火电机组协调控制系统优化策略

火电机组协调控制系统优化策略

摘要：随着人们对电力需求不断增加，火电厂机组的功率和容量不断增大，加

上电网《两个细则》的考核规定，这对火电厂机组的协调控制提出了更高的要求。但是传统的控制方法已经无法满足火力发电厂的发电需求。负荷变化频次增加，

负荷变化速率慢，也很容易导致主蒸汽压力、温度上升或者下降，从而影响到火

电机组的稳定性。因此，需要对火力机组协调性进行优化调整，提高机组对煤种、负荷变动的适应性，从而有效的提高机组协调控制系统的安全性。

关键词：火电厂；机组协调控制；控制系统；优化策略

引言：

目前火电发电依然是我国发电的主要方式，全国火电发电量占整个电力发电

的70%以上。随着电网的容量不断增加，火电厂大量使用300MW及以上的大型

发电机组。由于火力发电机容量大，电力系统峰谷差值越来越大，这就要求电力

企业能及时对电网负荷变化做出调峰。通过优化对机组的协调控制策略，可以有

效提高机组的发电效率和发电质量。

一、火电厂概况

某火力发电厂2#机组采用超临界、四角切圆，π型锅炉。汽轮机使用的是

600MW超临界、一次再热，四缸四排汽轮机。中速磨煤机一次风直吹制粉系统，每一台锅炉配备六台中速磨煤机，5台运行，1台备用。

临界机组和亚临界机组的协调控制系统有相似之处，也有不同之处，不同之

处在于超临界机组对水的控制。亚临界控制系统主要是对蒸汽流量、汽包水位、

给水流量；而超临界控制系统则是通过煤水的比例和过热度进行控制，所以在控

制的时候存在耦合的问题。超临界控制系统不仅要控制总煤量，而且还要控制煤

水比例和总风量，所以比亚临界控制系统更加复杂。发电机组在运行过程中，投

入的锅炉煤种发热量和设计煤种热量可能存在差异，所以锅炉在运行过程中很难

确定需求煤量，从而导致锅炉主控制系统指令出现较大差异，影响主蒸汽压力。

比如600MW功率的发电机组，用好的煤种只需180t/h煤量就能满足机组负荷发电，但是差的煤种需要330t/h的煤量才能满足机组运行的负荷。因此，这对发电机机组的协调控制系统要求比较高，需要适应不同煤种的发热量。品质不好的煤种，要根据煤水的比例算出给水前馈量，并通过热度进行修正，调整系统反应时间，所以机组运行过程中，很容易出现主蒸汽温度变化，导致机组协调控制系统

无法投入运行，给操作人员带来一定的难度。因此，需要对发电机组的自动发电

控制系统进行优化，对不同煤种的发热量进行修正，从而提高中速磨煤机对煤种

的适应性。

二、火电厂机组协调控制系统优化策略

（一）优化煤种的适应性

单元机组协调控制系统主要是负责调解电网负荷，是燃煤发电机模拟量控制

系统中的关键系统，其控制质量直接影响到发电厂的发电质量。超临界机组协调

控制系统工作原理主要是通过锅炉主控制系统维持汽轮机的前轮压力，汽轮机主

控制系统进行调节。锅炉的主控系统按照控制系统的负荷指令计算机组运行所需

的燃煤量，然后根据压力值，对燃料量进行修正，从而计算出最终的燃煤量。比

如锅炉主控系统SAMA，如果煤炭的热值发生变化，则需要通过压力偏差值对燃

煤总量进行修正。当机组负荷出现变化，静态前馈会实时计算出燃煤机所需的煤量，然而根据这一煤炭量计算出煤的热值，并对这一需求进行修正，让煤炭热值

达到锅炉设计煤种的需求。如果煤炭热值与锅炉设计的热值相差无几，那么静态

前馈量则是反映机组实际所需燃料，这个时候就不需要通过热值修正改变煤炭的

燃料。如果煤炭的热值与锅炉机组设计的热值有一定的差距，那么静态前馈则会

修正煤炭量，从而满足新机组的实际燃料需求。这个过程就是根据发电机组的负

荷变化量修正标准煤量，将非标准设计煤量换算为标准煤量，从而提高发电机组

对煤种的适应性。当前国内很多火力发电厂都设置了煤量修正系数，火力发电厂

机组调度人员根据燃煤热值修正燃煤量。此次将燃煤热值修正引入到控制系统中，将电气自动控制系统中，增加煤热值智能计算逻辑，系统能够根据锅炉所需的热

值使用煤种，并对机组燃煤量进行修正和补偿。其计算公式为：

Cv=K

其中Q表示火力发电厂的发电负荷用MW表示；qv表示瞬时煤量，用t/h表示；K表示系数用MJ/(kw?h)按照发电厂的实际情况，发电机组1KW?h所耗费的

标准为0.31Kg，因此，可以确定系数为9.07MJ/(kw?h)。然而在实践中，不能用瞬时热值修正锅炉煤量，因为锅炉的压力高燃烧热值瞬时值比较低，锅炉压力低时

则燃煤的瞬时值高。因此，需要对火力发电厂的一段时间内的发电总量和总煤量

累计计算，得出一个比较准确的燃煤热值，时间越长，则热值越准确。具体方法

在4分钟时间内取一个热值的平均值，并建立15个栈区堆栈，取得栈内平均值，也就是一小时的平均燃煤值，然后对这个燃煤热值进行修正。

（二）优化主蒸温度控制

主蒸温度控制系统由两级喷水减温系统构成，两级喷水减温系统阀前有一个

截止阀门和两个喷水减温阀门。第一级喷水减温阀门的调量是第二级喷水减温器

的入口温度，第二级喷水减温调节量是末端过热器的出口温度。第一级喷水减温

调节量根据主蒸气流量，机组运行管理人员人工设置偏差，蒸汽温度也是工作人

员自行设置。采用前馈PID算法和预估算法，具体控制策略为：锅炉主控微分前馈、关启磨补偿、进口温度微分、空间预估状态。预估四个点的温度，然后设定

四个点的温度控制设定值，并与实际值进行比较，预估处喷水量，也就是惯性时

间内的四分之一，从而控制主蒸汽的预估前馈。

（三）制粉系统出力控制优化

增加制粉系统的负荷变化对应的负荷变化前馈，以提高锅炉侧热量的响应速度。当增加负荷时，预先提高制粉系统给煤量对应的一次风量，让吹进炉膛的煤

粉变化更快一些，当负荷减少时亦然，最终目的是帮助减小锅炉的惯性，负荷变

化可以通过当前负荷指令与60S钱的负荷指令一阶惯性做比较来判断，底层磨煤

机与高层磨煤机变化的幅度要小一些，因为高层磨响应更快。

三、优化效果

通过预估煤质控制系统修正锅炉的燃煤量、优化主蒸温度控制、制粉系统出

力控制优化，2#机组AGG协调控制系统改造后效果比较明显，火电厂的机组能够适应多种燃煤的变化，锅炉的主蒸汽压力、温度、再热器温度、含氧量等参数得

到了比较好的控制，提高了机组的适应性和发电机组的发电效率。

结束语：

通过对发电机组的协调控制策略进行优化，采取多种方式的改进策略，改进

机组对各种工况的适应能力，降低锅炉惯性，以有效提高AGG系统响应的速度，改善机组的适应性也为提高机组降低煤耗、发电效率提供有力的帮助。

参考文献

[1]翁疆.火电机组协调控制系统优化策略[J].华电技术,2015,(5):27-29.

[2]张顺,郭涛,马呈霞等.基于非线性与模糊控制的协调优化策略研究[J].自动化