直接指令平衡控制策略在300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制中的應(yīng)用
摘要:本文介紹寧夏大壩發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)組實(shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)控制及AGC功能,負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)的調(diào)試過程。從單元機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和思路出發(fā),介紹基于直接指令平衡控制策略協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)概念和主要特性,可為其它火電機(jī)組提供參考。
引言
寧夏大壩發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)組單機(jī)容量為300MW,鍋爐為北京巴威公司的前后墻對(duì)沖燃燒的自然循環(huán)鍋爐,汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界一次中間再熱、單軸四缸四排汽沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)機(jī)組。DCS系統(tǒng)、DEH、ETS系統(tǒng)采用上海新華公司XDPS-400系統(tǒng)。TSI系統(tǒng)采用德國EPRO系列汽輪機(jī)監(jiān)視儀表。
機(jī)組在2008年度*檢修增容改造后,單機(jī)容量增為330MW,DCS系統(tǒng)改為杭州和利時(shí)公司MACX-V系統(tǒng),協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由原直接能量平衡控制策略改為直接指令平衡。該系統(tǒng)改造后,控制設(shè)備的精度及可靠性大大提高。同時(shí),網(wǎng)控RTU進(jìn)行了改造后,對(duì)CCS與DEH信號(hào)、CCS與RTU信號(hào)進(jìn)行了核對(duì)。在機(jī)組運(yùn)行過程中對(duì)各調(diào)節(jié)子系統(tǒng)進(jìn)行了擾動(dòng)試驗(yàn),又進(jìn)行了內(nèi)部變負(fù)荷試驗(yàn),AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn),機(jī)組準(zhǔn)確快速地響應(yīng)中調(diào)負(fù)荷指令的變化,又保持主汽壓力和機(jī)爐各主要運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍內(nèi)。改造后此控制系統(tǒng)一直運(yùn)行良好,機(jī)組投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式后,大大減經(jīng)了運(yùn)行人員的監(jiān)視與調(diào)整的工作量,也提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
一、概述
單元機(jī)組運(yùn)行時(shí),鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)共同維持外部負(fù)荷的要求,也共同保證內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)(主要是主蒸汽壓力)穩(wěn)定。因此,單元機(jī)組的輸出功率與負(fù)荷要求是否一致,反映了機(jī)組與外部電網(wǎng)之間能量供求的平衡關(guān)系;而主蒸汽壓力則反映了機(jī)組內(nèi)部鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)之間能量供求的平衡關(guān)系。也就是說,功率和主汽壓力是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制的主要參數(shù)。由于鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程各有特點(diǎn),它們的動(dòng)態(tài)特性存在很大差異,汽輪發(fā)電機(jī)的負(fù)荷響應(yīng)快,鍋爐負(fù)荷響應(yīng)慢。因此,單元機(jī)組在進(jìn)行負(fù)荷控制時(shí),必須很好地協(xié)調(diào)機(jī)、爐兩側(cè)的控制操作,合理地保持好內(nèi)外兩個(gè)能量的供求平衡關(guān)系,以兼顧負(fù)荷響應(yīng)性能和內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。也就是說,要使單元機(jī)組對(duì)外有較快的功率響應(yīng)和一定的調(diào)頻能力,對(duì)內(nèi)確保主蒸汽壓力維持在允許范圍內(nèi),這就是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制的任務(wù)。直接指令平衡(DIB)采用前饋指令加閉環(huán)校正方式,將負(fù)荷指令直接送至汽機(jī)主控和鍋爐主控,使汽機(jī)和鍋爐同時(shí)獲得zui快的負(fù)荷響應(yīng)。汽機(jī)側(cè)重校正負(fù)荷,使實(shí)際負(fù)荷等于負(fù)荷指令。鍋爐側(cè)重校正壓力,使主汽壓力等于滑壓曲線設(shè)定值。
