黃曉東 李獻(xiàn)平 王定濤 石義坤 曾憲輝

（華能應(yīng)城熱電有限責(zé)任公司，湖北 應(yīng)城432400）

1 概述

隨著電網(wǎng)容量的增長(zhǎng)和區(qū)域間潮流的交換，電網(wǎng)對(duì)發(fā)電端電廠機(jī)組的AGC 要求越來(lái)越高，目前華北電網(wǎng)已經(jīng)推行關(guān)于AGC 的細(xì)則性能考核，AGC 的性能指標(biāo)已經(jīng)明確化。主要的性能指標(biāo)有4 個(gè)，分別為K1，K2，K3 和Kp，K1 是考核負(fù)荷實(shí)際變動(dòng)速率，中儲(chǔ)式機(jī)組要求實(shí)際負(fù)荷實(shí)際變動(dòng)速率不小于2%pe%/min，直吹式機(jī)組不小于1.5%pe%/ min；K2 是負(fù)荷穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)精度，衡量負(fù)荷調(diào)整的穩(wěn)態(tài)誤差，該指標(biāo)要求不小于1%pe；K3 是負(fù)荷響應(yīng)的靈敏度，指負(fù)荷實(shí)際變化的快慢指標(biāo)，要求響應(yīng)時(shí)間小于60s。實(shí)際考核中，要求K1＞1.0，K2＞1.0，K3＞1.0，Kp＞1.0。而且有一套自動(dòng)考核系統(tǒng)，電網(wǎng)根據(jù)考核機(jī)組的運(yùn)行情況自動(dòng)計(jì)算出該機(jī)組的性能指標(biāo)，并根據(jù)指標(biāo)情況對(duì)投入AGC 運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)行考核。

華能應(yīng)城熱電有限公司#2 機(jī)組為350MW 超臨界直流爐機(jī)組。

鍋爐為東方鍋爐生產(chǎn)的DG1130/25.4-II2 型鍋爐，該型號(hào)鍋爐是超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行的直流鍋爐，一次再熱、平衡通風(fēng)、單爐、膛、尾部雙煙道，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、前后墻對(duì)沖燃燒的全懸吊結(jié)構(gòu)Π 型鍋爐。汽輪機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的350MW 超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、雙抽凝汽式汽輪機(jī)。DCS 系統(tǒng)采用FOXBORO 過(guò)程控制有限公司的IA 分散控制系統(tǒng)。DCS 系統(tǒng)控制范圍包括模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、燃燒器管理（BMS）、報(bào)警系統(tǒng)（ANN）、鍋爐給水汽輪機(jī)控制（MEH）、旁路控制（BCS）、數(shù)據(jù)采集(DAS)、汽機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）、電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）、吹灰控制系統(tǒng)SOOT 等功能及有關(guān)系統(tǒng)的通訊功能。主汽溫調(diào)節(jié)采用二級(jí)噴水減溫調(diào)節(jié)。再熱汽溫調(diào)節(jié)采用煙氣擋板調(diào)節(jié)和事故超溫噴水。

2 #2 機(jī)組AGC 現(xiàn)狀

#2 機(jī)組AGC 控制的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制采用以水跟煤為主的控制策略，汽機(jī)控制機(jī)組負(fù)荷，鍋爐控制主汽壓力；當(dāng)機(jī)組處于AGC 控制模式時(shí)，AGC 負(fù)荷指令經(jīng)過(guò)負(fù)荷上下限及速率限制后形成機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令，與機(jī)組實(shí)發(fā)功率進(jìn)入汽機(jī)主控進(jìn)行PID 偏差運(yùn)算后生成汽機(jī)負(fù)荷指令送DEH 控制汽機(jī)閥門開(kāi)度，同時(shí)鍋爐主控接收主汽壓力偏差進(jìn)行PID 運(yùn)算后形成鍋爐負(fù)荷指令，鍋爐側(cè)燃料量直接響應(yīng)鍋爐負(fù)荷指令，給水流量則由兩部分形成：一部分根據(jù)鍋爐負(fù)荷指令和設(shè)計(jì)煤水比形成，這是給水流量指令的主要部分；另外一部分由分離器出口溫度（中間點(diǎn)溫度）的穩(wěn)態(tài)矯正信號(hào)組成，這是給水流量的次要部分。

#2 未優(yōu)化前投運(yùn)AGC 系統(tǒng)期間，實(shí)際負(fù)荷速率僅能達(dá)到3MW/MIN，大負(fù)荷變工況時(shí)主汽壓力波動(dòng)比較劇烈，偏差最大達(dá)到1.1MPa，穩(wěn)定時(shí)間超過(guò)50 分鐘；分離器出口溫度（中間點(diǎn)溫度）經(jīng)常波動(dòng)幅度在±7℃左右。

