楊大錨

(華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

變PID參數(shù)法在電廠自動發(fā)電控制中的應(yīng)用

楊大錨

(華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠2×600 MW機組在自動發(fā)電控制(AGC)方式下升降負荷時，存在主蒸汽壓力波動大的問題。針對機組協(xié)調(diào)控制品質(zhì)差的問題，在汽機主控邏輯中設(shè)計了一套變比例、積分、微分(PID)參數(shù)的功能塊，并合理設(shè)置該功能塊中的比例增益和積分時間，保證在AGC方式下機組能以較快的速度升降負荷，且能將主蒸汽壓力偏差控制在允許范圍內(nèi)。

變負荷；汽機主控；變參數(shù)；主蒸汽壓力

0 引言

華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠裝機容量為2臺600 MW亞臨界機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的汽包爐，采用四角切圓燃燒，磨煤機為直吹式，鍋爐慣性較大，汽包蓄熱較少。汽輪機為東方汽輪機有限公司產(chǎn)品，單閥控制，滑壓運行方式。自2014年陜西電網(wǎng)要求該廠投入自動發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)后，由于負荷指令變動較為頻繁，且電網(wǎng)要求的變負荷速度較快，該電廠2臺機組均存在升降負荷時主蒸汽壓力波動較大的問題，嚴(yán)重影響機組的安全、穩(wěn)定運行。

1 機組升降負荷時存在的問題

該電廠2臺機組升降負荷時存在的情況相同，本文以#1機組為例進行說明。機組升降負荷時，由于運行工況不盡相同，主要參數(shù)的變化也不同。如早晚高峰期機組在AGC方式下以較高速率大范圍升負荷時，在升負荷的初始階段，如果主蒸汽壓力高于或等于設(shè)定值，負荷指令增加后使得汽機主控按照一定的比例-積分-微分(PID)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的方向是汽機調(diào)節(jié)閥逐漸開大，實際負荷會較快跟隨AGC負荷指令，主蒸汽壓力與設(shè)定壓力在整個過程中偏差不大；如果主蒸汽壓力低于設(shè)定值較多或仍然有下降趨勢，負荷指令增加后汽機主控仍舊按照一定的PID參數(shù)進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度即汽機調(diào)節(jié)閥開啟的速度與主蒸汽壓力高于或等于壓力設(shè)定值時相同，實際負荷跟隨AGC負荷指令的速度會較慢，且隨著閥門的開大，主蒸汽壓力的實際值會有下降的趨勢，由于機組是滑壓運行，主蒸汽壓力的設(shè)定值隨著負荷指令的升高逐漸升高，導(dǎo)致主蒸汽壓力的設(shè)定值與實際值的偏差增大，使得實際負荷跟隨AGC負荷指令的速度變得更慢。由于該電廠鍋爐的滯后很大，因主蒸汽壓力減小而增加的煤量不能立即使主蒸汽壓力提高，因此，由于主蒸汽壓力的偏差增大，鍋爐的總煤量增加了很多，當(dāng)增加的煤量充分燃燒后主蒸汽壓力會迅速升高，導(dǎo)致升負荷后期主蒸汽壓力高于設(shè)定壓力較多[1]；同時，實際負荷高于AGC負荷指令較多，接下來汽機調(diào)節(jié)閥快速關(guān)小，主蒸汽壓力會有繼續(xù)憋高的趨勢，這種情況在高負荷時非常危險，如果不及時解除協(xié)調(diào)控制，機組主蒸汽壓力很可能會超壓，存在很大的安全隱患，影響機組的穩(wěn)定運行。同理，在機組以較高速率大范圍降負荷時，如果主蒸汽壓力高于設(shè)定值較多或有繼續(xù)升高的趨勢，汽機調(diào)節(jié)閥的快速關(guān)小會導(dǎo)致主蒸汽壓力憋高，實際負荷跟隨AGC負荷指令的速度會較慢；由于機組是滑壓運行，主蒸汽壓力的設(shè)定值隨著負荷指令的下降逐漸下降，會導(dǎo)致主蒸汽壓力設(shè)定值與實際值的偏差增大，總煤量會減少很多，在降負荷后期主蒸汽壓力低于設(shè)定值很多，負荷實際值低于負荷設(shè)定值較多；接下來汽機調(diào)節(jié)閥快速開大，主蒸汽壓力會有繼續(xù)下降的趨勢，整個過程壓力和負荷都控制得不好，還會導(dǎo)致汽溫等參數(shù)大大偏離正常值。

