高廣宇

摘 要：隨著社會(huì)不斷發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，面對(duì)人們用電需求量增加的問(wèn)題，需要重視電力輸送的品質(zhì)，注重供電穩(wěn)定性以及安全性，提高電網(wǎng)負(fù)荷能力。對(duì)供電需求的滿足需要促進(jìn)供電機(jī)組的協(xié)調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化，作為一個(gè)變量較多且涉及因素復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)能夠促進(jìn)經(jīng)營(yíng)成本的降低，保證供電系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。本文將通過(guò)對(duì)600MW火力發(fā)電機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行分析，研究其協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，深入探究促進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)節(jié)的具體措施，推動(dòng)供電系統(tǒng)升級(jí)，提高供電品質(zhì)，為滿足用戶用電需求而不斷努力。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電機(jī)組；協(xié)調(diào)系統(tǒng)；調(diào)節(jié)與優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

由于人口數(shù)量增多以及生產(chǎn)生活用電需求量的擴(kuò)大，我國(guó)為了提高電力供應(yīng)水平不斷擴(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模，雖然電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大有效緩解供電不足問(wèn)題，但電力的控制管理系統(tǒng)仍然發(fā)展緩慢，傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今的供電系統(tǒng)規(guī)模，降低了對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性的管理，因此要求發(fā)展新型控制系統(tǒng)，以符合大中型發(fā)電機(jī)組的需求，促進(jìn)供電的穩(wěn)定安全，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生了。

1.火力發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式過(guò)程為：使用燃煤作為主要燃料，在制粉系統(tǒng)中將煤變?yōu)榉勰?，?jīng)過(guò)配風(fēng)運(yùn)送至鍋爐，利用其產(chǎn)生的熱能將水轉(zhuǎn)化成蒸汽，再利用蒸汽的高壓使汽輪機(jī)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)從而推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并反復(fù)迅速切割磁力線產(chǎn)生電力，使火力向電力轉(zhuǎn)換。以上環(huán)節(jié)的連接需要各設(shè)備之間的協(xié)調(diào)，從而促使發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可以利用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)達(dá)到目的。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)共有6種運(yùn)行方式。

1.1基本方式

基本方式屬于低級(jí)運(yùn)行方式，一般在機(jī)組處于啟動(dòng)狀態(tài)和供電負(fù)荷較低的狀態(tài)下運(yùn)行，當(dāng)汽輪機(jī)和鍋爐輔助出現(xiàn)運(yùn)行異常狀態(tài)時(shí)也可以運(yùn)用這種辦法進(jìn)行故障排查。基本方式主要使鍋爐與汽機(jī)的主要控制系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)，由相關(guān)工作人員進(jìn)行手動(dòng)控制，讓系統(tǒng)負(fù)荷指令對(duì)機(jī)組的實(shí)際發(fā)出功率進(jìn)行跟蹤管控，并始終保持向更高一級(jí)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。

1.2機(jī)跟爐方式

機(jī)跟爐方式也叫汽輪機(jī)跟蹤方式，屬于協(xié)調(diào)系統(tǒng)中的較高級(jí)運(yùn)行方式，當(dāng)處于汽輪機(jī)狀態(tài)正常，鍋爐沒(méi)有自主運(yùn)行能力的情況時(shí)，可以使用這種方式。鍋爐一般會(huì)因?yàn)樘幱诘拓?fù)荷狀態(tài)、工作狀況不穩(wěn)定、鍋爐或者鍋爐輔機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題等原因而不具備自主運(yùn)行能力。其運(yùn)行辦法為：將汽輪機(jī)設(shè)定為自動(dòng)運(yùn)行并保持鍋爐的手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)主控氣壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，壓力值為工作人員提前設(shè)定，單元機(jī)組不接收負(fù)荷指令，只根據(jù)鍋爐的輸出負(fù)荷變換功率。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，采取機(jī)跟爐方式，利用汽輪機(jī)將主控氣壓維持在某一固定數(shù)值，幫助發(fā)電系統(tǒng)迅速找到故障發(fā)生點(diǎn)，及時(shí)恢復(fù)正常的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，避免問(wèn)題的擴(kuò)大化，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1.3爐跟機(jī)方式