二、直接指令平衡控制的應(yīng)用
2.1鍋爐主控及鍋爐指令的組成
機(jī)側(cè)主汽壓力(三選平均)信號(hào)與主蒸汽壓力指令二者經(jīng)偏差運(yùn)算,送入爐跟機(jī)方式PID回路,同時(shí),調(diào)速級(jí)壓力信號(hào)經(jīng)修正后,作為前饋信號(hào),zui終形成鍋爐主控指令。
1)鍋爐靜態(tài)前饋
鍋爐靜態(tài)前饋是直接指令平衡協(xié)調(diào)控制的基本組成回路。通過記錄不同負(fù)荷相應(yīng)的燃料量,就得到了鍋爐靜態(tài)前饋的參數(shù)。由于不同負(fù)荷段的機(jī)組效率不同,負(fù)荷與燃料量不*是線性關(guān)系。
2)鍋爐動(dòng)態(tài)前饋
鍋爐動(dòng)態(tài)前饋是直接指令平衡協(xié)調(diào)控制的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路,對(duì)快速響應(yīng)調(diào)度負(fù)荷目標(biāo)值具有根本性的作用,它是目標(biāo)負(fù)荷的微分。
3)主汽壓差微分回路
主汽壓力的偏差反映了機(jī)爐能量平衡情況。主汽壓差微分回路的作用就是對(duì)機(jī)爐能量不平衡工況提前對(duì)鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)。主汽壓差微分回路也能起到抑制鍋爐內(nèi)擾的作用。主汽壓差微分作用不能過強(qiáng),否則容易引起負(fù)荷振蕩。相同的壓差,負(fù)荷越高,汽機(jī)的能量需求越大,鍋爐調(diào)節(jié)器中壓差的比重越大。控制回路中還包括鍋爐跟隨方式(BF)控制部分。
2.2汽機(jī)主控以及汽機(jī)指令的組成
汽機(jī)指令由汽機(jī)主控制站輸出,經(jīng)閉鎖增減限制之后,與實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行偏差比較,通過可自復(fù)位的積分器向DEH系統(tǒng)發(fā)出開/關(guān)調(diào)門的脈沖指令,控制調(diào)門,從而達(dá)到通過DEH系統(tǒng)調(diào)門控制機(jī)組負(fù)荷的目的。
為了加快負(fù)荷相應(yīng),不管負(fù)荷在定壓段還是滑壓段,汽機(jī)指令里都用前饋分量,只是定壓段分量比滑壓段的更大一些??刂苹芈分羞€包括汽機(jī)跟隨方式(TF)控制部分。汽機(jī)主控在BF方式下控制功率,當(dāng)機(jī)前壓力偏差超出范圍,進(jìn)行方向閉鎖,閉鎖失敗進(jìn)行壓力拉回。在TF方式下控制機(jī)前壓力(RB過程采用TF方式)。
2.3燃料主控以及熱值修正
由磨組一次風(fēng)量及二次風(fēng)量計(jì)算出的鍋爐總風(fēng)量,經(jīng)函數(shù)運(yùn)算后,與鍋爐指令二者選小值,形成燃料量指令,與鍋爐主控站產(chǎn)生的給煤量偏置相加后作為燃料主控站的設(shè)定值,而總?cè)剂狭孔鳛檫^程變量,與設(shè)定值經(jīng)偏差運(yùn)算,形成燃料主控指令,作為每一臺(tái)運(yùn)行的給煤機(jī)指令,控制磨組給煤量。而根據(jù)給煤機(jī)指令折算出的總煤量信號(hào)與燃油流量信號(hào)相加后,與鍋爐主控指令二者取大值,經(jīng)函數(shù)運(yùn)算后形成總風(fēng)量指令,通過網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)送入送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行器控制回路。
在熱值修正回路中,機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)運(yùn)算后,與主蒸汽流量信號(hào)經(jīng)偏差運(yùn)算后,產(chǎn)生熱值修正值,送入?yún)f(xié)調(diào)方式鍋爐PID以及鍋爐主控回路,當(dāng)系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)控制方式時(shí),該值與協(xié)調(diào)方式鍋爐PID輸出相乘后,作為鍋爐主控的指令。
2.4機(jī)組指令處理回路
