300MW單元機(jī)組協(xié)調(diào)及子系統(tǒng)優(yōu)化摘要：火電機(jī)組組熱控自動(dòng)化化水平的高低低高低，直接接反映了企業(yè)業(yè)的安全生產(chǎn)產(chǎn)、技術(shù)管理理水平的高低低。為滿足電電網(wǎng)資源優(yōu)化化配置的需要要，機(jī)組AGC功能的投運(yùn)運(yùn)也勢(shì)在必行行。作為AGC投運(yùn)基礎(chǔ)的CCS能長期穩(wěn)定定運(yùn)行，不但但可以實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)組的最優(yōu)控控制、提高機(jī)機(jī)組的發(fā)電效效率及機(jī)組運(yùn)運(yùn)行的可靠性性和穩(wěn)定性，而而且可以降低低運(yùn)行人員的的勞動(dòng)強(qiáng)度。因因此不斷對(duì)CCS系統(tǒng)及各子子系統(tǒng)控制策策略進(jìn)行優(yōu)化化完善，對(duì)各各系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)進(jìn)行調(diào)整，可可以使CCS系統(tǒng)長周期期穩(wěn)定投運(yùn)。本本文重點(diǎn)介紹紹平?jīng)鲭姀S300MW機(jī)組CCS協(xié)調(diào)及子系系統(tǒng)控制策略略的優(yōu)化和參參數(shù)調(diào)整的一一些經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：3000MW機(jī)組；控制制策略；調(diào)節(jié)節(jié)參數(shù)；優(yōu)化化0前言隨著單元機(jī)組容容量的增加和和發(fā)電廠上網(wǎng)網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益益激烈，發(fā)電電廠對(duì)機(jī)組的的安全穩(wěn)定運(yùn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性性要求越來越越高，如何優(yōu)優(yōu)化協(xié)調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)及各子系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，保保證機(jī)組安全全經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定定運(yùn)行越來越越受到人們重重視，筆者從從事電廠自動(dòng)動(dòng)控制工作多多年，以華能能平?jīng)鲭姀S4*3000MW機(jī)組為例，淺淺談300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控控制系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)。1平?jīng)鲭姀S設(shè)備備介紹平?jīng)鲭姀S為4××300MWW燃煤凝汽式式機(jī)組，鍋爐爐為亞臨界自自然循環(huán)中間間再熱汽包爐爐，制粉系統(tǒng)統(tǒng)采用6臺(tái)正壓直吹吹式中速磨，四四角切圓燃燒燒，六層煤粉粉，三層油。汽汽機(jī)為單軸，雙雙缸雙排汽機(jī)機(jī)組，投產(chǎn)以以來，由于控控制方式多、調(diào)調(diào)節(jié)參數(shù)配置置不好、控制制策略等原因因，造成協(xié)調(diào)調(diào)控制系統(tǒng)無無法長期穩(wěn)定定投入，經(jīng)過過更改控制方方式、控制策策略、調(diào)試系系統(tǒng)參數(shù)，使使得協(xié)調(diào)控制制系統(tǒng)能夠長長期穩(wěn)定投入入，并成功投投入了AGC控制。