330MW火電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制研究

文/屈原 李波 馬俊峰 李東

隨著自動(dòng)化水平的快速發(fā)展，大容量的發(fā)電單元機(jī)組（200MW以上）逐漸普及并投入使用，現(xiàn)在使用較多的是330MW單元機(jī)組，該控制系統(tǒng)主要由汽輪機(jī)和鍋爐組成，是一個(gè)多變量的控制系統(tǒng)，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)汽輪機(jī)和鍋爐進(jìn)行協(xié)同控制保證系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的前提下，最大限度滿足機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度，滿足電網(wǎng)調(diào)度中心負(fù)荷要求，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以為公司創(chuàng)造最大效益。協(xié)同控制是該領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，并取得一定的成果，王文蘭、馬然等人設(shè)計(jì)了基于多變量解耦廣義預(yù)測(cè)控制策略的單元機(jī)組協(xié)同控制系統(tǒng)，控制效果很明顯優(yōu)于普通廣義預(yù)測(cè)[1]。凌呼君等人采用了廣義預(yù)測(cè)控制算法，使得控制系統(tǒng)計(jì)算量減小、魯棒性增強(qiáng)[2]。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了新型的協(xié)同控制器，解決了系統(tǒng)的魯棒性問(wèn)題。

本文針對(duì)鄂爾多斯市某熱電公司330MW單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，給出幾種常用的控制方法，完成上述控制要求。

1 330MW單元機(jī)組的構(gòu)成及數(shù)學(xué)模型

該熱電公司使用的是國(guó)產(chǎn)燃煤亞臨界空冷抽凝式供熱發(fā)電機(jī)組，主要包括由汽輪機(jī)和鍋爐，使用的鍋爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，型號(hào)為SG—1176/17.5—M726，使用的汽輪機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界蒸汽、一次中間再熱、直接空冷、雙缸雙排汽、單軸、單抽、供熱凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為C287/N330—16.7/538/538，該330MW單元機(jī)組使用的是北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司EDPF-NT 分散控制。該機(jī)組的數(shù)學(xué)模型和主要環(huán)節(jié)如圖1所示：

其中，μb是燃料量，D是蒸發(fā)量，Pd是汽包壓力，PT是機(jī)前壓力，P1是調(diào)節(jié)級(jí)壓力，NE是汽輪機(jī)負(fù)荷。

2 330MW單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制

在330MW單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制中，理論上最常用的是反饋和前饋控制方式，即實(shí)時(shí)的把輸出量反饋到輸入端，和輸入量進(jìn)行比較計(jì)算，繼續(xù)控制輸出量，在該系統(tǒng)中對(duì)汽輪機(jī)負(fù)荷控制一般采用鍋爐跟隨負(fù)荷控制方式和汽輪機(jī)跟隨負(fù)荷控制兩種方式。實(shí)際工作中，一般是采用集中不同的協(xié)調(diào)控制方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以完成控制要求和工作任務(wù)。

2.1 以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制

以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制如圖2所示，在這種協(xié)調(diào)控制中鍋爐控制機(jī)組負(fù)荷，汽輪機(jī)控制主汽壓力。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷指令N0增大或減小時(shí)，鍋爐主控制相應(yīng)的增加或減少爐側(cè)的風(fēng)量、燃料量，鍋爐的蓄熱量、蒸發(fā)量均增大或減少，主蒸汽壓力PT逐漸上升或下降，汽輪機(jī)主控制器輸出增大或減少，開(kāi)大或開(kāi)小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，從而增大或減小機(jī)組的主蒸汽流量，使得機(jī)組實(shí)際負(fù)荷NE與N0相同，主汽壓力PT也逐漸下降或上升與設(shè)定值P0相同。該種協(xié)調(diào)控制對(duì)機(jī)組安全性和穩(wěn)定性較好，響應(yīng)負(fù)荷指令實(shí)時(shí)性一般，因此該控制方式一般用在機(jī)組負(fù)荷較穩(wěn)定的情況下使用。

2.2 以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制

以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制如圖3所示，在這種協(xié)調(diào)控制中汽輪機(jī)控制機(jī)組負(fù)荷功，鍋爐控制主汽壓力。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷指令N0增大時(shí)或減小時(shí)，增大或減小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，可以增大或減小進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽流量，使得機(jī)組實(shí)際負(fù)荷NE與負(fù)荷指令N0相同。主蒸汽流量的變化引起主蒸汽壓力PT變化，這時(shí)，因主蒸汽壓力產(chǎn)生偏差，增加或減少鍋爐的燃料量、風(fēng)量等，使得主汽壓力PT與設(shè)定值P0相同。該控制方式快速性較好，穩(wěn)定性一般。

2.3 綜合型協(xié)調(diào)控制

綜合型協(xié)調(diào)控制就是使汽輪機(jī)和鍋爐同時(shí)受功率偏差或氣壓偏差信號(hào)的協(xié)調(diào)控制。如圖4所示，該控制方法具有以上兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)330MW單元機(jī)組常用的三種協(xié)調(diào)控制的比較分析，可知以汽機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制快速性較差、穩(wěn)定性較好，以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制穩(wěn)定性較差、快速性較好。綜合型協(xié)調(diào)控制具有以上兩種控制方式的有點(diǎn)，快速性和穩(wěn)定性較好。

圖1：機(jī)組整體調(diào)節(jié)對(duì)象的工藝流程示意圖

圖2：以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制

圖3：以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制

圖4：綜合型協(xié)調(diào)控制