機(jī)組指令處理回路是機(jī)組控制的前置部分,它接受操作員指令、AGC指令、一次調(diào)頻指令和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)節(jié)任務(wù),對(duì)負(fù)荷指令進(jìn)行處理使之與運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷能力相適應(yīng)。AGC指令由省調(diào)遠(yuǎn)方給定,4~20mA對(duì)應(yīng)240MW~320MW。當(dāng)機(jī)組發(fā)生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK時(shí),退出AGC控制。一次調(diào)頻指令為轉(zhuǎn)差對(duì)應(yīng)功率關(guān)系,頻率調(diào)節(jié)死區(qū)范圍為±0.033HZ,即DEH一次調(diào)頻調(diào)節(jié)死區(qū)范圍為3000±2r/min。頻率調(diào)節(jié)范圍確定為50±0.2HZ,即49.8~50.2HZ(對(duì)應(yīng)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制范圍為3000±12r/min)12r/min對(duì)應(yīng)±20MW。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到上限300MW或下限160MW對(duì)一次調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行方向閉鎖,.當(dāng)機(jī)組發(fā)生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK時(shí)退出一次調(diào)頻控制。
2.5機(jī)組指令的實(shí)際能力識(shí)別限幅功能
機(jī)組指令的實(shí)際能力識(shí)別限幅是根據(jù)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的偏差、輔機(jī)運(yùn)行狀況,識(shí)別機(jī)組的實(shí)時(shí)能力,使機(jī)組在其輔機(jī)或子控制回路局部故障或受限制情況下的機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令與機(jī)組穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力相符合。保持機(jī)組/電網(wǎng),鍋爐/汽機(jī)和機(jī)組各子控制回路間需要/可能的協(xié)調(diào),及輸入/輸出的能量平衡。
機(jī)組指令的實(shí)際能力識(shí)別限幅功能,反映了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一種重要設(shè)計(jì)思想——控制系統(tǒng)自適應(yīng)能力:正常工況——“按需要控制”,實(shí)際負(fù)荷指令跟蹤(等于)目標(biāo)指令;異常工況——“按可能控制”,目標(biāo)指令跟蹤實(shí)際負(fù)荷指令。
本公司#2機(jī)組中機(jī)組指令的實(shí)時(shí)能力識(shí)別限幅功能主要有:
1)方向性閉鎖
防止參數(shù)偏差繼續(xù)擴(kuò)大的可能;防止鍋爐各子控制回路間及鍋爐、汽機(jī)間的配合失調(diào)有繼續(xù)擴(kuò)大的可能。
2)迫升/迫降(RunUp/RunDown)
迫升/迫降作為CCS的一種安全保護(hù),具備按實(shí)際可能自動(dòng)修正機(jī)組指令功能。迫升/迫降主要作用是對(duì)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)(燃料量、送風(fēng)量、給水流量、一次風(fēng)壓)的偏差大小和方向進(jìn)行監(jiān)視,如果它們超越限值,而且相應(yīng)的指令已達(dá)極限位置,不再有調(diào)節(jié)余地,則根據(jù)偏差方向,對(duì)實(shí)際負(fù)荷指令實(shí)施迫升/迫降,迫使偏差回到允許范圍內(nèi),從而達(dá)到縮小故障危害的目的。
3)RUNBACK:
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生下列條件之一時(shí),發(fā)生RUNBACK,機(jī)組降50%負(fù)荷:三臺(tái)給水泵(包括電泵)中任兩臺(tái)給水泵發(fā)生跳閘;任意一臺(tái)送風(fēng)機(jī)跳閘;任意一臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘;任意一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘。
RUNBACK過程:
a)機(jī)組負(fù)荷大于RUNBACK觸發(fā)負(fù)荷,A送風(fēng)機(jī)出現(xiàn)跳閘,使機(jī)組出力低于負(fù)荷請(qǐng)求時(shí),產(chǎn)生RUNBACK工況,
b)鍋爐主控輸出按一定的速率減少,直到鍋爐主控輸出等于相應(yīng)設(shè)備RUNBACK目標(biāo)的對(duì)應(yīng)值150MW。
c)RUNBACK發(fā)生后,自動(dòng)進(jìn)入TF方式,機(jī)前壓力采用滑壓運(yùn)行方式;滑壓速率0.264MPa/min;
