基于電網(wǎng)AGC指令的鍋爐主控前饋設(shè)計(jì)研究

【摘 要】針對(duì)寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司#1機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)試。由于電網(wǎng)AGC指令復(fù)雜多變，包括大幅度單向變化部分、中等幅度正反向變化部分、小幅度隨機(jī)變化部分，造成燃料量、蒸汽壓力、過熱度、汽溫等參數(shù)頻繁波動(dòng)，針對(duì)此問題，對(duì)鍋爐主控前饋進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，基本解決了存在的問題，提高了主蒸汽參數(shù)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】AGC指令 鍋爐主控前饋 波動(dòng) 調(diào)節(jié)品質(zhì)

寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司（寧東公司）控制策略是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，即汽機(jī)調(diào)整負(fù)荷，鍋爐調(diào)整壓力。由于汽輪機(jī)屬于快速受控工藝系統(tǒng)，當(dāng)汽輪機(jī)主汽門的開度發(fā)生變化時(shí)，蒸汽壓力、進(jìn)汽流量、發(fā)電功率快速變化，而鍋爐系統(tǒng)響應(yīng)存在很大延遲，需要經(jīng)過燃料輸送、燃燒、傳熱、熱交換等環(huán)節(jié)，才能達(dá)到滿足發(fā)電功率所需的蒸汽量，這是一個(gè)大延遲、大慣性的過程。因此，必須要依靠適量的前饋?zhàn)饔眠M(jìn)行超調(diào)，來補(bǔ)償鍋爐的特性，讓鍋爐側(cè)提前動(dòng)作，保證機(jī)爐之間的能量平衡。

1西北電網(wǎng)AGC指令的特點(diǎn)

寧東公司AGC指令直接由西北電網(wǎng)網(wǎng)調(diào)綜合給出。自2014年7月1日開始，西北電網(wǎng)正式實(shí)行AGC指令聯(lián)絡(luò)線模式。西北電網(wǎng)AGC指令復(fù)雜多變，參與調(diào)峰調(diào)頻的機(jī)組一方面要滿足西北電網(wǎng)對(duì)AGC性能指標(biāo)的要求，另一方面還要保證超臨界機(jī)組汽機(jī)和鍋爐2個(gè)動(dòng)態(tài)特性差異很大的被控控制對(duì)象達(dá)到能量平衡，機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的安全。要同時(shí)兼顧這兩方面的要求，而鍋爐的響應(yīng)延遲特性，對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)前饋?zhàn)兓傲俊焙汀皶r(shí)間”掌握及控制器參數(shù)的整定，提出了巨大挑戰(zhàn)。

2鍋爐主控前饋原方案

鍋爐主控制器前饋部分包括靜態(tài)指令前饋和動(dòng)態(tài)前饋兩部分。靜態(tài)前饋為設(shè)計(jì)工況下發(fā)電負(fù)荷對(duì)應(yīng)的鍋爐燃料量。而動(dòng)態(tài)前饋部分為AGC指令的微分、AGC指令的動(dòng)態(tài)前饋及汽輪機(jī)前壓力動(dòng)態(tài)前饋邏輯。AGC指令的微分以一種非常獨(dú)特的方式給出：

（1）

其中： 為汽輪機(jī)前蒸汽壓力定值，MPa； 為汽輪機(jī)前蒸汽壓力，MPa； 為機(jī)組負(fù)荷指令，MW。

經(jīng)過分析，式（1）經(jīng)過微分后，包括3個(gè)部分，分別是AGC指令的微分；汽輪機(jī)前蒸汽壓力定值的微分；汽輪機(jī)前蒸汽壓力的微分，這里的微分等同于反饋中PID調(diào)節(jié)器的微分。此負(fù)荷指令微分邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，AGC指令前饋、壓力定值前饋、汽輪機(jī)前壓力反饋糾纏在一起，調(diào)試?yán)щy。

3鍋爐主控前饋的優(yōu)化思路

按照優(yōu)化思路，對(duì)前饋邏輯重新進(jìn)行分析。常規(guī)AGC指令前饋邏輯存在以下兩種設(shè)計(jì)方案。一種為典型一階微分二階段微分前饋。一種為BIR前饋。

典型一階微分二階微分前饋控制信號(hào)流程圖如圖1所示。由于被控對(duì)象制粉系統(tǒng)具有明顯的慣性，所以設(shè)計(jì)一個(gè)超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)抵消對(duì)象慣性。燃料前饋指令信號(hào)由3個(gè)部分組成，一個(gè)是由限幅后AGC指令折算出的靜態(tài)燃料量，一個(gè)是由限幅后AGC指令經(jīng)一階微分環(huán)節(jié)計(jì)算出的一階動(dòng)態(tài)燃料量，一個(gè)是由限幅后AGC指令經(jīng)二階慣性環(huán)節(jié)計(jì)算出的二階動(dòng)態(tài)燃料量。當(dāng)AGC指令階躍變化時(shí)，靜態(tài)燃料量為斜坡響應(yīng)，一階微分輸出方波響應(yīng)，二階微分輸出正反向尖波響應(yīng)。燃料過量調(diào)節(jié)量平均分配到整個(gè)變負(fù)荷區(qū)間，變負(fù)荷過程中磨出力變化較為平緩。