2協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制制策略、參數(shù)數(shù)優(yōu)化2.1原系統(tǒng)控控制策略及存存在的問題平?jīng)鲭姀S采用西西屋早期的控控制策略，分分為：BASE（基本控制制方式）、BF（鍋爐跟隨隨方式）、TF（汽機(jī)跟隨隨方式）、TF2（過度方式式）、CCBF（以鍋爐跟跟隨為主的協(xié)協(xié)調(diào)控制方式式）、CCTF（以汽機(jī)為為主的協(xié)調(diào)控控制方式），控控制方式多，且且各方式切換換時(shí)設(shè)有兩秒秒的保持，增增加了協(xié)調(diào)邏邏輯的復(fù)雜性性。其中TF2方式為過度度方式，在投投入鍋爐和汽汽機(jī)主控自動(dòng)動(dòng)后或機(jī)組發(fā)發(fā)生RUNBAACK后進(jìn)入TF2方式，在這這種方式下汽汽機(jī)控制主汽汽壓力，鍋爐爐控制負(fù)荷，汽汽機(jī)主控器和和鍋爐主控器器之間無協(xié)調(diào)調(diào)信號(hào)。投入入TF2控制方式將將會(huì)造成鍋爐爐主控器只控控制負(fù)荷不考考慮主汽壓，汽汽機(jī)主控器只只控制壓力不不考慮負(fù)荷的的情況，在機(jī)機(jī)組調(diào)節(jié)的過過程中將出現(xiàn)現(xiàn)鍋爐汽機(jī)不不匹配，引起起機(jī)組調(diào)節(jié)的的惡化的現(xiàn)象象，威脅機(jī)組組的安全穩(wěn)定定運(yùn)行。在正正常運(yùn)行時(shí)投投入CCTF方式，該方方式下汽機(jī)控控制壓力，鍋鍋爐控制負(fù)荷荷，不能充分分利用鍋爐的的蓄熱能量，負(fù)負(fù)荷響應(yīng)速度度慢且控制效效果不好，不不能滿足AGC投入要求。圖12.2優(yōu)化協(xié)調(diào)調(diào)控制策略采用基于鍋鍋爐跟隨的協(xié)協(xié)調(diào)方式隨著電力體制的的改革，各發(fā)發(fā)電公司之間間的競(jìng)爭(zhēng)越來來越激烈，電電網(wǎng)對(duì)電廠的的負(fù)荷響應(yīng)速速度要求越來來越高，平?jīng)鰶鲭姀S機(jī)組自自從2001年投產(chǎn)以來來，一直采用用汽機(jī)跟隨方方式的協(xié)調(diào)控控制方式。該該方式汽機(jī)主主控制主汽壓壓力，鍋爐控控制負(fù)荷，負(fù)負(fù)荷響應(yīng)速度度慢，為了提提高機(jī)組的負(fù)負(fù)荷響應(yīng)速度度，取消原設(shè)設(shè)計(jì)中的基于于汽機(jī)跟隨方方式的協(xié)調(diào)控控制方式，更更改為基于鍋鍋爐跟隨方式式，系統(tǒng)充分分利用了汽包包的出蓄熱能能力，大大的的提高的機(jī)組組符合的響應(yīng)應(yīng)速度。在調(diào)調(diào)節(jié)的過程中中，鍋爐的響響應(yīng)速度慢，汽汽機(jī)響應(yīng)速度度快，汽機(jī)調(diào)調(diào)門的動(dòng)作勢(shì)勢(shì)必會(huì)引起主主汽壓力的變變化，主汽壓壓力穩(wěn)定代表表鍋爐機(jī)組內(nèi)內(nèi)部的能量平平衡，功率代代表電網(wǎng)能量量的平衡，為為了確保機(jī)組組的穩(wěn)定，引引入主汽壓力力和其設(shè)定值值的偏差信號(hào)號(hào)通過F（X）函數(shù)轉(zhuǎn)化化為相應(yīng)的功功率信號(hào)去修修正汽機(jī)主控控器的功率信信號(hào)，另外增增加主汽壓力力設(shè)定值和實(shí)實(shí)際主汽壓力力信號(hào)偏差大大于0.5Mppa時(shí)閉鎖汽機(jī)機(jī)主控器，防防止主汽壓力力設(shè)定值和實(shí)實(shí)際值偏差大大時(shí)由于調(diào)整整負(fù)荷引起主主汽壓力向惡惡化的方向發(fā)發(fā)展。做到了了汽機(jī)在充分分利用了汽包包的蓄熱能力力，提高了機(jī)機(jī)組的負(fù)荷響響應(yīng)的同時(shí)，又又兼顧了主汽汽壓力的穩(wěn)定定，從而做到到了電網(wǎng)和機(jī)機(jī)組內(nèi)部的能能量平衡。2.3增加比例例的作用，提提高鍋爐的反反應(yīng)速度，改改善調(diào)節(jié)品質(zhì)質(zhì)比例-積分-微微分（PID）算法是DCS系統(tǒng)控制中中最常見的控控制算法。在在PID控制里，這這個(gè)算法會(huì)計(jì)計(jì)算比例，積積分，微分的的響應(yīng)和這三三者的和，以以此來計(jì)算真真實(shí)的輸出。