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300 MW機組協(xié)調控制系統(tǒng)與AGC功能優(yōu)化

王杰,張長茂，周懷斌,丁玉璋，孫建明

（酒鋼集團能源中心，甘肅嘉峪關735100）

【摘要】針對300 MW機組協(xié)調控制系統(tǒng)調節(jié)品質差、無法穩(wěn)定運行以及AGC功能無法正常投入，對機組協(xié)調控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化。控制策略由原來直接指令平衡方式優(yōu)化為直接能量平衡控制方式，通過增加前饋提升鍋爐響應速率，模糊控制邏輯來改善系統(tǒng)動態(tài)性能，利用瞬時煤量來修正容量風開度來調整煤量。聯(lián)調試驗證明優(yōu)化后的系統(tǒng)能滿足AGC調節(jié)性能要求。

【關鍵詞】直接能量平衡法；前饋；模糊邏輯；AGC功能

1　概述

嘉峪關宏晟電熱公司2伊300MW機組于2007 年12月投產(chǎn)使用，采用哈爾濱鍋爐有限公司生產(chǎn)的HG-1025/17.5-YM24，為亞臨界、一次中間再熱、正壓直吹四角切圓、自然循環(huán)鍋爐。每臺鍋爐配備有3臺雙進雙出的鋼球磨煤機，采用一次風直吹式制粉系統(tǒng)。協(xié)調控制方式采用直接指令平衡策略，該策略[1]采用前饋指令加閉環(huán)校正方式，將負荷指令直接送至汽機主控和鍋爐主控，使汽機和鍋爐同時獲得最快的負荷響應。汽機側重校正負荷，使實際負荷等于負荷指令，鍋爐側重校正壓力，使主蒸汽壓力等于滑壓曲線設定值。機組存在主要問題有：一是機組協(xié)調控制系統(tǒng)無法正常的投入運行；二是系統(tǒng)調節(jié)性能差，無法滿足自動發(fā)電量控制(automatic generation control，AGC)投入要求。結合機組當前的運行狀況，對300 MW機組協(xié)調控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，選擇了直接能量平衡法作為協(xié)調控制系統(tǒng)的控制策略，在保證機組安全穩(wěn)定運行的前提下，在調節(jié)性能方面也做了大量的工作，如在鍋爐主控中增加了前饋控制方式來提高系統(tǒng)的動態(tài)響應能力，在鍋爐主控控制器參數(shù)選擇上采用目前比較先進的模糊邏輯理念等，系統(tǒng)控制性能得到了大大地改善。

2　協(xié)調控制系統(tǒng)改進的措施

2.1采用直接能量平衡法（DEB）策略

在協(xié)調控制策略上，由原來直接指令平衡法改變?yōu)橹苯幽芰科胶夥?。直接能量平衡法DEB(Di原rection Energy Balance)[2 -5]是位于美國的Leeds&Northrup公司提出的一種新穎的協(xié)調控制方法。以機組的能量平衡為出發(fā)點,以能量需求和能量釋放為控制信號。以能量需求信號為前饋,以熱量釋放信號為反饋,及時反應汽機側能量需求的變化和鍋爐釋放熱量的變化,根據(jù)二者的偏差調節(jié)燃料量,滿足負荷的適應性。

對于汽包來講，主蒸汽壓力穩(wěn)定性是反映機組調節(jié)性能的關鍵性因素。主蒸汽壓力變化過大會引起機組PCV閥動作，引起能量損失甚至可能引發(fā)不安全事件。DEB有保持壓力穩(wěn)定的能力，采用DEB控制策略是最佳選擇，并且在DEB基礎增加了微分環(huán)節(jié)來提高機組對熱能信號的響應速度。

