火力发电机组CCS协调控制系统的优化

LEAD LAG
+-
△
In1 In2
×
+-
△
LEAD LAG
Σ
P
S
D
K
d dt
MAN AUTO LWI MODE RAI
MA
TAI
P
S
D
K
d dt
MAN AUTO LWI MODE RAI
MA
TAI
燃料指令 图 1 :CCS 改造前控制系统原理图
汽机主控指令
节汽轮机调门开度来调节负荷。该方案公式如 下：
1) 汽 机 能 量 需 求 信 号 BD=（P1/PT） ×PT0+（P1/PT）×PT0*K1×d(（P1/PT）×PT0)/ dt+K2×dPT0/dt 。
2) 锅炉热量信号 Q= P1×K+Ck×d(Pb)/dt 其原理图如图 1 所示。 上述汽机能量需求信号和热量信号组成 了燃料控制的主要部分。但是该方案对于锅炉 热量信号的准确度要求较高，由于现场调试条 件的限制、机组长期运行特性变化很大等原因， 导致热量信号可能无法整定的很精确，最终使 得能量需求信号和热量信号之间总是存在一定 偏差，影响主汽压力的控制效果。尤其是在投 入 AGC 的情况下，主汽压力超调会很大。
2 优化后协调控制系统
2.1 优化后协调控制系统控制策略
针对改造前锅炉、汽机控制策略存在的 不足之处，我们对控制方案进行了优化。改进 后控制策略原理图如图 2 所示。
2.2 优化后协调控制系统分析
针对原来控制方案的不足之处，我们对
156 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
CCS 投入后，汽机主控回路控制负荷。 当实际负荷和负荷设定值存在偏差时，通过调
机前压力 机前压力设定值 调节级压力 汽包压力 目标负荷 实际功率
负荷指令
LEAD LAG +-
△
Σ
AB
÷
A/B In1 In2
×
Σ
AB C
SELM
MRE XALM
SELM
MRE XALM OutGP
1 改造前协调控制系统
1.1 改造前协调控制系统控制策略分析
某 电 厂 #1 机 组 采 用 西 屋 早 期 的 控 制 策 略—能量平衡。即稳态时汽机的能量需求信号 和热量信号平衡，保持燃料指令输出为定值； 动态过程中由于热量信号和汽机能量需求信号 不平衡，他们的偏差通过 PID 运算输出去改 变燃料量，经过调整最终使热量信号和汽机能 量需求信号达到新的平衡，进入稳态工况。为 了增强锅炉的响应速度，原控制策略中还有负 荷指令的微分前馈。这个前馈回路的主要功能 是：升 / 降负荷时，立刻增加 / 减少适量的燃 料量；升 / 降负荷结束后，减少 / 增加适量的 燃料量，以保证升 / 降负荷时，锅炉能够迅速 增加 / 减少燃料，在升降负荷结束时，锅炉能 够减去或增加部分燃料量从而保证主汽压力超 调量较小。
• 电力电子 Power Electronics
火力发电机组 CCS 协调控制系统的优化
文/王培成
摘
为 满 足 电 网 的 调 频 要 求， 大
型火电机组投运 AGC 功能，则需 要 要 CCS 协调控制系统长周期经济
稳定运行 [1]，能更好的适应蒸汽
负 荷 升 降 变 化。 本 文 以 某 火 电 厂
1.2 改造前协调控制系统存在问题
面对网调对电厂 AGC、一次调频等要求 的日益提高，该电厂 #1 机组原控制方案无法 满足要求，所以必须对控制方案不足之处进行 优化。改造前机组运行过程中发现，升降负荷 存在以下问题： 1.2.1 机前主汽压力响应慢
升 负 荷 时， 汽 机 通 过 增 加 调 门 开 度 来 增 加负荷，汽机能量需求信号立刻增大，但是锅 炉燃烧是一个大惯性大迟延的过程，由于热量 信号整定不够精确或者锅炉长期运行特性有所 变化，使得热量信号不能够完全正确反映锅炉 的燃烧情况。当升降负荷进行时，如果升速率 一定，那么负荷指令前馈微分输出为恒定值，
1# 机组 CCS 协调控制系统为例，
分析了该系统改造前控制方案的
缺 陷， 提 出 了 优 化 控 制 方 案， 经
一次调频和 AGC 试验证实各指标
均优于网调规定 , 提高了自动控
制品质。
【关键词】CCS 一次调频 协调控制 AGC
随 着 计 算 机 技 术 的 高 速 发 展，DCS 的 可靠性、容量和速度等性能的提高，DCS 在 电厂过程控制中得到广泛应用。发电厂使用 的 DCS 主 要 有：ABB 公 司 的 N-90、INFI90、SYMPHONY，FOXBORO 公 司 的 I/A， EMERSON（ 原 WESTINGHOUSE） 公 司 的 WDPF 和 OVATION，SIEMENS 公 司 的 TETEPERM-XP， 日 立 公 司 的 5000M，L&N 公司的 MAX-1000 等。国产主要有新华控制 工程有限公司的 XDPS，和利时。笔者工作的 某电厂 #1 机组原分散控制系统（DCS）有以 下系统组成：主控系统为美国西屋公司生产 的 WDPF- Ⅱ，DEH、MEH 为 上 海 新 华 公 司 XDPS-400，CCS(Coordinated Control System) 为 Foxboro 公司 , 并将厂用电、DEH、MEH、 吹灰等系统纳入到 DCS 系统中。本文将介绍 该厂的 1# 机组的 CCS 控制策略优化，供其它 电厂借鉴。
此时仅仅依靠汽机能量需求信号和热量信号的 偏差来改变燃料量，导致压力响应速度慢。特 别是在升降负荷结束后，稳态偏差迟迟不能消 除。 1.2.2 AGC 投入后，汽机负荷响应慢，不能达 到网调的要求
对火力发电机组来说，负荷的响应速度和 机前压力的波动量是一对矛盾的过程。如升负 荷时，要保证负荷的响应速度，就要迅速动作 汽机调门，充分利用锅炉蓄热，所以会导致主 汽压力的快速下降；要保证主蒸汽压力的平稳， 就需要牺牲负荷的响应速度，等待锅炉燃烧产 生的新蒸汽。CCS 投入后，从机组运行角度 来考虑，升降负荷过程中希望主蒸汽压力波动 较小，所以一般采取适当牺牲负荷的响应速度 来保证主蒸汽压力的稳定。但是在投入 AGC 后，网调更关心负荷的响应速度，所以必须对 原先的控制策略进行优化，不仅要保证主蒸汽 压力的波动量而且还要满足 AGC 对负荷响应 速度的要求。