2 控制策略

針對這種情況，通過分析每次升降負荷時的協(xié)調(diào)控制曲線，該電廠熱控專業(yè)設(shè)計了一套汽機主控變PID控制策略，即變比例增益P和積分時間T。該策略的核心思想為：在AGC方式下升降負荷時，根據(jù)主蒸汽壓力與設(shè)定壓力的偏差修正汽機主控的P和T，從而改變汽機調(diào)節(jié)閥開度的變化速度，當(dāng)升負荷主蒸汽壓力高于設(shè)定值時，要求汽機調(diào)節(jié)閥以較高的速度開啟，當(dāng)升負荷主蒸汽壓力低于設(shè)定值時，要求汽機調(diào)節(jié)閥以較低的速度開啟；當(dāng)降負荷主蒸汽壓力高于設(shè)定值時，要求汽機調(diào)節(jié)閥以較慢的速度關(guān)小，當(dāng)降負荷主蒸汽壓力低于設(shè)定值時，要求汽機調(diào)節(jié)閥以較快的速度關(guān)小。汽機調(diào)節(jié)閥開啟和關(guān)小的具體速度靠汽機主控的P和T來實現(xiàn)，其均設(shè)計為穩(wěn)態(tài)和動態(tài)2部分，穩(wěn)態(tài)是指負荷穩(wěn)定的狀態(tài)，動態(tài)是指升降負荷時的狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)與動態(tài)的P相加得到汽機主控調(diào)節(jié)器的P，穩(wěn)態(tài)與動態(tài)的T相加得到汽機主控調(diào)節(jié)器的T[2-3]。動態(tài)的P和T在汽機主控邏輯中通過函數(shù)模塊來實現(xiàn)，函數(shù)模塊的輸入為主蒸汽壓力實際值與設(shè)定值的偏差，輸出為汽機主控的動態(tài)P和T。

3 汽機主控中P和T的函數(shù)

在分散控制系統(tǒng)(DCS)邏輯中，汽機主控的穩(wěn)態(tài)和升降負荷時的P，T通過采用幾套不同的函數(shù)來實現(xiàn)變化的功能，函數(shù)中的數(shù)值可以通過表格的形式體現(xiàn)。表1為穩(wěn)態(tài)時不同負荷指令對應(yīng)的汽機主控調(diào)節(jié)器的P和T，從表1可以看出，隨著負荷指令的升高，P逐漸減小，T逐漸加大，即比例作用和積分作用均減小，這種改變是從高負荷時穩(wěn)定主蒸汽壓力的角度考慮的。

表1 穩(wěn)態(tài)時不同負荷指令對應(yīng)的汽機主控調(diào)節(jié)器P和T

表2為升負荷時主蒸汽壓力設(shè)定值與實際值之差對應(yīng)的汽機主控調(diào)節(jié)器的P和T，從表2可以看出：升負荷時主蒸汽壓力越高，P越大，T越小，即比例和積分的作用越強；升負荷時主蒸汽壓力越低，P越小，T越大，即比例和積分作用越弱。表中數(shù)值為熱控人員通過分析協(xié)調(diào)控制曲線，經(jīng)多次修改參數(shù)后得出，下同。

表2 升負荷時參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

表3為降負荷時主蒸汽壓力設(shè)定值與實際值之差對應(yīng)的汽機主控調(diào)節(jié)器P和T，從表3可以看出：降負荷時主蒸汽壓力越高，P越小，T越大，即比例和積分的作用越弱；降負荷時主蒸汽壓力越低，P越大，T越小，即比例和積分作用越強。