2.2增加動態(tài)前饋來提高鍋爐響應速度

鍋爐屬于大慣性、非線性的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)調節(jié)響應時間滯后，存在著多種非線性輸入變量，且這些輸入變量之間是相互耦合的，控制機理十分的復雜。前饋控制針對于大慣性的系統(tǒng)提出的一種控制理念，且前饋信號可以為不可測的干擾信號，來對系統(tǒng)提前進行控制。

為了增加鍋爐的響應時間，在鍋爐主控增加了若干個前饋信號來改善鍋爐調節(jié)性能。（1）增加靜態(tài)前饋。機組負荷指令[3]代表了機組應發(fā)功率的大小，也代表了鍋爐側蒸汽功率的大小。利用機組負荷指令作為主函數(shù)加在鍋爐側的前饋信號中，根據(jù)負荷指令不同，形成不同的鍋爐輸入指令作為靜態(tài)前饋，送入鍋爐各子系統(tǒng)，作為穩(wěn)定工作點。（2）在機組變負荷過程中增加動態(tài)前饋。鍋爐側的純滯后與大慣性環(huán)節(jié)是影響機組動態(tài)性能的關鍵性因素，為此根據(jù)負荷指令信號比鍋爐輸入信號更早原理，來生成動態(tài)前饋信號，分別作用到燃料、送風、給水、減溫水等系統(tǒng)，加速鍋爐對負荷指令的響應速度，起到先動作、早控制的作用，該部分在穩(wěn)態(tài)情況不起作用。（3）增加主蒸汽壓力變化率前饋信號。主蒸汽壓力高低直接反映了機組蓄能的大小，該參數(shù)變化情況直接影響機組安全運行，為了保證主蒸汽壓力維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，增加主蒸汽壓力偏差作為鍋爐前饋信號，該前饋主要使用在穩(wěn)定情況下，當機組壓力偏差大時，該前饋作用加強，消除壓力偏差，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。（4）增加了DEB作為前饋，以及壓力設定值與機前壓力之間偏差作為前饋等。

通過增加若干個鍋爐主控的前饋信號，有效地改善了鍋爐的動態(tài)響應，在機組變負荷過程中，通過預加或預減煤，提升了變負荷速率。

2.3模糊邏輯應用在鍋爐主控參數(shù)選擇

模糊控制[6]是由美國的扎德創(chuàng)立的，1974年英國的Mamdani首先用模糊控制構建了模糊控制器，并把它用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功，這一開拓的工作標志著模糊控制理論的誕生。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)都需要建立數(shù)學模型，利用精確的數(shù)學模型去控制系統(tǒng)，對模型要求非常高。在實際工程應用中，無法得到精確的數(shù)學模型，而模糊思想不需要數(shù)學模型利用以往經(jīng)驗來改善系統(tǒng)的性能，實踐證明控制效果良好。以鍋爐調節(jié)器偏差與鍋爐調節(jié)器偏差變化率作為模糊邏輯的輸入，構成了11*11模糊控制表，模糊規(guī)則為11*E+DE，其中E為鍋爐調節(jié)器偏差，DE為偏差變化率。利用E與DE的變化，根據(jù)模糊規(guī)則得到值作為鍋爐主控制器積分時間常數(shù)。當壓力變化大時，積分時間常數(shù)變化，加快鍋爐響應，鍋爐主控輸出增加，反之亦然。

2.4瞬時煤量修正容量風開度調節(jié)煤量

為了保證進入爐膛燃燒量的準確性，從兩方面調節(jié)煤量進行改造：一方面將由原來的容量調節(jié)風門后移動到容量風門之前，移動后利用熱風來保證一次風壓，用熱冷風配比來調整磨煤機出口溫度值；另一方面利用瞬時煤量來不斷地修正容量風門的開度控制進入爐膛煤粉量。

