電廠集控運(yùn)行與機(jī)組協(xié)調(diào)控制的應(yīng)用策略分析

嚴(yán)劍文

江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠 江西 宜春331100

引言

隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展,人們對(duì)于電力的需求量也逐漸的增大,甚至電已經(jīng)成為人們生活密不可分的一部分。因此,為了滿足人們生活對(duì)于電力質(zhì)量的需求情況。電廠不斷引進(jìn)新型技術(shù)以此來(lái)提高電能的質(zhì)量。如果想要達(dá)到提高電能質(zhì)量這一要求,就需要對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制體系進(jìn)行改進(jìn)和完善,從而提高控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度,而在電廠控制系統(tǒng)中最為主要的控制便是集控運(yùn)行。由此可見,機(jī)組協(xié)調(diào)控制是電廠中集控運(yùn)行的主要因素。若想要提高電廠電能的生產(chǎn)效率、質(zhì)量以及電廠安全系統(tǒng)的安全性和可靠性。對(duì)集控運(yùn)行和機(jī)組協(xié)調(diào)控制進(jìn)行改進(jìn)和完善是當(dāng)下電廠發(fā)展所必須采取的措施。

一、集控運(yùn)行系統(tǒng)主要作用

如果想要更加完善電廠的集控系統(tǒng),首先就要明白什么是集控運(yùn)行系統(tǒng)、集控運(yùn)行系統(tǒng)作用是什么、以及其工作內(nèi)容是什么等一系列的問(wèn)題。所謂的集控系統(tǒng)是通過(guò)集中控制技術(shù)將原本單元制的基礎(chǔ)進(jìn)行集合。從而使各個(gè)機(jī)組的操作統(tǒng)一性管理。在電廠中集控系統(tǒng)是將監(jiān)控功能以及指揮操作功能集于一體的操作系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)電廠電控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理,從而收集電廠系統(tǒng)中度產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)。再將收集到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析進(jìn)一步為生產(chǎn)者提供生產(chǎn)電能所需的數(shù)據(jù)。從而使電能的生產(chǎn)更為合理可靠,并且能夠有效提高的其安全性能。在電廠的自動(dòng)化控制中,集中控制系統(tǒng)是主要的運(yùn)行系統(tǒng)。電廠自動(dòng)化中通過(guò)將集中控制系統(tǒng)與機(jī)組協(xié)調(diào)進(jìn)行組合,進(jìn)一步對(duì)電能生產(chǎn)的各個(gè)流程進(jìn)行監(jiān)控管理以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[1]。其中集控運(yùn)行系統(tǒng)是主要對(duì)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和儲(chǔ)存為生產(chǎn)者提供主要理論依據(jù)。而機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)則通過(guò)接收生產(chǎn)制造者或者集控運(yùn)行系統(tǒng)所發(fā)出的指令進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行從而對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善其性能,提高電能生產(chǎn)的安全性。

二、集控運(yùn)行系統(tǒng)的使用策略

(一)通過(guò)改進(jìn)調(diào)節(jié)器參數(shù),提高電能產(chǎn)率。在電能生產(chǎn)過(guò)程中集控運(yùn)行能夠通過(guò)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來(lái)提高電能產(chǎn)率。而在控制系統(tǒng)中負(fù)荷調(diào)節(jié)器的存在能夠?qū)﹄娔艿纳a(chǎn)起到一定的調(diào)節(jié)性作用。但是在控制系統(tǒng)中由于負(fù)荷調(diào)節(jié)器數(shù)值會(huì)產(chǎn)生不定性的變化,導(dǎo)致在電能生產(chǎn)存在波動(dòng)。而當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)荷趨于穩(wěn)定時(shí),負(fù)荷的反饋信息將會(huì)提前進(jìn)行結(jié)束。根據(jù)這一特點(diǎn)我們可以對(duì)負(fù)載調(diào)節(jié)器采取相應(yīng)的平衡措施,從而提高負(fù)載調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)能力。與此同時(shí),也能夠有效的降低在生產(chǎn)系統(tǒng)中由于負(fù)載的不穩(wěn)定性而造成的不良影響。因此合理的對(duì)負(fù)載調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行改變和調(diào)節(jié)不僅可以提升協(xié)調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)能夠有效地提高電能的生產(chǎn)效率,從而保證生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量[2]。