表3 降負荷時參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

4 升負荷時動態(tài)P和T的邏輯實現(xiàn)

圖1為升負荷時動態(tài)P和T邏輯圖，圖中：LDCSP為負荷指令；SELGENMW為實際負荷；MWSP為負荷指令計算值，即負荷指令經(jīng)過機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)側(cè)一次調(diào)頻疊加后作為汽機主控調(diào)節(jié)器設(shè)定值的負荷指令；MAINPRESS為主蒸汽壓力；MAINPRESSSP為主蒸汽壓力設(shè)定值；SELRATE為升降負荷指令的開關(guān)量；TOTMP4為升負荷時的動態(tài)P，TOTMT4代表升負荷時的動態(tài)T。邏輯中的2個函數(shù)f(x)分別為主蒸汽壓力的偏差與動態(tài)P和T的函數(shù)，函數(shù)中的設(shè)置見表2。邏輯中設(shè)計了2個高選模塊：(1)LDCSP-SELGENMW值的高選，高選值設(shè)定為6 MW，且高選后有延時關(guān)的模塊；

圖1 升負荷時動態(tài)比例增益和積分時間邏輯

(2)MWSP-SELGENMW值的高選，高選值設(shè)定為4 MW。當(dāng)2個高選值均滿足且SELRATE=1的情況下邏輯中的與門出口為1，通過2個切換器取2個函數(shù)f(x)輸出，將計算出的TOTMP4和TOTMT4疊加到汽機主控的穩(wěn)態(tài)P和T上(見表1)；實際負荷接近負荷指令后，邏輯中與門出口為0，2個切換器切至0，TOTMP4和TOTMT4將按照切換器設(shè)定好的速率由當(dāng)前值變?yōu)?，動態(tài)比例和積分作用消失。例如：當(dāng)實際負荷SELGENMW在380 MW時升負荷，負荷指令LDCSP為400 MW，主蒸汽壓力的設(shè)定值為13.2 MPa，主蒸汽壓力實際值為13.7 MPa，主蒸汽壓力設(shè)定值與實際值之差為-0.5 MPa，根據(jù)表1和表2，穩(wěn)態(tài)P為0.80，穩(wěn)態(tài)T為115，動態(tài)P為0.40，動態(tài)T為-30，通過計算得出在升負荷初期作用到汽機主控調(diào)節(jié)器的P為1.20，T為85，使得汽機調(diào)節(jié)閥以較快的速度開啟，實際負荷能夠較快響應(yīng)負荷指令。當(dāng)升負荷過程中主蒸汽壓力偏差減小至-0.1 MPa時，動態(tài)P為0.25，動態(tài)T為-10，調(diào)節(jié)閥的開啟速度較之前會有所減小，主蒸汽壓力下降的速度也會減慢，起到穩(wěn)定壓力的作用。當(dāng)實際負荷接近負荷指令時，動態(tài)P和T均為0，汽機主控調(diào)節(jié)器的P為0.80，T為115，回歸到穩(wěn)態(tài)值。

5 降負荷時動態(tài)P和T的邏輯實現(xiàn)

