摘要：本文根據(jù)300MW火電機(jī)組AGC控制系統(tǒng)的投運(yùn)情況，依據(jù)大型火電機(jī)組的典型控制理論，分析并指出了目前控制系統(tǒng)存在的不足，進(jìn)行深入地分析，提出了優(yōu)化措施。
　　
　　我公司四臺(tái)機(jī)組自投入AGC以來(lái)，承擔(dān)著寧夏電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰主要任務(wù)，但近年來(lái)因鍋爐燃煤煤種變化頻繁，#3機(jī)組AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)亟待提高，我們利用#3機(jī)組DCS系統(tǒng)由原美國(guó)Bailey公司的INFI-90系統(tǒng)升級(jí)為ABB公司的SPHNY系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，對(duì)本機(jī)組AGC系統(tǒng)的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高了機(jī)組AGC的控制品質(zhì)。
　　
　　一、機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　
　　我公司#3機(jī)組（300MW）鍋爐是北京巴布科克.威爾科斯有限公司引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的亞監(jiān)界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，型號(hào)為B＆WB-1025/18.3-M,鍋爐采用平衡通風(fēng)、直流燃燒器、前后墻對(duì)沖式燃燒方式。鍋爐以zui大連續(xù)負(fù)荷（即BMCR工況）為設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐的zui大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h；鍋爐的額定蒸發(fā)量為894.9t/h，機(jī)組額定負(fù)荷為300.0MW，
　　
　　機(jī)爐主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有協(xié)調(diào)控制、鍋爐基本（TF）、汽機(jī)基本（BF）、手動(dòng)方式等四種不同級(jí)別的運(yùn)行方式，以適應(yīng)機(jī)組在定、滑壓工況下安全的運(yùn)行。
　　
　　我公司本機(jī)組采用的是鍋爐跟隨（BF）方式下的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（如圖一）。
　　
　　二、AGC系統(tǒng)存在的問(wèn)題
　　
　　機(jī)組AGC投運(yùn)期間，主要存在機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力差，穩(wěn)定性較差，在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)能力差，不能承擔(dān)較高的負(fù)荷變化率,在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐蓄能的利用（釋放）要以犧牲壓力（降低）為代價(jià)，同時(shí)因機(jī)爐間的相互影響，燃料擾動(dòng)（增加）時(shí)壓力、功率都上升，而為保持原有功率的汽機(jī)調(diào)門動(dòng)作（關(guān)小），致使主汽壓力波動(dòng)幅度較大，有時(shí)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。
　　
　　三、分析改進(jìn)
　　
　　從本機(jī)組鍋爐跟隨方式下的協(xié)調(diào)控制組成結(jié)構(gòu)來(lái)分析采用直接能量平衡原理，鍋爐跟隨（BF）方式的基本模式是鍋爐側(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)前壓力，汽機(jī)側(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)功率，汽機(jī)主控站向DEH系統(tǒng)發(fā)開(kāi)/關(guān)高壓調(diào)門的脈沖信號(hào)，從而達(dá)到快速調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷的目的。（如圖一所示）
　　
　　1.由圖一可知鍋爐主調(diào)節(jié)器接受的是鍋爐熱量（HR）與汽機(jī)所需能量信號(hào)的差值，當(dāng)鍋爐主控切至手動(dòng)時(shí)，主調(diào)輸出跟蹤平均燃料量修正后的值；鍋爐副調(diào)節(jié)器接受的是鍋爐指令（BLRDMD）與平均給煤機(jī)指令偏差值，當(dāng)鍋爐主控切至手動(dòng)時(shí)，副調(diào)輸出跟蹤鍋爐主控站輸出；采用能量平衡信號(hào)Ps×P1/Pt作為鍋爐主調(diào)節(jié)器前饋信號(hào)，提前動(dòng)作。
　　
　　2.由圖一可知汽機(jī)調(diào)節(jié)器接受的是機(jī)組主控指令ULD減去經(jīng)函數(shù)修正后的機(jī)前壓力設(shè)定值與機(jī)前壓力的差值信號(hào)，經(jīng)PID運(yùn)算及限速率后形成汽機(jī)指令。
　　
