孔德奇，司瑞才，鄧海濤，張立業(yè)，王 強(qiáng)，劉 樂(lè)

(1.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司本溪熱電分公司，遼寧 本溪 117000；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 長(zhǎng)春 130021)

主蒸汽溫度是火電機(jī)組的主要控制參數(shù)之一，其控制效果直接影響著機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力。目前火電機(jī)組主蒸汽溫度控制系統(tǒng)普遍采用傳統(tǒng)的比例-積分-微分(PID)串級(jí)控制，這種控制方案雖然現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試簡(jiǎn)單，但由于主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的變參數(shù)、大慣性、大時(shí)滯的特性，僅通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)的手段難以解決汽溫波動(dòng)大、超溫的問(wèn)題，尤其是當(dāng)電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)指令頻繁波動(dòng)時(shí)，常規(guī)控制策略很難應(yīng)對(duì)，從而造成主蒸汽溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)變差，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)及安全[1-2]。

本文采用副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制邏輯及防主蒸汽溫度超調(diào)的減溫水噴射邏輯等解決方案，徹底解決了主蒸汽溫度在電網(wǎng)AGC指令頻繁波動(dòng)情況下調(diào)節(jié)品質(zhì)劣化的問(wèn)題。

1 AGC指令頻繁波動(dòng)對(duì)主蒸汽溫度的影響

主蒸汽溫度易受風(fēng)量、煤量等多個(gè)干擾源影響，其中機(jī)組AGC指令的變化是影響主蒸汽溫度主要因素之一。當(dāng)機(jī)組AGC指令在短時(shí)間反復(fù)變化時(shí)，相當(dāng)于對(duì)鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)施加了一個(gè)小周期的反復(fù)擾動(dòng)。當(dāng)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)接受AGC增加負(fù)荷指令，控制汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)大時(shí)，主蒸汽壓力下降，主蒸汽溫度隨之下降，減溫水量減少。機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)同時(shí)增加燃料量，主蒸汽壓力穩(wěn)住且回升，主蒸汽溫度受燃料量和主蒸汽壓力的雙重影響而快速上升，減溫水量也必須快速增加，以穩(wěn)定主蒸汽溫度。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在10%額定負(fù)荷范圍內(nèi)頻繁變化時(shí)，減溫水量在0～100%頻繁變化[3-4]。當(dāng)減溫水量大幅度增加時(shí)，增加了蒸汽量的變化。負(fù)荷引起的燃料量調(diào)節(jié)變化又反過(guò)來(lái)影響主蒸汽溫度控制，使主蒸汽溫度控制產(chǎn)生新的擾動(dòng)，調(diào)節(jié)過(guò)程發(fā)生波動(dòng)。而在主蒸汽溫度控制尚未穩(wěn)定時(shí)，AGC又進(jìn)行反向調(diào)節(jié)，主蒸汽溫度調(diào)節(jié)又必須作與上述相反的調(diào)節(jié)，使主蒸汽溫度大幅度擺動(dòng)，難以衰減，因而引起主蒸汽溫度控制超調(diào)，最終造成鍋爐過(guò)熱器溫度過(guò)高或過(guò)低。

2 優(yōu)化控制策略

2.1 副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制邏輯

針對(duì)上述問(wèn)題制定副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制邏輯。控制邏輯按以下3種情況分析。

圖1 溫度低噴射觸發(fā)邏輯

a.鍋爐主蒸汽溫度測(cè)量值與設(shè)定值在±3 ℃以?xún)?nèi)，這種情況為正常調(diào)節(jié)狀態(tài)，主 PID正常調(diào)節(jié)，其輸出作為副 PID 的設(shè)定值，副 PID 依據(jù)該值同減溫器后溫度的偏差來(lái)控制調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度。

b.鍋爐主蒸汽溫度測(cè)量值小于設(shè)定值-3 ℃及以下時(shí)，常常出現(xiàn)主 PID 的輸出值作為副 PID 設(shè)定值小于減溫器后溫度的測(cè)量值，由于副 PID 是正作用的，調(diào)門(mén)是逐漸開(kāi)啟的，這樣控制只會(huì)導(dǎo)致主汽溫度越來(lái)越低。為了徹底解決這個(gè)問(wèn)題，保證調(diào)節(jié)的正確方向，采取將副P(pán)ID的設(shè)定值切換為主PID輸出加2 ℃的方法，作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)行強(qiáng)制切換，此種情況下，副P(pán)ID的輸入設(shè)定值與測(cè)量值偏差減少2 ℃，由于PID調(diào)節(jié)的作用，調(diào)節(jié)閥門(mén)會(huì)逐漸關(guān)閉一段時(shí)間，防止主蒸汽溫度的進(jìn)一步降低，實(shí)現(xiàn)副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制。