d)RUNBACK目標(biāo)負(fù)荷小于鍋爐不投油的zui低穩(wěn)燃負(fù)荷時(shí),RUNBACK觸發(fā)后立即自動(dòng)投入B、D、E磨組中當(dāng)前運(yùn)行的磨組的油槍,然后每間隔20秒,順序自動(dòng)投入A、C磨組中運(yùn)行磨組的油槍。RUNBACK觸發(fā)后根據(jù)相應(yīng)的RUNBACK目標(biāo)負(fù)荷切、投燃料。
三、機(jī)組投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式的試驗(yàn)、廠內(nèi)變負(fù)荷試驗(yàn)、與網(wǎng)調(diào)的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)
3.1投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式的試驗(yàn)
#2機(jī)組協(xié)調(diào)控制投入前的設(shè)備運(yùn)行基本情況是爐側(cè)四臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,主要系統(tǒng)投入引風(fēng)、一次風(fēng)、給水系統(tǒng)自動(dòng)、屏過汽溫、主汽溫度投入自動(dòng)控制。送、引、一次風(fēng)控制投自動(dòng),投入?yún)f(xié)調(diào)控制前先投入了四臺(tái)給煤機(jī)自動(dòng),并根據(jù)每臺(tái)磨煤機(jī)的帶載能力設(shè)置了不同的指令偏置。DEH切換至CCS遙控方式。從各參數(shù)趨勢(shì)曲線看,機(jī)組在274MW投入?yún)f(xié)調(diào)后,四臺(tái)磨運(yùn)行,各參數(shù)變化不大,在煤質(zhì)無重大變化時(shí),鍋爐的鍋爐主控指令信號(hào)不穩(wěn)定,鍋爐給煤量變化大,很快就切到手動(dòng)。因此,修改參數(shù)后再次投入?yún)f(xié)調(diào)煤量很穩(wěn)定。
3.2#2機(jī)組協(xié)調(diào)方式變負(fù)荷試驗(yàn)
試驗(yàn)時(shí),在255MW穩(wěn)定運(yùn)行的工況下,做協(xié)調(diào)變負(fù)荷10MW試驗(yàn),變負(fù)荷20MW試驗(yàn)。穩(wěn)定后又做了連續(xù)降30MW負(fù)荷三次的試驗(yàn),升30MW負(fù)荷兩次的試驗(yàn),07月20日16時(shí)51分53秒?yún)f(xié)調(diào)升負(fù)荷30MW達(dá)到目標(biāo)值320MW。
組態(tài)中對(duì)機(jī)組主控指令的設(shè)置是機(jī)組主控指令變化1%,負(fù)荷變化3MW,從各參數(shù)趨勢(shì)曲線看,主控指令變化3%(10.2MW)和變化6%時(shí),機(jī)組實(shí)際負(fù)荷都可以在5分鐘以內(nèi)達(dá)到目標(biāo)值。負(fù)荷由270MW升至295MW目標(biāo)值時(shí),存在負(fù)荷達(dá)不到目標(biāo)值的情況,主要是由于在機(jī)前壓力在沒有穩(wěn)定的情況下,增加20MW負(fù)荷的機(jī)組指令,此時(shí)迅速增加的給煤量,造成煤量達(dá)到zui大上限。另外,當(dāng)機(jī)組主控指令改變后,指令變化的前饋信號(hào)同時(shí)改變了鍋爐的給煤量,給煤量變化,鍋爐主控指令信號(hào)大約在30秒后開始變化,以平衡機(jī)側(cè)負(fù)荷的變化。當(dāng)鍋爐主控指令信號(hào)與鍋爐指令保持一致時(shí),給煤量變化很小。試驗(yàn)過程中,爐膛負(fù)壓、汽包水位、主汽溫度均可以穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。此次試驗(yàn)未切除一次調(diào)頻回路。
3.3#2機(jī)組AGC變負(fù)荷試驗(yàn)
廠內(nèi)變負(fù)荷試驗(yàn)完成后,各參數(shù)變化都可在允許范圍內(nèi)變化,具備與調(diào)度聯(lián)調(diào)的條件。聯(lián)調(diào)試驗(yàn)分兩步進(jìn)行,*步先做負(fù)荷變化試驗(yàn),驗(yàn)證ADS指令的準(zhǔn)確性。由網(wǎng)調(diào)發(fā)升25MW負(fù)荷的指令信號(hào),機(jī)組響應(yīng)正常后,再由網(wǎng)調(diào)將負(fù)荷275MW升到303MW調(diào)回到295MW。第二步做變負(fù)荷試驗(yàn):在270MW穩(wěn)定運(yùn)行的工況下,試驗(yàn)兩次進(jìn)行了連續(xù)升10MW負(fù)荷,機(jī)組負(fù)荷由270MW升至290MW,再連續(xù)降10MW負(fù)荷三次,機(jī)組負(fù)荷由290MW降至260MW試驗(yàn)。通過不同負(fù)荷下的變負(fù)荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在協(xié)調(diào)方式并且機(jī)組負(fù)荷小于250MW時(shí),鍋爐參數(shù)隨負(fù)荷的變化而變化,變化方向與負(fù)荷需求方向相同。表現(xiàn)出當(dāng)ADS指令增加時(shí),鍋爐負(fù)荷增加速度緩慢,首先需要增加給煤量來提高參數(shù),增加鍋爐的蓄熱;反之當(dāng)ADS指令減小時(shí),鍋爐要減少給煤量來降低參數(shù),減少鍋爐的蓄熱。并且這種過程的變化是很慢的,機(jī)組對(duì)外界負(fù)荷的響應(yīng)速度有很大的遲延。此次AGC試驗(yàn)證明了在240MW—320MW負(fù)荷范圍內(nèi),機(jī)組一直處于滑壓運(yùn)行方式下,可以達(dá)到與滿足AGC的負(fù)荷響應(yīng)速度要求。