這種方式也被稱為鍋爐跟蹤方式，一般用在汽輪機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障或者機(jī)組負(fù)荷受限狀況中。主要通過(guò)將鍋爐設(shè)置為自動(dòng)運(yùn)行對(duì)氣壓進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，氣壓值由工作人員提前設(shè)置，汽輪機(jī)處于手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組輸出功率通過(guò)工作人員手動(dòng)控制或者利用DEH進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1.4機(jī)跟爐協(xié)調(diào)

這是協(xié)調(diào)系統(tǒng)中的高級(jí)運(yùn)行方式，利用汽輪機(jī)進(jìn)行跟蹤的一種系統(tǒng)協(xié)調(diào)方式。此種方式應(yīng)用范圍較廣，只要單元機(jī)組帶有基本負(fù)荷就都可以使用。機(jī)跟爐的協(xié)調(diào)方式將汽輪機(jī)與鍋爐同時(shí)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，汽輪機(jī)接收負(fù)荷信號(hào)反饋，并控制氣壓，氣壓數(shù)值為工作人員提前手動(dòng)設(shè)定，也可以利用自動(dòng)滑壓進(jìn)行設(shè)置。鍋爐負(fù)責(zé)機(jī)組自動(dòng)調(diào)功，并接收前端的負(fù)荷反饋信號(hào)，負(fù)荷參數(shù)由工作人員設(shè)定或者由ADS分配，且機(jī)跟爐協(xié)調(diào)方式參與電網(wǎng)的調(diào)頻活動(dòng)。

1.5爐跟機(jī)協(xié)調(diào)

同樣作為協(xié)調(diào)方式中的高級(jí)運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式參與供電電路調(diào)頻。主要通過(guò)鍋爐跟蹤進(jìn)行設(shè)備協(xié)調(diào)，對(duì)參與電網(wǎng)調(diào)峰的設(shè)備具有良好效果，此種運(yùn)行方式下，汽輪機(jī)與鍋爐都在自動(dòng)控制狀態(tài)，通過(guò)鍋爐對(duì)氣壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)目標(biāo)負(fù)荷信號(hào)進(jìn)行接收，通過(guò)汽輪機(jī)調(diào)整機(jī)組功率，其操作方式與機(jī)跟爐運(yùn)行方式基本相同。

1.6機(jī)爐協(xié)調(diào)方式

是機(jī)跟爐與爐跟機(jī)兩種運(yùn)行方式的綜合，汽輪機(jī)與鍋爐同時(shí)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，汽輪機(jī)控制氣壓和輸出功率，鍋爐也對(duì)輸出功率進(jìn)行控制，二者同時(shí)作用于機(jī)組，并參與供電網(wǎng)的調(diào)頻環(huán)節(jié)。這種狀態(tài)下會(huì)將汽輪機(jī)的氣壓設(shè)定數(shù)值略高于輸出功率設(shè)定值，重點(diǎn)在于氣壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，氣壓數(shù)值既可以通過(guò)工作人員進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定，也可以由自動(dòng)滑壓進(jìn)行設(shè)置。鍋爐負(fù)責(zé)機(jī)組設(shè)備的調(diào)功，接收目標(biāo)負(fù)荷信號(hào)。也有部分協(xié)調(diào)系統(tǒng)采取鍋爐負(fù)責(zé)氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的情況，這種狀態(tài)下，汽輪機(jī)主要負(fù)責(zé)控制輸出功率，氣壓調(diào)諧為輔。

2.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中存在的問(wèn)題

2.1機(jī)組主控氣壓響應(yīng)較慢

在對(duì)目標(biāo)負(fù)荷進(jìn)行提升時(shí)，需要調(diào)節(jié)調(diào)門(mén)開(kāi)度，命令信號(hào)立即加大，但整個(gè)設(shè)備機(jī)組延遲較大，鍋爐的燃燒要有一個(gè)緩慢變化的過(guò)程，所以會(huì)產(chǎn)生延遲，對(duì)熱量的監(jiān)控?cái)?shù)值不能精確及時(shí)地反映鍋爐的實(shí)時(shí)燃燒狀態(tài)，當(dāng)升降負(fù)荷進(jìn)行時(shí)，如果升速率一定，那么負(fù)荷指令前饋微分輸出為恒定值，此時(shí)僅僅依靠汽機(jī)能量需求信號(hào)和熱量信號(hào)的偏差來(lái)改變?nèi)剂狭?，?dǎo)致壓力響應(yīng)速度慢。特別是在升降負(fù)荷結(jié)束后，穩(wěn)態(tài)偏差遲遲不能消除。