c.鍋爐主蒸汽溫度測(cè)量值大于設(shè)定值 3 ℃以上時(shí)，常常出現(xiàn)主 PID 的輸出值作為副 PID 設(shè)定值大于減溫器后的溫度，由于副 PID 負(fù)作用，調(diào)節(jié)閥門(mén)逐漸關(guān)閉，導(dǎo)致主蒸汽溫度越來(lái)越高，這種情況大量存在。為了徹底解決這個(gè)問(wèn)題，保證調(diào)節(jié)的方向正確，采取主 PID 的輸出減 2 ℃并作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值強(qiáng)制切換，此種情況下，副調(diào)節(jié)器的輸入設(shè)定值與測(cè)量值偏差增加2 ℃，調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)逐漸開(kāi)啟一段時(shí)間，防止主蒸汽溫度進(jìn)一步升高，實(shí)現(xiàn)副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制。

2.2 防主蒸汽溫度超調(diào)的減溫水噴射控制技術(shù)

在電網(wǎng)AGC負(fù)荷指令頻繁波動(dòng)的情況下，鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)處于持續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的過(guò)程，其主要作用是將主蒸汽溫度控制在合理的范圍之內(nèi)，防止主蒸汽溫度過(guò)高或者過(guò)低而影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。防主蒸汽溫度超調(diào)的減溫水噴射控制技術(shù)，即為了應(yīng)對(duì)這種頻繁變負(fù)荷工況而制定的一種控制方案，此方案的實(shí)施可有效地將主蒸汽溫度控制在某一范圍之內(nèi)(見(jiàn)圖1，圖2，S為主蒸汽溫度設(shè)定值與測(cè)量值的差)。

圖2 溫度高噴射觸發(fā)邏輯

當(dāng)主汽溫度測(cè)量值高于某一定值時(shí)，且主蒸汽溫度的變化趨勢(shì)為上升趨勢(shì)時(shí)，觸發(fā)一脈沖，減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度增加3%，當(dāng)溫度持續(xù)高于該報(bào)警值 2 min且主蒸汽溫度變化趨勢(shì)仍為上升趨勢(shì)時(shí)，減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度再增加3%，以后每2 min減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度再增加3%，直到溫度低于該報(bào)警值或主蒸汽溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)為止。

當(dāng)主汽溫度測(cè)量值低于某一定值時(shí)，且主蒸汽溫度的變化趨勢(shì)為下降趨勢(shì)時(shí)，觸發(fā)一脈沖，減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度減少3%，當(dāng)溫度持續(xù)低于該定值 2 min且主蒸汽溫度變化趨勢(shì)仍為上升趨勢(shì)時(shí)，減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度再減少3%，以后每2 min減溫水調(diào)門(mén)開(kāi)度再減少3%，直到溫度低于該定值或主蒸汽溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)為止。

3 工程應(yīng)用

主蒸汽溫度副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制邏輯及防主蒸汽溫度超調(diào)的減溫水噴射控制方案在內(nèi)蒙古某電廠(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用(見(jiàn)圖3)，通過(guò)參數(shù)整定和優(yōu)化，運(yùn)行結(jié)果表明，副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制邏輯及防主蒸汽溫度超調(diào)的減溫水噴射策略在機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況和變負(fù)荷工況時(shí)，主蒸汽溫度的控制指標(biāo)良好，滿(mǎn)足規(guī)程DL/T 657-2015《火力發(fā)電廠(chǎng)模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》及機(jī)組運(yùn)行的要求。機(jī)組穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，主蒸汽溫度偏差可控制在±1.6 ℃以?xún)?nèi)，在A(yíng)GC指令頻繁波動(dòng)的過(guò)程中，主蒸汽溫度可控制在±4 ℃以?xún)?nèi)。由圖3可見(jiàn)，AGC指令動(dòng)作區(qū)間為480～530 MW，負(fù)荷變動(dòng)過(guò)程中主蒸汽溫度動(dòng)態(tài)偏差在±4 ℃以?xún)?nèi)。

圖3 優(yōu)化后主蒸汽溫度控制效果

4 結(jié)論

汽溫控制是提高機(jī)組熱效率和保證機(jī)組安全運(yùn)行的重要組成部分，也是機(jī)組的控制難點(diǎn)，尤其是當(dāng)電網(wǎng)AGC指令頻繁波動(dòng)時(shí)，主蒸汽溫度的控制難度變的更大，常規(guī)控制策略很難應(yīng)對(duì)。本文對(duì)主蒸汽溫度頻繁動(dòng)作條件下對(duì)常規(guī)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，提出采用副P(pán)ID設(shè)定值自適應(yīng)控制邏輯及防主蒸汽溫度超調(diào)的減溫水噴射邏輯等解決方案，該方案在電廠(chǎng)的成功實(shí)施，徹底解決了主蒸汽溫度在電網(wǎng)AGC指令頻繁波動(dòng)情況下調(diào)節(jié)品質(zhì)劣化的問(wèn)題。