330MW循环流化床机组协调控制系统

　　火电单元机组CCS ( 协调控制系统)在机组运行过程中 ,自动调节系统持续不断地对主要运行参数进行调节,克服内部和外部各种扰动,维持各项运行参数在规定的范围内,CCS系统的投入对机组的安全经济运行有着重要的意义。

　　概括地说，CCS系统就是把锅炉及汽机作为一个整体进行控制时所用的系统。其复杂性主要体现在:多变量的强耦合、多目标相关联、非线性、时变及锅炉侧存在很大的迟延等，锅炉从改变燃料量,送风量和给水量到主蒸汽流量和主蒸汽压力的惯性很大，而汽轮机从控制汽阀开度改变到汽轮发电机实发功率改变的惯性小，这就要求根据汽轮机、锅炉动态特性上的差异组织一个协调控制系统,将汽轮机、锅炉从控制上联系起来成为一个整体对象,最大限度地发挥机组的蓄热能力,满足电网供电要求。同时CFB锅炉比普通煤粉锅炉具有更多的输入、输出变量,耦合关系也更为复杂,其自动控制系统尤其是协调控制系统设计不成熟,投运一直是个难题。

　　随着电网容量的扩大以及对电力工业自动化水平和电能质量要求的提高,对电力系统AGC(自动发电控制)的要求日益迫切。圆满解决AGC问题的基础在于单元机组协调控制的投入,这也使得CFB锅炉协调控制系统的研究势在必行。

　　1. 协调控制系统的运行方式 协调控制系统根据负荷运算可以分为以下几种方式。

　　1.1手动控制方式 锅炉主控在手动，汽机主控在就地，由DEH(数字电液调节)控制。锅炉及汽机负荷由操作员给定，功率控制回路和主汽压力控制回路都被切除。这种方式用于机组的启动、停止。

　　1.2锅炉跟随控制方式 当锅炉运行正常、汽机部分工作异常时，机组功率受到限制，通过画面选择或自动切换到锅炉跟随控制方式。此时汽机侧调负荷，锅炉侧调压力。

　　 (1) 当汽机主控手动时，机侧的压力调节器和功率调节器处于跟踪状态，炉侧的压力调节器投入自动状态。负荷指令跟踪实发功率，机组负荷由DEH控制。

　　(2) 当汽机主控自动时，机前压力由炉侧的压力调节器自动调节，机组负荷由汽机调功回路通过DEH控制，机组负荷最大值由汽机承受最大负荷的能力决定。

　　1.3汽轮机跟随控制方式 当汽机运行正常、锅炉部分工作异常时，机组功率受到限制，通过画面选择或自动切换到汽轮机跟随方式。此时机侧调压力，炉侧调负荷。

　　(1) 当锅炉主控手动时，机前压力由汽机压力调节器自动调节，维持机组定压运行，机组负荷由锅炉主控手动调节，机侧功率调节器和炉侧的压力调节器处于跟踪状态。

　　(2) 当锅炉主控自动时，机前压力由汽机压力调节器自动调节来维持，机组负荷由锅炉功率调节回路通过自动调整锅炉燃烧来控制，机组负荷最大值由锅炉能带最大负荷的能力决定。

　　1.4机炉协调控制方式 机组负荷信号由机组值班员指令、中心调度所指令和电网频差信号组成。机组功率运算回路将负荷要求转换为机组可能接受的功率指令。这个指令能否被接受，取决于机组允许的负荷能力，若负荷要求在机组所能承担的允许范围内，则可按负荷要求发出机组功率指令，否则将以机组允许负荷能力作为机组功率指令。 采用该方式时，锅炉、汽机的各自动调节系统都应投入运行，机组功率指令分别送往锅炉、汽机两个主控制器，整个机组处于协调控制状态。可分为以汽机跟随为基础的协调控制和以锅炉跟随为基础的协调控制。