結(jié)合華能應(yīng)城熱電有限公司AGC 及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況及湖北電網(wǎng)《湖北電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行考核辦法》及相關(guān)規(guī)定，控軟自動(dòng)化技術(shù)（北京）有限公司與應(yīng)城熱電廠聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了AGC 實(shí)時(shí)快速響應(yīng)及協(xié)調(diào)控制優(yōu)化系統(tǒng)（AECS-2000 優(yōu)化控制系統(tǒng)，下文均采用此縮寫），為大型火力發(fā)電機(jī)組AGC 及協(xié)調(diào)控制優(yōu)化提供了一套完整的解決及優(yōu)化方案。AECS-2000 優(yōu)化控制系統(tǒng)將火力發(fā)電廠自動(dòng)控制領(lǐng)域先進(jìn)控制算法（內(nèi)模控制、協(xié)調(diào)控制、解耦控制）與AGC 及協(xié)調(diào)控制策略有機(jī)地結(jié)合在一起，為火力發(fā)電機(jī)組提高AGC 及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)響應(yīng)能力、系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性和系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力提供了一套合理完整的解決方案。

3 AECS-2000 先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)功能概述及#2 機(jī)組應(yīng)用實(shí)施

AECS-2000 先進(jìn)控制系統(tǒng)是開(kāi)放式控制系統(tǒng)，軟件組態(tài)采用面向?qū)ο螅∣bject-Oriented）技術(shù)的函數(shù)模塊編程，提供100 余種函數(shù)模塊庫(kù)供選擇，包含了許多復(fù)雜的先進(jìn)控制算法，如：

串級(jí)PID（Cascade PID）

多變量PID（Multiple Parameter PID）

分程控制（Split Range）

內(nèi)模控制IMC（Internal Model Controller）

協(xié)調(diào)控制CC（Coordinated Control）

多變量解耦控制MMC（Modular Multivariable Controller）等等。

所有的控制模塊已被完全配置在AECS-2000 系統(tǒng)中，并且提供了實(shí)用的自整定、自動(dòng)－手動(dòng)無(wú)擾切換和自動(dòng)跟蹤等控制功能。這些控制模塊使用了兩個(gè)或更多的控制變量，有效地控制一個(gè)或多個(gè)過(guò)程并使之達(dá)到相應(yīng)的設(shè)定值。這些先進(jìn)控制算法還考慮到了過(guò)程之間的相互干擾，用戶可以自己定義最優(yōu)的控制方案并結(jié)合控制輸出來(lái)抑制干擾。這些控制模塊還帶有各自獨(dú)立的ActiveX 技術(shù)的用戶圖形接口（Faceplates），用戶可以運(yùn)用它們快速地配置出畫面來(lái)，用于開(kāi)發(fā)和調(diào)試控制方案。

模型預(yù)測(cè)控制具有依據(jù)調(diào)節(jié)回路數(shù)學(xué)模型建立預(yù)測(cè)控制的特點(diǎn)，可以很好的解決調(diào)節(jié)系統(tǒng)延遲大、慣性大的問(wèn)題，其原理圖如下：

3.1 AECS-2000 先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)安裝

硬件安裝：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置

服務(wù)器數(shù)量：1 臺(tái)

服務(wù)器類型：塔式

配置：AECS-2000 專用服務(wù)器/22 液晶顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)

通訊軟件介紹：

AECS-2000 軟件：該軟件能通過(guò)OPC 服務(wù)器與DCS 進(jìn)行相關(guān)回路的數(shù)據(jù)采集和傳輸。其通訊協(xié)議是OPC 協(xié)議。

通訊配置

電廠網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：

工程師站/歷史站/操作員站需預(yù)留一個(gè)空余的網(wǎng)口（IP2地址200.200.200.210），在工程師站/ 歷史站/ 操作員站安裝Foxbro 的OPC 軟件包，設(shè)置AECS-2000 服務(wù)器IP 地址：200.200.200.212，工程師站/ 歷史站/ 操作員做為服務(wù)器端，AECS-2000 做為客戶端，通過(guò)OPC 協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶端數(shù)據(jù)雙向可讀寫通訊。

3.2 AECS-2000 先進(jìn)過(guò)程控制- 新型協(xié)調(diào)控制策略開(kāi)發(fā)

（1）AECS-2000 與DCS 的通訊測(cè)點(diǎn)

AGC 系統(tǒng)優(yōu)化需要建立的通訊測(cè)點(diǎn)