三、機(jī)組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化策略江西

機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化主要體現(xiàn)在鍋爐控制回路方面[3],它是一種改進(jìn)型的鍋爐水煤解耦式控制策略,但根據(jù)火電機(jī)組調(diào)頻AGC方式運(yùn)行的特點(diǎn),在策略上進(jìn)行了針對(duì)性的完善優(yōu)化。對(duì)機(jī)爐協(xié)調(diào)的汽機(jī)負(fù)荷控制回路,也針對(duì)AGC指標(biāo)要求進(jìn)行了針對(duì)性地完善,以提高機(jī)組AGC過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間和速度。對(duì)機(jī)組其它子系統(tǒng)的控制,其策略則基本遵循原有的單PID加前饋,或者串級(jí)PID加前饋的控制策略。在控制策略完善優(yōu)化的基礎(chǔ)上,對(duì)各系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行全方位的優(yōu)化調(diào)整。

(一)主汽壓力設(shè)定值系統(tǒng)。主汽壓力設(shè)定值系統(tǒng),在滑壓方式下,根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令折算生成鍋爐主汽壓力參考值;疊加上運(yùn)行人員偏置,生成主汽壓力目標(biāo)設(shè)定值;然后經(jīng)過(guò)速率限制,形成鍋爐主汽壓力設(shè)定值;鍋爐主汽壓力設(shè)定值,經(jīng)過(guò)三階慣性的時(shí)延處理,作為最終進(jìn)入鍋爐主控PID的壓力設(shè)定值,該值是最終衡量主汽壓力偏差指標(biāo)的設(shè)定參考值。通過(guò)優(yōu)化,在低負(fù)荷和高負(fù)荷工作區(qū)內(nèi),防止壓力設(shè)定值變化大,造成擾動(dòng)大而超壓,在中間負(fù)荷工作區(qū)內(nèi),適度加快壓力設(shè)定值的變化,防止或減緩主汽壓力變化過(guò)慢,而導(dǎo)致的DEH 調(diào)門全開或開度過(guò)小的情況出現(xiàn)。進(jìn)行以上處理,避免了鍋爐主控PID在升降負(fù)荷過(guò)程中的主汽壓力跟蹤調(diào)節(jié)作用,而主汽壓力壓力跟蹤主要由控制邏輯中的前饋控制分量完成。在升降負(fù)荷中,由于鍋爐燃燒和制粉的過(guò)程的滯后,調(diào)節(jié)主汽壓力的前饋控制分量,其作用需一分鐘左右才能在鍋爐主汽壓力上體現(xiàn)出來(lái),此時(shí)如果不進(jìn)行延時(shí)處理,隨負(fù)荷指令變化的設(shè)定值會(huì)直接調(diào)節(jié)鍋爐主控PID,設(shè)定值和過(guò)程量之間的偏差,會(huì)造成由于鍋爐主控PID衰減率而致的鍋爐主控升降波動(dòng),并進(jìn)而又引起鍋爐水、煤指令的波動(dòng)而導(dǎo)致鍋爐各主輔參數(shù)穩(wěn)定性的下降。

(二)鍋爐主控系統(tǒng)。鍋爐主控指令,是生成鍋爐煤水指令的原始指令。直流鍋爐的給煤、給水設(shè)定指令,除去考慮其響應(yīng)時(shí)延的先后區(qū)別外,指令形式是一致的,一般情況下,主要有三部分組成,其一是主汽壓力調(diào)節(jié)PID控制分量部分;其二是負(fù)荷指令的比例折算前饋?zhàn)饔?其三是升降負(fù)荷過(guò)程中的超調(diào)量部分。目前,在應(yīng)用最廣泛的直流鍋爐控制方案中,以上三部分控制分量中的升降負(fù)荷超調(diào)量部分,則是分別在給水主控、給煤主控回路中分別實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)優(yōu)化考慮到給水響應(yīng)的快速性,在升降負(fù)荷過(guò)程中的初期,可以適度利用給水流量的變化,來(lái)動(dòng)態(tài)改變鍋爐內(nèi)蒸汽蓄能的變化,以適應(yīng)AGC發(fā)電對(duì)鍋爐負(fù)荷蓄能快速變化的要求。另外,不同負(fù)荷下,爐內(nèi)的熱容量變化、鍋內(nèi)的蒸汽蓄能變化,這兩者所需要的熱能折算量是不同的,實(shí)現(xiàn)了不同的超調(diào)量。