　　2. 协调控制系统的功能组成

　　2.1 负荷指令形成回路 机组的目标负荷可由运行人员设定,或接收电网调度系统(ADS)发来的中调指令,同时配合相应的频差信号校正。与协调控制系统相关的过程参数(如机前压力、实发功率、燃料量、给水量、一次风压等)的调节品质与机组的负荷变化率及变化幅度有关。当某些参数偏差过大时，需要通过闭锁增/减或迫升/降等措施，限制实际负荷指令的变化，或迫使负荷指令向相反的方向动作，从而避免机组调节品质的进一步恶化。 在负荷指令的处理过程中，当多种出力限制情况同时发生的时候，要根据事件的迫切程度，按照一定的优先级，对负荷指令的幅值限制及变化速率限制进行快速修正，确保机组负荷向正确的方向变化。ADS输入指令经负荷限幅和速率限制后，送入机组主控M/A。

　　主汽压力自动调节系统由主调节器、副调节器和A/M (自动/手动)操作站组成。主调节器采用变参数PID，负荷目标实际负荷的偏差经过不同的函数发生器分别作为主调节器的比例系数和积分时间，这样的设置有利于稳定性和快速性的动态平衡。其中，主调节器接受锅炉出口主蒸汽压力信号作为测量值,根据运行人员给出的主蒸汽压力设定值,计算出锅炉所需的煤量值的一部分。给煤量的另一部分为锅炉跟随协调前馈信号，其中包括三部分：（1）功率给定值的比例信号，比例项使锅炉给煤量指令与负荷要求相适应；（2）功率给定值的微分信号，微分作用在动态过程中加强给煤量指令，以补偿机炉对负荷的响应速度的差异；（3）压力的实际给定值随功率的变化，当压力的给定值改变时，通过微分作用动态的提前改变给煤量。这三部分前馈信号的功能就是实现给煤量前馈，含义是不等机主控的设定和实际负荷偏差引起的锅炉侧的能量需求发生变法时，预先加煤，有效的克服了CFB锅炉侧的惯性和延迟，提高了机组负荷的响应速率。 副调节器作为给煤量调节器,用于保证进入炉膛的给煤量满足主调节器计算出的煤量值,并及时消除煤量扰动对主汽压力的影响。它以锅炉总燃料量为测量值,以主调节器的输出为煤量设定值,计算并向给煤机变频器发出转速调节指令。切锅炉主控为手动时,M/A站跟踪给煤机指令平均值,副调节器跟踪M/A 站输出,主调节器跟踪总燃料量,以便达到无扰切换的目的。

　　3 系统性能评价

　　由变负荷曲线可看出, 主汽压力在全程中的表现较好，最大压力波动为±0.46Mpa。而且总燃料量能较好地跟随负荷的变化而变化，这主要得益于协调控制中的前馈控制，尤其是给煤量前馈的加入比较符合CFB锅炉的热力特性。在此过程中升负荷的最大扰动值为78MW，平均升负荷速率为3.2MW/min。 从运行数据和过程分析看，机组协调的稳态特性和扰动性能较好，达到了热工监督规程的技术规范要求。机组自动化控制达到了较高的水平, 对机组的经济稳定有着重要的意义，为AGC功能的投入创造了有利的条件。

　　( 1) 频差校正信号直接加在经速率限制后的功率指令上，使机组在稳定和变负荷工况下的一次调频功能都可以起作用。

　　( 2)压力偏差回拉功率回路的设计克服了机前压力波动过大的不足,防止过度的利用锅炉的需热量。

　　( 3) 直接能量平衡控制策略从物理意义的角度出发，找到了机炉能量的平衡点，在实验充分、参数计算和整定正确的情况下，不失为一种好的方法。但同时必须注意，这种策略只有在汽机能量需求改变后，才能作出反应，对解决CFB 锅炉的滞后还是存在问题，对CFB 锅炉来说，采用间接能量平衡加前馈能起到较好的控制效果。

　　( 4) 负荷预加煤前馈和负荷定值前馈有效克服了CFB 锅炉的惯性和迟延。现场运行效果证明了系统的良好调节品质。

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