（2）開(kāi)發(fā)AECS-2000 先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)- 新型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相應(yīng)控制策略

新型協(xié)調(diào)控制策略采用直接能量平衡（DEB）方式下的爐跟隨控制，能量平衡信號(hào)Ps*P1/Pt 為鍋爐指令，鍋爐熱量信號(hào)P1+dPd/dt 為鍋爐反饋，d(AGC)/dt 為前饋增強(qiáng)燃燒，模型預(yù)測(cè)控制器CC 替換原有的PID 控制器作為主控制器；DCS 側(cè)增加無(wú)擾切換邏輯和畫面投切按鈕、通訊監(jiān)視點(diǎn)，控制策略如下：

3.3 DCS 需要完善的邏輯

DCS 與AECS-2000 的握手邏輯

3.4 通訊投入條件

（1）通訊握手信號(hào)，APC 控制平臺(tái)輸出連續(xù)翻轉(zhuǎn)的3 秒脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)“心跳邏輯”判斷，當(dāng)通訊正常時(shí)最終輸出常1，反之輸出為0。

（2）鍋爐主控/再熱汽溫在自動(dòng)，當(dāng)鍋爐主控/再熱汽溫在自動(dòng)時(shí)，可投入APC 控制；若手動(dòng)，不允許投入APC 或切除APC。

（3）運(yùn)行人員操作按鈕，當(dāng)以上條件都滿足時(shí)，運(yùn)行人員可手動(dòng)操作畫面中的APC 投入按鈕，完成APC 投入或切除；當(dāng)APC 已投入后，若因其他投入/切除條件引起APC 被切除，運(yùn)行人員操作按鈕自動(dòng)復(fù)位，其他條件再次滿足投入條件，還需運(yùn)行人員進(jìn)行操作投入，否則無(wú)法自動(dòng)投入。

3.5 DCS 與AECS-2000 鍋爐主控?zé)o擾切換邏輯

AECS-2000 投入時(shí)，鍋爐主控的輸出為APC 的輸出，鍋爐主控的PID 跟蹤APC 的輸出。AECS-2000 未投入時(shí)，鍋爐主控的輸出為鍋爐主控的PID 的輸出，APC 跟蹤鍋爐主控的PID 的輸出。這是為了實(shí)現(xiàn)在切換過(guò)程中的無(wú)擾切換。

4 影響AGC 控制調(diào)節(jié)指標(biāo)主要控制回路的優(yōu)化

4.1 優(yōu)化機(jī)組協(xié)調(diào)控制邏輯

（1）煤水比環(huán)節(jié)中，#2 原有控制邏輯中，鍋爐主控——燃料主控、鍋爐主控——給水主控的所有前饋均疊加在鍋爐主控上，而鍋爐主控指令變化成給水指令時(shí)需經(jīng)過(guò)3 階15 秒的慣性延時(shí)，以保證主汽溫度的穩(wěn)定，但與此同時(shí)也就無(wú)法有效適當(dāng)?shù)睦缅仩t蓄熱，針對(duì)此情況，提出在燃料主控及給水主控入口處分別增加1 路負(fù)荷指令微分前饋：目標(biāo)負(fù)荷指令與速率后負(fù)荷指令經(jīng)減法運(yùn)算后直接疊加在燃料主控設(shè)定上（也就是鍋爐主控輸出），幅值為每10MW 負(fù)荷指令最大輸出鍋爐主控總值1%，最大限幅為正負(fù)2；目標(biāo)負(fù)荷指令與速率后負(fù)荷指令經(jīng)減法運(yùn)算后直接疊加在給水主控設(shè)定上（也就是煤水比三階慣性之后），幅值為每10MW 負(fù)荷指令最大輸出12T/H 給水，最大限幅為正負(fù)20T/H；該前饋微分時(shí)間由目標(biāo)負(fù)荷和速率后負(fù)荷偏差決定，利用該前饋在負(fù)荷變動(dòng)初期，以適當(dāng)放寬溫度波動(dòng)范圍來(lái)加快AGC 負(fù)荷響應(yīng)。

（2）對(duì)煤水比函數(shù)、煤水比三階15 秒慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)摸底后，適當(dāng)修改煤水比函數(shù)（修改后煤水比基本為1:7.2）及慣性時(shí)間（修改后三階慣性為35：35：30），確保主汽溫度穩(wěn)定及主汽壓力響應(yīng)快速。