(三)中間點(diǎn)溫度及給水控制系統(tǒng)。根據(jù)分離器壓力折算分離器處的飽和蒸汽溫度,疊加上據(jù)機(jī)組負(fù)荷折算出的過(guò)熱度曲線,并加上根據(jù)主蒸汽溫度偏差的補(bǔ)償修正,并加上運(yùn)行人員的過(guò)熱度偏置值,形成鍋爐中間點(diǎn)溫度設(shè)定值。設(shè)定值和分離器出口溫度比較,其差經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算,形成給水流量設(shè)定值過(guò)熱度修正系數(shù)。鍋爐主控及負(fù)荷超調(diào)量折算來(lái)的給水流量之和,是給水流量原始設(shè)定值,經(jīng)過(guò)過(guò)熱度修正系數(shù)的乘式修正,便得到最終的鍋爐給水流量設(shè)定值。同時(shí),如鍋爐主控系統(tǒng)說(shuō)明部分所述,該過(guò)熱度修正系數(shù)以除的形式修正鍋爐主控指令。

過(guò)熱度修正系數(shù)是一個(gè)范圍在(0.7～1.3)左右的修正系數(shù),當(dāng)過(guò)熱度上升時(shí),該修正系數(shù)會(huì)增加,經(jīng)過(guò)該系數(shù)乘式修正的鍋爐給水流量設(shè)定值會(huì)增加,故此可以控制過(guò)熱度的上升;同時(shí),經(jīng)過(guò)該系數(shù)除式修正的鍋爐主控會(huì)減小,折算成的燃料主控設(shè)定值會(huì)減小,也可以達(dá)到控制過(guò)熱度上升的效果。

從邏輯結(jié)構(gòu)上分析,從鍋爐主控負(fù)荷前饋至給水流量設(shè)定值,在穩(wěn)態(tài)時(shí),其關(guān)系是函數(shù)折算關(guān)系,但從鍋爐主控負(fù)荷前饋至燃料主控煤量設(shè)定值,則存在一個(gè)過(guò)熱度修正系數(shù),當(dāng)煤質(zhì)變好導(dǎo)致過(guò)熱度上升,或者煤質(zhì)變差導(dǎo)致過(guò)熱度下降,最終會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)給煤量設(shè)定減小或增大的校正作用,如上段內(nèi)容所述,最終實(shí)現(xiàn)了一種煤水控制自有煤質(zhì)校正功能。實(shí)際上,對(duì)于直流鍋爐而言,鍋爐中間點(diǎn)溫度本身就是反映煤質(zhì)的一個(gè)最直接的中間變量,一定程度上佳,中間點(diǎn)溫度控制器本身就是煤質(zhì)校正器。

(四)燃料主控系統(tǒng)及一次風(fēng)系統(tǒng)。鍋爐主控指令,疊加變負(fù)荷過(guò)程中的燃料補(bǔ)償部分,其和經(jīng)過(guò)煤質(zhì)校正回路的校正,形成形成鍋爐燃料量總指令,經(jīng)過(guò)燃料主控PID的計(jì)算,形成最終的給煤機(jī)公共指令。在其基礎(chǔ)上,疊加上各自的偏置,形成各給煤機(jī)的最終給煤指令。鍋爐給水和給煤系統(tǒng)的超調(diào)量,并不在鍋爐主控中生成,而在各自子系統(tǒng)中分別生成,其動(dòng)作量可分別調(diào)整,以便于在穩(wěn)定性和快速性之間進(jìn)行適度平衡取舍。