平平?jīng)霭l(fā)電電廠廠采用PID算法為：比例的影響：比比例的參數(shù)取取決于誤差E，它是設(shè)置置點(diǎn)和過程變變量的差。比比例增益(Kp)是輸出出和誤差的比比值。比如，誤誤差信號(hào)的幅幅值是10，如果比例例增益是5，那么產(chǎn)生生的輸出就是是50。一般來說說，增加控制制系統(tǒng)的比例例增益，可以以提高系統(tǒng)的的響應(yīng)速度，同同時(shí)也會(huì)降低低穩(wěn)定誤差（也也就是設(shè)置點(diǎn)點(diǎn)和過程變量量的差）。盡盡管如此，如如果比例增益益太大，那么么過程變量就就會(huì)開始震蕩蕩。如果Kp再進(jìn)一步增增加，震蕩就就會(huì)加大，系系統(tǒng)就會(huì)變得得不穩(wěn)定。積分的影響：積積分參數(shù)穩(wěn)定定誤差之前，誤誤差和時(shí)間的的積分。因此此，積分響應(yīng)應(yīng)連續(xù)增加時(shí)時(shí)間直到誤差差為零。盡管管如此，積分分的過程有可可能會(huì)影響系系統(tǒng)的過沖，震震蕩。微分的的影響：PID算法的微分分參數(shù)預(yù)示了了將要出現(xiàn)的的誤差，因?yàn)闉槲⒎謪?shù)的的響應(yīng)是誤差差變化的積分分。因此，一一般來說，微微分過程減小小了超調(diào)和降降低了震蕩。在在另一方面，大大部分的實(shí)際際控制系統(tǒng)里里使用了非常常小的微分增增益(Td)，因因?yàn)槲⒎猪憫?yīng)應(yīng)對(duì)過程變量量信號(hào)的噪聲聲非常敏感。如如果反饋回來來的過程變量量代表的噪聲聲，微分參數(shù)數(shù)就會(huì)引起系系統(tǒng)的不穩(wěn)定定。由于鍋爐燃燒系系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)復(fù)雜的過程，很很難建立一個(gè)個(gè)準(zhǔn)確、真實(shí)實(shí)的表現(xiàn)鍋爐爐燃燒特性的的數(shù)學(xué)模型，根根據(jù)鍋爐模型型計(jì)算出調(diào)節(jié)節(jié)器參數(shù)的理理論方法有一一定的難度，對(duì)對(duì)于調(diào)節(jié)器來來說，一般工工程調(diào)試方法法如下:對(duì)于比例控控制來說，將將增益調(diào)到比比較小的位置置，逐步增大大以得到滿意意的曲線。對(duì)于比例積積分來說，先先將積分時(shí)間間無限大，按按純比例作用用正定比例度度。得到滿意意曲線后，將將比例度放大大（10~20）%，將積分時(shí)時(shí)間由大到小小加入，直到到獲得滿意曲曲線。對(duì)于PID控制，先將將微分時(shí)間置置零，按照調(diào)調(diào)比例積分控控制方法得到到滿意取先后后將比例度將將到比原值小?。?0~20）%位置，適當(dāng)當(dāng)減小積分時(shí)時(shí)間后，將微微分時(shí)間逐漸漸加大，直到到獲得滿意的的曲線。當(dāng)時(shí)時(shí)對(duì)于當(dāng)前電電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)激烈的情況況下，上述調(diào)調(diào)試方法都有有一定等風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)。筆者從事事電廠現(xiàn)場(chǎng)自自動(dòng)控制多年年，終結(jié)出了了一個(gè)實(shí)用而而且簡(jiǎn)單的參參數(shù)調(diào)整方法法：在機(jī)組負(fù)負(fù)荷不變的情情況下，找出出煤量和主汽汽壓力的對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系，即記記錄煤量的改改變量和由于于煤量改變引引起的鍋爐主主蒸汽壓力的的改變量，同同時(shí)記錄煤量量增到最大或或下降為最小小到主蒸汽壓壓力上升為最最大或下降為為最小時(shí)間，最最為積分時(shí)間間。根據(jù)式設(shè)定積分系數(shù)為為無限大的情情況下，即純純比例調(diào)節(jié)器器的情況下，反反計(jì)算出比例例系數(shù)，考慮慮到積分的作作用，實(shí)際比比例系數(shù)為計(jì)計(jì)算出的比例例系數(shù)的２/3。