URO機(jī)組響應(yīng)優(yōu)化的目的是通過控制汽機(jī)調(diào)門和鍋爐燃燒來滿足盡可能小的主汽壓力偏差下的快速負(fù)荷響應(yīng)。

URO包括兩部分：汽機(jī)調(diào)門控制和鍋爐燃料量控制。這兩部分的控制信號(hào)分別送入相應(yīng)的M/A 控制站。

鍋爐燃料量指令是在基于模型修正后的主汽壓力需求而產(chǎn)生的。URO是建立在Ovation系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略下用于替代CBF模式的，所以所有的操作界面都是與原先控制畫面相匹配的，僅僅增加了切換至URO模式的按鈕。

2.2.1 汽機(jī)調(diào)門控制。汽機(jī)控制通過計(jì)算需要的汽機(jī)調(diào)門指令來控制汽機(jī)負(fù)荷。負(fù)荷由PID控制器和前饋信號(hào)來實(shí)施調(diào)節(jié)。負(fù)荷設(shè)定值由負(fù)荷指令經(jīng)一次調(diào)頻指令修正后產(chǎn)生。汽機(jī)側(cè)的主要功能是控制功率，但由于動(dòng)態(tài)特性的不一致，需要有限壓回路來協(xié)調(diào)。限壓回路共有兩項(xiàng)限制措施來實(shí)現(xiàn)：①壓力設(shè)定值和實(shí)際壓力偏差限制（通過修正負(fù)荷設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)），當(dāng)主汽壓力調(diào)節(jié)偏差過大時(shí)，將要限制汽機(jī)主控的指令輸出；②當(dāng)壓力超過16.8MPa時(shí)，也進(jìn)行限壓校正。

2.2.2 燃料量控制。燃料量控制結(jié)構(gòu)包括：燃料量模型：通過ARX算法實(shí)現(xiàn)基于模型控制的前饋信號(hào)；壓力偏差模型：通過ARX算法實(shí)現(xiàn)的對(duì)于PID控制器主汽壓力設(shè)定值的修正；變參數(shù)的主汽壓力PID控制器；燃料熱值校正控制：通過實(shí)時(shí)修正燃料熱值來修正燃料指令，以保證更加精確的控制。

燃料量模型應(yīng)用ARX算法分別建立定壓模型、滑壓模型和一次調(diào)頻模型。運(yùn)行人員可以自由切換兩種壓力模式——定壓或者滑壓（原先已經(jīng)內(nèi)置于LDC控制系統(tǒng)）。

定壓模式中壓力設(shè)定值由操作人員設(shè)定。滑壓模式中壓力設(shè)定值由一個(gè)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，函數(shù)發(fā)生器涵蓋300到600MW負(fù)荷段。

滑壓的ARX模型和定壓的ARX模型是不相同的。在滑壓模式下，燃料被用來變動(dòng)負(fù)荷和響應(yīng)相應(yīng)負(fù)荷段的壓力。在定壓模式下，燃料僅僅被用來變動(dòng)負(fù)荷?；瑝汉投▔耗Ｊ降那袚Q是通過模糊算法FUZZIFIER來實(shí)現(xiàn)的。