此方案適合于大幅度長(zhǎng)周期的AGC指令變化。而當(dāng)AGC指令頻繁小幅度變化時(shí)，燃料量會(huì)出現(xiàn)一個(gè)一個(gè)的脈沖，特別當(dāng)AGC指令正反向變化時(shí)，上一個(gè)變化周期燃料量脈沖的結(jié)束會(huì)和下一個(gè)變化周期燃料量脈沖的開始相互迭加，導(dǎo)致燃料量短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)幅度較大。所以不適合小幅度頻繁變化特別是正反向變化的AGC指令。

典型BIR微分前饋控制信號(hào)流程圖如圖2所示。BIR也需要使燃料產(chǎn)生動(dòng)態(tài)過調(diào)來補(bǔ)償對(duì)象制粉系統(tǒng)慣性。當(dāng)AGC指令階躍變化時(shí)，靜態(tài)燃料量為斜坡響應(yīng)，BIR邏輯輸出三角波響應(yīng)，經(jīng)過濾波處理后近似為三角波。燃料過量調(diào)節(jié)量先快后慢，AGC指令剛開始變化時(shí)，燃料量突然增加很多，隨機(jī)組負(fù)荷逐漸接近AGC指令，燃料增加量逐漸放緩。

因此，此方案適合于小幅波動(dòng)的AGC指令。由于AGC指令變化幅度小，所以AGC指令剛開始變化時(shí)燃料量的增加量并不顯得很多。當(dāng)AGC指令頻繁變化時(shí)，燃料量反復(fù)迭加的效果是形成一系列同AGC指令變化類似形狀的臺(tái)階波，不會(huì)象一階二階微分前饋一樣形成正反向迭加的大脈沖。整體變化相對(duì)較平均。而此方案不適合AGC指令大幅波動(dòng)。當(dāng)AGC指令大幅變化時(shí)間，突然大幅增加的燃料量會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)難以承受。

4鍋爐主控前饋的改進(jìn)方案

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)AGC指令即存在大幅長(zhǎng)周期變化也存在小幅正反項(xiàng)頻繁變化的情況，故采用一階二階微分前饋同BIR前饋相互結(jié)合的方法此改進(jìn)方案的特點(diǎn)如下：（1）一階二階微分前饋和BIR前饋各發(fā)揮約50%的調(diào)節(jié)作用，最終的燃料量前饋由一階二階微分前饋和BIR前饋輸出求和得到；（2）BIR前饋的濾波時(shí)間短而一階二階微分前饋的濾波時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)AGC指令小幅變化時(shí)，BIR前饋先發(fā)揮作用，而一階二階微分前饋的濾波時(shí)間長(zhǎng)，主要作用被濾除。當(dāng)AGC指令大幅變化時(shí)間，BIR前饋先發(fā)揮作用但量不足，經(jīng)過一段時(shí)間后一階二階微分前饋發(fā)揮作用予以補(bǔ)充；（3）能夠在一定程度上發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，避免燃料量大幅波動(dòng)，也能夠適應(yīng)指令特點(diǎn)。

圖3優(yōu)化后的的負(fù)荷指令前饋趨勢(shì)圖

通過優(yōu)化，在機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)，壓力控制穩(wěn)定。控制曲線如圖3。由圖可以看出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷以10MW/MIN的高負(fù)荷速率變化時(shí)，AGC指令從420MW降為329MW，升為443MW，降為330MW，最后升為435MW，負(fù)荷指令升、降變化幅度大于等于100MW，經(jīng)歷了一個(gè)大幅度鋸齒波變化的AGC指令。在此惡劣指令狀態(tài)下，主汽門前壓力最大動(dòng)態(tài)偏差為0.8MPa，控制指標(biāo)良好。

5結(jié)語

隨著兩個(gè)細(xì)則的考核越來越嚴(yán)格，電廠為了保證滿足兩個(gè)細(xì)則的指標(biāo)要求，對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面優(yōu)化，提高了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力。但受到機(jī)組本身的特性的限制，如容量、主輔機(jī)的調(diào)節(jié)特性、調(diào)節(jié)范圍等，因此，在以后的優(yōu)化方案中不僅要追求兩個(gè)細(xì)則利潤(rùn)的同時(shí)更要兼顧機(jī)組的安全和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

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作者簡(jiǎn)介：高巨賢（1984—），男，寧夏銀川人，主要從事熱控專業(yè)爐側(cè)熱控儀表及設(shè)備檢修，研究鍋爐主控、燃料主控、給水自動(dòng)、風(fēng)煙自動(dòng)及協(xié)調(diào)控制等。