本次改造對300 MW機組三臺雙進雙出磨均進行了改造升級，利用瞬時煤量值的大小有效地修正容量風門的大小，已達到用容量風門開度大小來控制進入爐膛燃料量大小。需要說明的是，為了保證容量風門的線性度，從兩個方面進行改進。第一，機組負荷變化不同區(qū)段，設置不同的一次風壓，以保證一次風攜帶煤粉的剛度；第二，對容量風門開度大小進行限制，一般設置在（0到55%開度）。除此之外，由于煤質、鍋爐本身特性的差異等因素的影響，當容量風門開度達到了設置上限（如55%）后，鍋爐主控輸入仍舊在增加，為了保證壓力穩(wěn)定，在鍋爐主控設置了閉鎖增，以防止后期鍋爐超壓。

3　協(xié)調控制與AGC聯(lián)調試驗

為了測試在協(xié)調控制方式下機組運行的穩(wěn)定性。我們在不同負荷、不同負荷速率下做了負荷擾動試驗，比較其控制效果的優(yōu)劣，如表1所示。

表1　不同速率下性能比較

從試驗數(shù)據(jù)可以得知，機組在負荷變動大時動態(tài)跟隨效果較好，實際負荷變化速率滿足相關標準的規(guī)定和要求，機組的主要參數(shù)相對穩(wěn)定。但是在小負荷變動時，由于煤質差，且波動較大，導致動態(tài)跟隨效果不夠理想。

AGC試驗是在變負荷試驗基礎上，由負荷調度中心向機組發(fā)送負荷指令，以驗證協(xié)調控制系統(tǒng)及各子自動控制系統(tǒng)響應負荷變動的能力。根據(jù)電網(wǎng)要求，變負荷設定為7.5 MW/min，機組初始負荷為211 MW，如圖1為新4#機組AGC聯(lián)調趨勢圖。

圖1　新4#機組AGC聯(lián)調試驗

LDC GROSS-MW為機組負荷，從試驗得到趨勢可知，實際負荷由211.05 MW升至239.805 MW，實際負荷速率為7.1 MW/min，試驗過程中速率滿足電網(wǎng)要求。主汽壓力，主蒸汽溫度，給水等參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。由此證明優(yōu)化的協(xié)調控制方式在調節(jié)性能方面得到了大大地改善，完全滿足AGC投入要求。

4　結束語

本文主要根據(jù)嘉峪關宏晟電熱公司300 MW機組AGC功能優(yōu)化項目，通過優(yōu)化協(xié)調控制系統(tǒng)，改善機組調節(jié)性能，滿足了電網(wǎng)對機組AGC調節(jié)性能的要求。但實際使用中，在速率高的情況下主蒸汽壓力波動大，引起協(xié)調控制系統(tǒng)退出，甚至PCV閥動作，今后協(xié)調控制系統(tǒng)還需要進一步的優(yōu)化。

[參考文獻]

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Optimization of the Coordination Control System and AGC Function in 300 MW Power Unit

Wang Jie，Zhang Chang mao，Zhou Huaibin，Ding Yuzhang，Sun Jianming

（Energy Center of Jiuquan Iron & Steel Group, Jiayuguan, Gansu 735100, China）

[Abstract]To solve the problem of poor regulation of the coordination control system and instable operation and AGC function unable to be used of the 300 MW unit, the coordi原nate control system was optimized in four aspects. The control strategy was changed from DIB to DEB; feed forward was added to increase response rate of the boiler; fuzzy control logic was adopted to improve system dynamic performance; and instantaneous coal amount was used to correct the capacity wind opening to adjust actual coal quantity. Combined test proved that the optimized system can meet the requirements of AGC regulation performance.

[Keywords]DEB; feed forward; fuzzy logic; AGC function

作者簡介:王杰（1985-），男，畢業(yè)于西安電子科技大學控制工程專業(yè)，碩士研究生，工程師,現(xiàn)從事電廠的熱工自動化及熱工儀表研究工作。

收稿日期:2015-09-22

【文章編號】1006-6764（2015）12-0061-03

【文獻標識碼】B

【中圖分類號】TP27