下表1和圖2為投入AGC和一次調(diào)頻頻后的趨勢(shì)和和相應(yīng)參數(shù)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表。負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間設(shè)定負(fù)荷升速率率實(shí)際平均負(fù)荷升升速率負(fù)荷超調(diào)量30秒7MW/MINN4.1MW/MMIN1.3MW表1圖23系協(xié)調(diào)子系統(tǒng)統(tǒng)控制策略和和參數(shù)優(yōu)化3.1磨煤機(jī)入入口風(fēng)溫控制制策略和參數(shù)數(shù)優(yōu)化原平?jīng)?00MMW磨煤機(jī)機(jī)組組采用單回路路，由于磨煤煤機(jī)出口溫度度特性為大慣慣性控制對(duì)象象，單回路很很難達(dá)到預(yù)期期的控制效果果。加上風(fēng)量量調(diào)節(jié)過程中中，熱風(fēng)調(diào)門門的動(dòng)作，對(duì)對(duì)磨出口溫度度控制造成了了一定的擾動(dòng)動(dòng)。加大了風(fēng)風(fēng)溫控制的難難度。為了克克服風(fēng)溫遲后后和慣性，采采用了磨煤機(jī)機(jī)入口冷熱風(fēng)風(fēng)混合風(fēng)溫度度作為導(dǎo)前溫溫度θ2，在熱風(fēng)調(diào)調(diào)門或冷風(fēng)調(diào)調(diào)門擾動(dòng)是能能提前反映控控制作用。因因此用磨煤機(jī)機(jī)入口溫度θ2信號(hào)構(gòu)成的串串級(jí)溫度控制制系統(tǒng)，可改改善磨出口溫溫度的控制質(zhì)質(zhì)量，提高控控制的快速性性，穩(wěn)定性。圖3如圖所示為串級(jí)級(jí)磨煤機(jī)出口口溫度控制系系統(tǒng)，只要磨磨入口溫度θ2發(fā)生變化，副副調(diào)節(jié)器就去去改變冷風(fēng)調(diào)調(diào)節(jié)擋板的開開度，初步維維持磨入口溫溫度在一定范范圍內(nèi)，起粗粗調(diào)的作用。而而磨入口溫度度θ1的控制是通通過主調(diào)節(jié)器器PID1來校正副調(diào)調(diào)節(jié)器PID2設(shè)定值而工工作的，只要要θ1未達(dá)到給定定值，主調(diào)節(jié)節(jié)器不斷變化化，使副調(diào)節(jié)節(jié)器不斷的去去控制冷風(fēng)調(diào)調(diào)門的開度，直直到θ1恢復(fù)到給定定值為止。在在該串級(jí)系統(tǒng)統(tǒng)中磨煤機(jī)入入口溫度為內(nèi)內(nèi)環(huán)，作為副副環(huán)調(diào)節(jié)器，其其主要任務(wù)是是快速消除內(nèi)內(nèi)擾，要求控控制過程持續(xù)續(xù)時(shí)間短，主主調(diào)節(jié)器的任任務(wù)是維持磨磨煤機(jī)出口溫溫度θ1的穩(wěn)定。3.2在煤主控控回路中引入入熱負(fù)荷信號(hào)號(hào)平?jīng)霭l(fā)電公司44臺(tái)300MW機(jī)組制粉系系統(tǒng)均采用直直吹式，煤主主控器接受鍋鍋爐主控器的的輸出作為指指令信號(hào)，接接受各臺(tái)給煤煤機(jī)的給煤率率總量為反饋饋信號(hào)。煤主主控器的輸出出通過BALANNCE控制各臺(tái)給給煤機(jī)的給煤煤量，對(duì)于直直吹式磨來說說，進(jìn)入磨煤煤機(jī)的煤量等等于進(jìn)入爐膛膛的煤量。當(dāng)當(dāng)負(fù)荷和主汽汽壓力發(fā)生改改變時(shí)，鍋爐爐主控制輸出出發(fā)生變化，引引起煤主控制制指令發(fā)生變變化，從而改改變進(jìn)入磨煤煤機(jī)的煤量，改改變鍋爐燃燒燒率。煤主控控器可有效克克服煤量擾動(dòng)動(dòng)，卻無法克克服媒質(zhì)變化化引起的擾動(dòng)動(dòng)，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)發(fā)生變化時(shí)，只只有當(dāng)主汽壓壓變化后才能能改變鍋爐主主控器的輸出出，從而改變變煤主控器的的指令，改變變進(jìn)入爐膛的的煤量。