圖2為降負荷時動態(tài)P和T的邏輯圖，圖中： TOTMP5為降負荷時的動態(tài)P；TOTMT5為降負荷時的動態(tài)T。邏輯中的2個函數(shù)f(x)分別為主蒸汽壓力的偏差與動態(tài)P和T的函數(shù)，函數(shù)中的設(shè)置見表2。 邏輯中設(shè)計了2個低選模塊：(1)LDCSP-SELGENMW值的低選，低選值設(shè)定為-6 MW，且低選后有延時關(guān)的模塊；(2)MWSP-SELGENMW值的低選，低選值設(shè)定為-4 MW。當(dāng)2個低選值均滿足且SELRATE=1的情況下邏輯中的與門出口為1，通過2個切換器取2個函數(shù)f(x)輸出，將計算出的TOTMP5和TOTMT5疊加到汽機主控的穩(wěn)態(tài)P和T上，當(dāng)實際負荷接近負荷指令時，邏輯中與門出口為0，2個切換器切至0，TOTMP5和TOTMT5將按照切換器設(shè)定好的速率由當(dāng)前值變?yōu)?，動態(tài)比例和積分作用消失。例如：當(dāng)實際負荷SELGENMW在580 MW時降負荷，負荷指令LDCSP為560 MW，主蒸汽壓力的設(shè)定值為15.5 MPa，主蒸汽壓力實際值為16.5 MPa，主蒸汽壓力設(shè)定值與實際值之差為-1.0 MPa，根據(jù)表1和表3，穩(wěn)態(tài)P為0.65，穩(wěn)態(tài)T為130，動態(tài)P為-0.40，動態(tài)T為70，通過計算得出降負荷初期作用到汽機主控調(diào)節(jié)器的P為0.25，T為200，使得汽機調(diào)節(jié)閥以較慢的速度關(guān)小，防止主蒸汽壓力由于調(diào)節(jié)閥的快速開啟而被憋高，從而避免機組超壓。當(dāng)實際負荷接近負荷指令時，動態(tài)P和T均為0，汽機主控調(diào)節(jié)器的P和T回歸到穩(wěn)態(tài)值。

6 控制策略優(yōu)化后的升降負荷曲線

汽機主控控制策略優(yōu)化后，在AGC控制方式下，該電廠2臺機組均能夠以較高的速度升降負荷，且能將主蒸汽壓力偏差控制在允許范圍內(nèi)。圖3、圖4分別為升降負荷初期和后期的主要參數(shù)趨勢，圖中：MAINPRESS為主蒸汽壓力實際值；MAINPESSSP為主蒸汽壓力設(shè)定值；10DCSFMYDAI001為電網(wǎng)AGC負荷指令；MWSP為負荷指令計算值，即負荷指令經(jīng)過CCS側(cè)一次調(diào)頻疊加后作為汽機主控調(diào)節(jié)器設(shè)定值的負荷指令；SELGENMW為實際負荷；BMOUT為鍋爐主控輸出；TMOUT為汽機主控輸出；TOTCOALFLOW為總煤量。

圖2 降負荷時動態(tài)P和T邏輯

圖3 升降負荷初期(315 MW)主要參數(shù)趨勢

圖4 升降負荷后期(600 MW)主要參數(shù)趨勢

從圖3、圖4可以看出，08:11:00—20:10:00，電網(wǎng)AGC指令頻繁地升降負荷，#1機組實際負荷能夠較快地跟蹤負荷指令，主蒸汽壓力實際值與設(shè)定值偏差始終在允許范圍內(nèi)，負荷變動時最大偏差為0.58 MPa，負荷穩(wěn)定時最大偏差為0.30 MPa。

7 結(jié)束語

華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠熱控專業(yè)在汽機主控邏輯中設(shè)計了一套變PID參數(shù)的功能塊，對機組協(xié)調(diào)控制起了積極的作用。在機組升降負荷時鍋爐側(cè)的預(yù)加減煤以及預(yù)加減一次風(fēng)壓對整個協(xié)調(diào)控制的作用是不能忽視的，正是這些作用與汽機主控調(diào)節(jié)閥動作的相互協(xié)調(diào)和配合，才能保證在AGC方式下既能滿足電網(wǎng)要求的負荷響應(yīng)速度，又能保持機組主蒸汽壓力等重要參數(shù)在可控范圍內(nèi)。

[1]田亮，曾德良，劉吉臻，等.簡化的330MW機組非線性動態(tài)模型[J].中國電機工程學(xué)報，2004，24(8)：180-184.

[2]劉吉臻.協(xié)調(diào)控制與給水全程控制[M].北京：水利電力出版社，1995.

[3]房方，劉吉臻，譚文.火電單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的多變量IMC-PID設(shè)計[J].動力工程，2004，24(3)：360-365.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-05-29；

2017-07-14

TM 621.6

A

1674-1951(2017)08-0006-04

楊大錨(1977—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，熱控專工，工學(xué)碩士，從事火電機組熱控及優(yōu)化方面的工作(E-mail:47773152@qq.com)。