　　3.通過(guò)多次做變負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，從趨勢(shì)上仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)鍋爐熱量信號(hào)（HR）在機(jī)前壓力穩(wěn)定時(shí)，機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)鍋爐熱量信號(hào)變化很頻繁，從鍋爐熱量信號(hào)的組成來(lái)看：
　　
　　DQ=P1＋Kb×dPb／dt
　　
　　式中D--蒸汽流量，P1---汽機(jī)調(diào)速級(jí)（*級(jí)）后壓力Pb--鍋爐汽包壓力，Kb--鍋爐蓄熱系數(shù)，它表示汽包壓力每下降一個(gè)MPa，所釋放出來(lái)的熱量。代表蒸汽流量的P1---汽機(jī)調(diào)速級(jí)（*級(jí)）壓力和鍋爐汽包壓力的變化速度dPb／dt按一定的比例（比例系數(shù)Kb）相加，得到熱負(fù)荷信號(hào)，根據(jù)機(jī)組在穩(wěn)定負(fù)荷情況下，要滿足機(jī)前壓力穩(wěn)定，汽輪機(jī)需要的能量應(yīng)與鍋爐提供的熱量信號(hào)保持平衡。鍋爐燃料主調(diào)節(jié)器入口偏差為：
　　
　　ef=（Ps×P1/Pt）－（P1+KbdPb/dt）
　　
　　=P1×（Ps－Pt）/Pt－KbdPb/dt
　　
　　=ep×P1/Pt－KbdPb/dt
　　
　　式中：ep=Ps－Pt為機(jī)前壓力偏差。燃料PID調(diào)節(jié)器的控制作用是使輸入偏差ef為零，由于機(jī)組帶負(fù)荷后，P1／Pt不為零，控制作用總是使Ps－Pt＝0。這說(shuō)明DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的燃料調(diào)節(jié)器固有保持機(jī)前壓力等于給定值的能力。無(wú)需機(jī)前壓力閉環(huán)校正回路。動(dòng)態(tài)過(guò)程中的dPd／dt，在機(jī)前壓力偏離設(shè)定點(diǎn)時(shí)，Pb和P1的變化方向相同，還可以起到加速燃料調(diào)節(jié)的作用，而當(dāng)機(jī)前壓力趨近設(shè)定點(diǎn)時(shí)，dPd／dt為負(fù)值，提供了過(guò)程阻尼，又具有防止機(jī)前壓力已過(guò)調(diào)的穩(wěn)定作用。直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)同時(shí)還設(shè)有能量平衡信號(hào)的動(dòng)態(tài)前饋:（Ps×P1／Pt）×[d（Ps×P1／Pt）／]dt，用以補(bǔ)償機(jī)前壓力設(shè)定點(diǎn)變化或負(fù)荷變化時(shí)鍋爐蓄能的變化和機(jī)、爐動(dòng)態(tài)響應(yīng)的差異。定壓運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償了負(fù)荷變化時(shí)要求改變汽包壓力所需的鍋爐蓄能變化。負(fù)荷不變時(shí)，則補(bǔ)償機(jī)前壓力定值提高所需的鍋爐附加蓄能。而在滑壓運(yùn)行時(shí)，更要補(bǔ)償負(fù)荷和機(jī)前壓力二者同時(shí)變化時(shí)，要求汽包壓力變化所需的更多的鍋爐附加蓄能。但鍋爐熱量信號(hào)參數(shù)整定的是否適當(dāng)將直接影響熱量信號(hào)的準(zhǔn)確性，由組態(tài)圖一可知熱量系數(shù)K1、K2的設(shè)置是極其重要的，需要整定。在鍋爐工況穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)多次改變汽機(jī)高調(diào)門的開(kāi)度，使機(jī)組負(fù)荷的變化量分別為10MW、20MW、30MW，保持K2不變，將K1由原組態(tài)中的K1=15經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)整定為K1=11，相當(dāng)于改變了鍋爐的蓄熱量信號(hào)在鍋爐熱量信號(hào)中的權(quán)重，即重新調(diào)配鍋爐蓄熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)在負(fù)荷變化時(shí)充分發(fā)揮鍋爐的蓄熱量，以便準(zhǔn)確、快速響應(yīng)外界負(fù)荷的變化，又能減緩鍋爐熱量信號(hào)的變化頻繁的不足，反復(fù)試驗(yàn)zui終確定將組態(tài)中的K1設(shè)置為K1=11比較合理，觀察鍋爐熱量信號(hào)趨勢(shì)在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)比較平穩(wěn)。（如圖所示）
　　

　　4.由組態(tài)圖分析可知：機(jī)組負(fù)荷指令ULD直接與鍋爐燃料主調(diào)節(jié)器的輸出疊加，形成鍋爐指令信號(hào)，進(jìn)入鍋爐燃料副調(diào)節(jié)器，從而求得給煤機(jī)指令信號(hào)，控制燃料量。機(jī)組負(fù)荷指令ULD作為重要的前饋信號(hào)，它的強(qiáng)弱直接影響到AGC指令變化后加在各給煤機(jī)入口煤量的多少，其作用的強(qiáng)弱，導(dǎo)致鍋爐煤量加超或欠加，從而造成鍋爐主汽壓力的超壓或欠壓，因此該前饋信號(hào)的整定也是很重要的。