因?yàn)闉殄仩t是大慣慣性、遲滯性性環(huán)節(jié)。造成成媒質(zhì)變化時(shí)時(shí)鍋爐主汽壓壓力和負(fù)荷控控制效果差的的現(xiàn)象，為了了克服質(zhì)煤變變化引起的擾擾動(dòng)，引入熱熱負(fù)荷修正的的方法。鍋爐主汽壓力的的被控對(duì)象可可分為五個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)，其中環(huán)環(huán)節(jié)1為燃料在爐爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)產(chǎn)生熱量傳給給爐膛受熱面面。燃燒和傳傳熱過程是一一個(gè)復(fù)雜的化化學(xué)物理過程程，燃料改變變后，首先將將熱量傳給受受熱面的金屬屬管壁，然后后將熱量傳給給鍋爐的汽水水容積。而金金屬管壁的熱熱容量及汽水水熱容量又是是一個(gè)有分布布參數(shù)的容積積。因此，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單而又準(zhǔn)確確地表達(dá)上述述燃燒和傳熱熱的動(dòng)態(tài)關(guān)系系較為困難。一一般可用一個(gè)個(gè)遲滯環(huán)節(jié)來來代表。環(huán)節(jié)節(jié)2：對(duì)于鍋爐爐受熱面，其其流入熱量是是燃料燃燒后后傳給受熱面面的熱量Q，并有一部部分熱量儲(chǔ)存存在鍋爐中。汽汽包壓力反映映了流入熱量量與流出熱量量的平衡關(guān)系系。環(huán)節(jié)2的動(dòng)態(tài)熱平平衡方程可表表示為：Qrdt=(ii″-is)DDdt+Wbbdibi″—過熱汽焓焓值is—給水焓值值Ib—給水焓值值D—蒸汽流量Wb—汽包蓄水水量經(jīng)推導(dǎo)，可得：：(2)式中：：蓄系數(shù)數(shù)：用蒸汽流量單位表示鍋鍋爐汽水容積積吸收的熱量量（Kg/s）蓄系數(shù)代表表了鍋爐的蓄蓄熱能力，表表示當(dāng)鍋爐汽汽包壓力每改改變１Mｐａ時(shí)鍋爐爐所釋放出的的蒸汽量。根根據(jù)式（３）可可組態(tài)圖4圖4一定的負(fù)荷指令令變化對(duì)應(yīng)變變化一定的燃燃燒量，對(duì)于于特定的煤種種和然油，其其發(fā)熱量是固固定的，但是是煤的發(fā)熱量量是隨煤種的的改變和氣候候條件的變化化而變化，這這就意味用設(shè)設(shè)計(jì)煤種來工工作，就不可可能得到對(duì)應(yīng)應(yīng)設(shè)計(jì)煤種同同等煤量發(fā)熱熱量時(shí)鍋爐指指令的鍋爐負(fù)負(fù)荷。上圖利利用熱量信號(hào)號(hào)的一個(gè)慣性性環(huán)節(jié)對(duì)煤量量進(jìn)行修正，當(dāng)當(dāng)機(jī)組的目標(biāo)標(biāo)指令和主汽汽壓力設(shè)定值值不變時(shí)且煤煤質(zhì)不變時(shí)，煤煤量維持在一一個(gè)較好的范范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變變化時(shí)，煤質(zhì)質(zhì)的發(fā)熱量發(fā)發(fā)生變化，鍋鍋爐熱負(fù)荷發(fā)發(fā)生變化，如如當(dāng)煤質(zhì)變差差時(shí)（平?jīng)霭l(fā)發(fā)電公司機(jī)組組在300MW的情況下，煤煤質(zhì)變化引起起的煤量變化化可達(dá)到１２２ｔ/ｈ），熱負(fù)負(fù)荷變小，PID１輸出將減減小，使得熱熱負(fù)荷的修正正值減小，經(jīng)經(jīng)熱負(fù)荷修正正值修正的總總?cè)紵繙p小小，PID2輸出增大，增增加進(jìn)入爐膛膛的煤量來維維持爐膛的熱熱負(fù)荷，反之之，當(dāng)煤質(zhì)變變好時(shí)，熱負(fù)負(fù)荷增大，PID１輸出將增增大，使得熱熱負(fù)荷的修正正值增大，經(jīng)經(jīng)熱負(fù)荷修正正值修正的總總?cè)紵吭龃蟠?，PID2輸出減小，減減小進(jìn)入爐膛膛的煤量來位位置爐膛的熱熱負(fù)荷。從而而使實(shí)際燃料料量的發(fā)熱量量和鍋爐負(fù)荷荷相一致，有有效的克制了