根據(jù)燃料主控設(shè)定值,也即鍋爐燃料量總指令,除以磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù),折算生成燃料主控輸出的近似擬合量,根據(jù)該擬合量折算生成鍋爐一次風(fēng)壓設(shè)定值,可避免斷煤時(shí)燃料主控上下波動(dòng)導(dǎo)致的影響。一次風(fēng)壓和磨煤機(jī)負(fù)荷有直接的關(guān)系,但和鍋爐負(fù)荷則是間接的關(guān)系。考慮兩種特殊工況:機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī),但每臺(tái)磨都在高出力工況,機(jī)組高負(fù)荷5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,但每臺(tái)磨都在較低出力工況,顯然,前者所需的一次風(fēng)壓要大于后者,盡管對(duì)于一次風(fēng),后者大于前者。這是采用以上所述風(fēng)壓控制策略的原因。采用擬合燃料主控輸出指令的形式,則是為了避免給煤機(jī)斷煤等特殊工況下一次風(fēng)壓的擾動(dòng)情況。另一方面,對(duì)于大型超臨界鍋爐,一般情況下,普遍認(rèn)為相對(duì)于亞臨界鍋爐的蓄熱小,這樣,為了加快鍋爐的AGC負(fù)荷響應(yīng),適度加快一次風(fēng)壓力和磨煤機(jī)一次風(fēng)流量的響應(yīng)速度,一定程度上可以彌補(bǔ)超臨界鍋爐蓄熱小的不足。

(五)在電廠設(shè)備中使用該系統(tǒng)提高設(shè)備安全性及經(jīng)濟(jì)性。由于電能的生產(chǎn)不比其他生產(chǎn),其存在的危險(xiǎn)性較高,所以在電廠中,專門存在著一種為保護(hù)機(jī)組設(shè)備安全和工作人員自身安全以及提升生產(chǎn)安全的保護(hù)系統(tǒng)。而在這個(gè)保護(hù)系統(tǒng)中,如果想要真正的發(fā)揮它的作用就必須將保護(hù)系統(tǒng)的特性與集控運(yùn)行以及機(jī)組協(xié)調(diào)控制相結(jié)合從而達(dá)到有效的防護(hù)安全措施。例如,當(dāng)電廠設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)通過(guò)采用集控運(yùn)行的方式,及時(shí)的關(guān)閉其控制系統(tǒng),從而避免由于設(shè)備出現(xiàn)故障而造成的一系列損失和人身安全問(wèn)題。在如在電廠進(jìn)行檢修時(shí)通過(guò)采用控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備的試運(yùn)行,從而了解設(shè)備的運(yùn)行情況,以便對(duì)存在問(wèn)題的設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性的維護(hù)和檢修。這不僅能夠提高生產(chǎn)效率,更加能夠保障工作人員以及設(shè)備的安全性[4]。

豐城二期發(fā)電廠兩臺(tái)700 MW機(jī)組經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化后,機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度及一次調(diào)頻貢獻(xiàn)率得到明顯提高,2018、2019年兩個(gè)細(xì)則獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)分別達(dá)到1520萬(wàn)元、1750萬(wàn)元,連續(xù)兩年獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)排名江西電網(wǎng)第一名,占全全獎(jiǎng)勵(lì)的的45%左右。

四、結(jié)束語(yǔ)

從以上論述不難看出,無(wú)論是集控系統(tǒng)的運(yùn)行,還是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在電廠中電能的生產(chǎn)過(guò)程中都有著重要的作用。它不僅能夠提高電能的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量,更加能夠降低生產(chǎn)過(guò)程中存在的危險(xiǎn)系數(shù),還能為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。并且在設(shè)備的檢修方面也有著一定的作用。同時(shí)也為電廠的長(zhǎng)久發(fā)展奠定堅(jiān)定的基礎(chǔ)。因此,集控運(yùn)行與機(jī)組協(xié)調(diào)控制在電場(chǎng)中運(yùn)用,是當(dāng)下我國(guó)電廠發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)也是我國(guó)當(dāng)下科技發(fā)展的必要前提。