分析該前饋信號(hào)發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷的改變量不同時(shí)，前饋?zhàn)饔玫膹?qiáng)弱不明顯，由于鍋爐對(duì)象的特性是一有遲延的環(huán)節(jié)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷突增時(shí)，需要在一定時(shí)間內(nèi)迅速增加足夠的燃料量，因鍋爐的遲延特性，燃料量增加后機(jī)前壓力、負(fù)荷的響應(yīng)同樣存在滯后，這就要求燃料量增加后當(dāng)機(jī)前壓力上升時(shí)，又要很快減少適當(dāng)?shù)娜剂狭浚乐谷剂狭考舆^(guò)，造成超壓，反之亦然，保證進(jìn)入鍋爐的燃料量滿足機(jī)組負(fù)荷的要求，為達(dá)到這樣的效果，須整定好前饋信號(hào)，通過(guò)仔細(xì)分析組態(tài)圖二，決定在前饋回路中增加一個(gè)對(duì)負(fù)荷指令ULD進(jìn)行速率限制的功能塊，該功能塊與原微分功能塊形成新的前饋信號(hào)后再與鍋爐燃料主調(diào)節(jié)器的輸出疊加，再形成鍋爐指令信號(hào)。我們通過(guò)多次設(shè)置速率限制塊的規(guī)格參數(shù)S3---增加率限制（1/秒）、S4---減少率限制（1/秒），原微分功能塊的規(guī)格參數(shù)S3并經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)zui終確定速率限制塊的S3、S4分別設(shè)置為：s3=0.148994、s4=0.548994原微分功能塊的規(guī)格參數(shù)S3=0.83設(shè)置為s3=0.99，試驗(yàn)證明了前饋?zhàn)饔脤?duì)負(fù)荷響應(yīng)過(guò)程的作用非常顯著，從而改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)，效果圖如下所示：
　　

　　5.滑壓運(yùn)行方式下原設(shè)計(jì)機(jī)前壓力定值采用一級(jí)壓力自動(dòng)設(shè)定，即機(jī)側(cè)負(fù)荷變化后機(jī)前壓力定值才改變，遲延太大，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間太長(zhǎng)，不能滿足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷快速性的要求。現(xiàn)改用單元機(jī)組指令通過(guò)分段線性函數(shù)F2（x）折算成機(jī)前壓力定值，通過(guò)各負(fù)荷段的滑壓運(yùn)行參數(shù)實(shí)驗(yàn)得出單元機(jī)組指令與機(jī)前壓力的分段線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。使得滑壓運(yùn)行方式下機(jī)前壓力定值隨單元機(jī)組指令迅速變化，提高滑壓運(yùn)行方式下協(xié)調(diào)控制的快速性，以保證經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
　　
　　函數(shù)F2（x）為：X（MW）0180220240260300
　　
　　Y（MPa）011.413.915.516.716.7
　　
　　我們通過(guò)對(duì)該控制系統(tǒng)從部分結(jié)構(gòu)上、主要參數(shù)上進(jìn)行優(yōu)化后投入AGC分別作20MW、30MW的負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，各負(fù)荷段升/降負(fù)荷運(yùn)行正常，各種控制性能良好，機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)均有較大的提升，機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)率由原來(lái)的2.5MW/MIN提高至4MW/MIN、負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間為3S、主汽壓力穩(wěn)定在設(shè)定值的±0.2MPa以內(nèi)，機(jī)組AGC自動(dòng)控制系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。
　　
　　附圖一:#3機(jī)組在定壓運(yùn)行方式下，由網(wǎng)調(diào)300MW降低到279MW。試驗(yàn)曲線如下圖所示，試驗(yàn)時(shí)間為3月6日12：05—12：35
　　
　　紅線：——總?cè)剂狭苛了{(lán)線：——機(jī)組實(shí)發(fā)功率綠線：——熱量粉線：——機(jī)前壓力
　　
　　黃線：——鍋爐指令淡黃線：——ADS指令藍(lán)線：——ULD指令
　　
　　附圖二:#3機(jī)組在滑壓運(yùn)行方式下，由網(wǎng)調(diào)239MW降低到269MW。試驗(yàn)曲線如下圖所示，試驗(yàn)時(shí)間為3月6日16：10—16：40
　　
　　紅線：——總?cè)剂狭苛了{(lán)線：——機(jī)組實(shí)發(fā)功率綠線：——熱量粉線：——機(jī)前壓力
　　
　　黃線：——鍋爐指令淡黃線：——ADS指令藍(lán)線：——ULD指令
　　
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　發(fā)電機(jī)組AGC控制系統(tǒng)的正常投入是一種必然，但就其控制系統(tǒng)的優(yōu)化、維護(hù)來(lái)說(shuō)將是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，AGC控制系統(tǒng)優(yōu)化、整定時(shí)環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)整定時(shí)不能只重視對(duì)鍋爐、汽機(jī)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，而忽略對(duì)諸如鍋爐熱量信號(hào)、前饋信號(hào)的整定，應(yīng)統(tǒng)籌考慮參數(shù)的整定，AGC控制系統(tǒng)的優(yōu)化將會(huì)取得更好的效果。