（3）煤水比控制中，#2 機(jī)組原分離器出口溫度設(shè)定值由機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)三階15 秒慣性環(huán)節(jié)后生成，但鑒于飽和蒸汽溫度與壓力關(guān)系更為直接，提出修改分離器出口溫度設(shè)定值由分離器出口壓力經(jīng)三階10 秒慣性后生成，確保在負(fù)荷變動(dòng)初期中間點(diǎn)溫度的穩(wěn)定。

（4）制粉環(huán)節(jié)中，#2 機(jī)組現(xiàn)階段一次風(fēng)量控制主要由一次風(fēng)機(jī)改變一次風(fēng)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，磨煤機(jī)熱風(fēng)門基本處于無(wú)用狀態(tài)，此現(xiàn)象極大影響對(duì)磨煤機(jī)蓄粉的利用，不利于鍋爐能量的快速變化，提出對(duì)熱風(fēng)門邏輯中新增機(jī)組負(fù)荷微分邏輯：速率后負(fù)荷指令經(jīng)40 秒微分運(yùn)算后疊加在熱風(fēng)門指令處，幅值暫為每10MW 對(duì)應(yīng)5%，最大值為正負(fù)5%，同時(shí)提高機(jī)組一次風(fēng)壓使磨煤機(jī)熱風(fēng)門始終處于70%有效調(diào)節(jié)開(kāi)度以內(nèi)，確保風(fēng)煤配比的及時(shí)性、超前性。

（5）機(jī)組滑壓控制中，#2 機(jī)組原滑壓方式下主汽壓力指令由目標(biāo)負(fù)荷指令經(jīng)三階10 秒慣性環(huán)節(jié)后生成，在AGC 指令頻繁鋸齒波變動(dòng)下不利于主汽壓力的穩(wěn)定，提出修改為機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令經(jīng)三階30 秒慣性環(huán)節(jié)生成，確保主汽壓力指令在AGC 變動(dòng)時(shí)不會(huì)額外增加協(xié)調(diào)控制自身內(nèi)擾。

4.2 優(yōu)化機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

（1）對(duì)基礎(chǔ)執(zhí)行層控制回路進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，通過(guò)定值擾動(dòng)試驗(yàn)以保證制粉系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓系統(tǒng)等主要子回路調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)到優(yōu)良，使協(xié)調(diào)控制上層指令在下層控制中能得到有效執(zhí)行。

（2）對(duì)機(jī)、爐主控進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，通過(guò)穩(wěn)態(tài)下的定值擾動(dòng)試驗(yàn)以保證機(jī)、爐主控在機(jī)組內(nèi)擾工況下的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

（3）對(duì)機(jī)、爐主控前饋進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，通過(guò)負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)以保證機(jī)、爐主控在機(jī)組外繞工況下的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4.3 優(yōu)化機(jī)組DEH 閥門流量特性參數(shù)

通過(guò)對(duì)機(jī)組DEH 閥門進(jìn)行流量特性摸底后，修改了#3、#4高調(diào)閥流量特性參數(shù)，消除機(jī)組負(fù)荷突變，提高負(fù)荷控制精度至±1.5MW 以內(nèi)。

5 優(yōu)化后投運(yùn)效果

通過(guò)對(duì)#2 機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化工作后，AGC 控制品質(zhì)得到明顯提高，負(fù)荷變動(dòng)速率可達(dá)1.5%pe%/min，機(jī)組主要控制參數(shù)也穩(wěn)定可控，下圖為優(yōu)化后投運(yùn)效果：

負(fù)荷變動(dòng)三角波主蒸汽壓力變化情況

上圖為AECS-2000投運(yùn)時(shí)，360MW～315MW～350MW～320MW變負(fù)荷的曲線圖（最大壓力偏差0.43MPa）

6 負(fù)荷單向爬坡主蒸汽壓力變化情況

上圖為AECS-2000 投運(yùn)時(shí)，335MW～250MW 單向變動(dòng)變負(fù)荷的曲線圖（最大壓力偏差0.56MPa）

從以上曲線分析可知：AGC 負(fù)荷大范圍變化時(shí)，AECS-2000 能夠使主汽壓力與設(shè)定值動(dòng)態(tài)偏差控制在0.5MPa以內(nèi)，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷變化率達(dá)到平均速率為5.3MW/min，優(yōu)于1.2%Pe/min 的直流爐考核標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足電網(wǎng)對(duì)AGC 的性能要求。

7 結(jié)論

本文對(duì)華能應(yīng)城熱電有限公司350MW 超臨界機(jī)組AGC控制優(yōu)化進(jìn)行了介紹分析，針對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制原設(shè)計(jì)，我們對(duì)主要控制策略和參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，目前該機(jī)組AGC 控制動(dòng)作迅速、主參數(shù)穩(wěn)定平滑，投入至今安全可靠。