2.2 AGC投入后，汽機(jī)負(fù)荷響應(yīng)慢，不能達(dá)到網(wǎng)調(diào)的要求

對(duì)火力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，負(fù)荷的響應(yīng)速度和機(jī)前壓力的波動(dòng)量是一對(duì)矛盾的過(guò)程。如升負(fù)荷時(shí)，要保證負(fù)荷的響應(yīng)速度，就要迅速動(dòng)作汽機(jī)調(diào)門(mén)，充分利用鍋爐蓄熱，所以會(huì)導(dǎo)致主汽壓力的快速下降要保證主蒸汽壓力的平穩(wěn)，就需要犧牲負(fù)荷的響應(yīng)速度，等待鍋爐燃燒產(chǎn)生的新蒸汽。CCS投入后，從機(jī)組運(yùn)行角度來(lái)考慮，升降負(fù)荷過(guò)程中希望主蒸汽壓力波動(dòng)較小，所以一般采取適當(dāng)犧牲負(fù)荷的響應(yīng)速度來(lái)保證主蒸汽壓力的穩(wěn)定。但是在投入AGC后，網(wǎng)調(diào)更關(guān)心負(fù)荷的響應(yīng)速度，所以必須對(duì)原先的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，不僅要保證主蒸汽壓力的波動(dòng)量而且還要滿足AGC對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速度的要求。

3.優(yōu)化后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

3.1優(yōu)化后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析

針對(duì)原來(lái)控制方案的不足之處，我們對(duì)在升降負(fù)荷時(shí)，通過(guò)負(fù)荷指令的前饋?zhàn)饔弥苯盈B加到汽機(jī)主控指令上，從而迅速改變負(fù)荷。然后由PID對(duì)負(fù)荷進(jìn)行細(xì)調(diào)。這樣既加快了負(fù)荷響應(yīng)速度，又減少了負(fù)荷超調(diào)和調(diào)整時(shí)間。熱量信號(hào)的重新校正，可以使參數(shù)得到重新調(diào)整，使得熱量信號(hào)更加準(zhǔn)確。

3.2優(yōu)化后一次調(diào)頻、AGC試驗(yàn)

對(duì)CCS控制策略優(yōu)化后，網(wǎng)調(diào)對(duì)該電廠一次調(diào)頻、AGC進(jìn)行了驗(yàn)收。（1）一次調(diào)頻驗(yàn)收方案為：強(qiáng)制一次調(diào)頻指令最大值±24NIW，觀察負(fù)荷響應(yīng)速度以及主汽壓力、燃料量、實(shí)際負(fù)荷等重要參數(shù)的變化。試驗(yàn)結(jié)果為：在一次調(diào)頻瞬間升降24NIW負(fù)荷過(guò)程中：主蒸汽壓力最大波動(dòng)±25MPa，燃料量最大變化為±26，實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)迅速。各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于網(wǎng)調(diào)對(duì)一次調(diào)頻試驗(yàn)的規(guī)定。（2）AGC驗(yàn)收方案為：投入AGC，做升/降40NI認(rèn)負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)速率為6NIW。觀察實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)速度以及主汽壓力、燃料量等重要參數(shù)的變化。

結(jié)論

火力發(fā)電機(jī)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)是促進(jìn)發(fā)電效率提高，降低生產(chǎn)成本，提高供電穩(wěn)定性與安全性的基礎(chǔ)，因此促進(jìn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化與調(diào)節(jié)具有極為重要的作用，要求面對(duì)負(fù)荷壓力的耦合問(wèn)題利用反偏差函數(shù)措施進(jìn)行調(diào)節(jié)；利用前饋信號(hào)增加目標(biāo)負(fù)荷指令中的超前調(diào)節(jié)，并傳遞至PID，避免擾動(dòng)因素的同時(shí)進(jìn)行，降低延遲，提高反饋速度與反饋數(shù)值的準(zhǔn)確。通過(guò)對(duì)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化完善發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式，提高供電質(zhì)量，滿足用戶供電需求。

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