四、存在的問題及解決辦法
本次#2機(jī)組AGC試驗(yàn),按工作計(jì)劃已全部完成,具備投入AGC的條件。目前,這臺(tái)機(jī)組自投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式后,機(jī)組在各負(fù)荷工況下,協(xié)調(diào)方式可穩(wěn)定運(yùn)行。汽包水位、主汽壓力、主汽溫度、爐膛負(fù)壓等參數(shù)均在允許的調(diào)整范圍內(nèi)穩(wěn)定可控。正常運(yùn)行中,只要協(xié)調(diào)方式投入,就會(huì)向網(wǎng)調(diào)發(fā)出CCS允許信號(hào),網(wǎng)調(diào)可隨時(shí)投入AGC功能。
但本次AGC試驗(yàn),也存在以下幾方面的問題需要在今后的工作中繼續(xù)加以解決:
a)雖然在負(fù)荷響應(yīng)的初期,快速增加或減少了給煤量,并且在煤量改變時(shí)增加或減少爐膛的送風(fēng)量(含氧量校正),但是存在爐膛負(fù)壓、汽包水位切手動(dòng)的情況。同時(shí)快速的變化給煤量造成屏過、二過減溫水由自動(dòng)切為手動(dòng)控制。同時(shí)煙氣擋板由于手動(dòng)調(diào)節(jié),沒有自動(dòng),出現(xiàn)數(shù)次再熱器出口汽溫超溫現(xiàn)象。
b)在煤質(zhì)好的情況下,加負(fù)荷容易,5分鐘就可以得到目標(biāo)值,但在煤質(zhì)差,煤量160噸以上時(shí),減負(fù)荷很困難,需要8分鐘以上才達(dá)到目標(biāo)值。這與和利時(shí)采用直接指令平衡理論的控制有關(guān),過去AGC采用熱量平衡原理,對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng),但負(fù)荷的響應(yīng)慢,難以適應(yīng)調(diào)度的需要。
c)投入?yún)f(xié)調(diào)控制后,將機(jī)組一次調(diào)頻的功能改由CCS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),在做試驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)疊加在鍋爐指令上的頻差信號(hào),在網(wǎng)頻信號(hào)突變時(shí),對(duì)鍋爐指令不時(shí)的存在干擾,影響給煤量的變化,這種突變的網(wǎng)頻信號(hào)多數(shù)情況下持續(xù)時(shí)間只有2-5秒,并且,當(dāng)鍋爐指令的總趨勢(shì)是上升或下降時(shí),頻差信號(hào)與鍋爐指令的變化并不一致,導(dǎo)致鍋爐指令總趨勢(shì)在上升(下降)時(shí),頻差信號(hào)反而造成鍋爐指令瞬間的下降(上升)。CCS與DEH共同完成一次調(diào)頻功能試驗(yàn)還有待進(jìn)一步完善。
五、結(jié)束語
大壩發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)組通過協(xié)調(diào)控制方式的改進(jìn),通過不同負(fù)荷下的變參數(shù)試驗(yàn),結(jié)合機(jī)組的特性,整定出適合本機(jī)組的控制參數(shù),現(xiàn)已長期投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式。該機(jī)組投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式后,大大減輕了運(yùn)行人員的監(jiān)視與調(diào)整的工作量,也提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
電廠自動(dòng)化關(guān)于如何更好的進(jìn)行機(jī)爐之間的協(xié)調(diào)控制,如何實(shí)現(xiàn)AGC功能以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻要求,各個(gè)研究院各個(gè)控制公司都在不斷的探索不停的創(chuàng)新,力求節(jié)能的完成發(fā)電任務(wù)。我們熱控維護(hù)人員更要在這些控制理論的基礎(chǔ)上本廠實(shí)際,創(chuàng)造出適合本廠特點(diǎn)適應(yīng)本機(jī)組特性的優(yōu)化策略來,我們都需努力!