定壓模型數(shù)據(jù)是在TF（汽機(jī)跟隨）模式下收集的，滑壓模型數(shù)據(jù)是在BASE（基本）模式下保持汽機(jī)調(diào)門開度不變的情況下收集的。在負(fù)荷變動(dòng)的初始階段鍋爐的蓄能被釋放，這導(dǎo)致了壓力的變化。為了消除這種壓力變化對(duì)于PID控制器的影響，一個(gè)模型化的壓力預(yù)測(cè)值信號(hào)被用來迫使PID控制器不要去計(jì)算由于蓄能變化產(chǎn)生的壓力偏差。壓力預(yù)測(cè)信號(hào)由兩個(gè)ARX算法產(chǎn)生，一個(gè)ARX模型是鍋爐負(fù)荷響應(yīng)；第二個(gè)模型的輸入為鍋爐負(fù)荷響應(yīng)與汽機(jī)負(fù)荷設(shè)定的偏差，模型為對(duì)應(yīng)于上述偏差的汽機(jī)機(jī)前壓力響應(yīng)。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)和效果 為了了解機(jī)組特性和建立模型，在不同負(fù)荷段分別進(jìn)行了BASE模式下的汽機(jī)閥門擾動(dòng)試驗(yàn)、BASE模式下的燃料擾動(dòng)試驗(yàn)和TF模式下的燃料擾動(dòng)試驗(yàn)，得出機(jī)組的特性模型用于ARX算法。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在整個(gè)試驗(yàn)過程中，煤質(zhì)變化很大。為了抵御這種變化對(duì)機(jī)組控制的沖擊，在鍋爐主控輸出側(cè)加入煤質(zhì)校正回路，經(jīng)過對(duì)機(jī)組原先運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的分析確定了煤質(zhì)校正的曲線和參數(shù)。

在修改和增加了URO邏輯后，通過多次試投運(yùn)，進(jìn)一步優(yōu)化了參數(shù)，并進(jìn)行了高、中、低負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)。在對(duì)回路進(jìn)行精調(diào)后進(jìn)行了三角波測(cè)試。具體結(jié)果如下：

高負(fù)荷下，由于所有子系統(tǒng)處于出力比較大的狀態(tài)，包括磨煤機(jī)系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)都表現(xiàn)出很強(qiáng)的滯后性，其中燃料系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間由中低負(fù)荷3分30秒左右遲滯增加到7分鐘左右。壓力偏差的消除變得比較困難，變負(fù)荷時(shí)負(fù)荷的響應(yīng)變得遲緩，同時(shí)發(fā)現(xiàn)汽機(jī)調(diào)門在90%±2%表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性影響了功率的跟隨，針對(duì)這種非線性增加了汽機(jī)閥門的曲線修正。

中低負(fù)荷下（300MW-500MW），URO投用后效果明顯，響應(yīng)迅速而準(zhǔn)確，能夠滿足快速變負(fù)荷的要求，并可以保證主汽壓力的控制。

具體試驗(yàn)曲線如下：

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從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，很直觀的看出，在投入U(xiǎn)RO控制后，通過模型化和模糊控制的精確計(jì)算，即使負(fù)荷的變化速率設(shè)為11MW/Min的情況下，機(jī)組同樣達(dá)到了快速而穩(wěn)定的要求。其中：變負(fù)荷試驗(yàn)500MW-450MW—400

MW過程中最大主蒸汽壓力偏差僅有0.5MPa。在保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，同時(shí)也滿足了機(jī)組負(fù)荷快速響應(yīng)的要求。

在得到了上述試驗(yàn)快速而穩(wěn)定的驗(yàn)證后，投入機(jī)組AGC控制，直接接受網(wǎng)調(diào)指令。

3 結(jié)論

京津唐地區(qū)實(shí)施的“兩個(gè)細(xì)則”考核，包括兩種模式：動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)模式、ACE模式。在投入U(xiǎn)RO模式后，由于機(jī)組的控制品質(zhì)得到了大幅度提高，相應(yīng)的考核Kp值也有了明顯的提高。調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間的指標(biāo)都有了質(zhì)的改變，調(diào)節(jié)深度也進(jìn)一步加深。

經(jīng)過了優(yōu)化后的上都#2號(hào)機(jī)組，在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上克服了多個(gè)機(jī)組控制的復(fù)雜問題，大大改善了機(jī)組的協(xié)調(diào)控制性能。

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作者簡(jiǎn)介：楊穎（1975-），女，工程師，2005年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)，一直從事發(fā)電廠熱控系統(tǒng)檢修維護(hù)工作；安正軍（1969-），男，助理工程師，2004年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)，一直從事發(fā)電廠熱控系統(tǒng)檢修維護(hù)工作；李俊琦（1976-），男，本科，現(xiàn)從事電廠熱工自動(dòng)化工作。