浅谈600MW超临界机组协调控制策略

在实际运行过程中，超临界机组的协调控制策略有多种，具体选用何种控制策略，对于其运行性能具有非常重要的影响，本文就主要以600MW超临界机组为例，对其协调控制策略予以简单探讨，对于实际的超临界机组协调控制策略的研究具有一定的参考价值。

一、超临界机组多输入输出协调控制系统的特点

超临界参数的直流锅炉具有这样的特点：没有固定的分界点、汽水一次性循环、没有气泡，并且在其运行过程中，随着汽轮机调门开度、给水流量、煤量等的变化，其汽水的分界点也会出现相应的变化，这将会对主蒸汽压力、机组负荷、中间点气温、主蒸汽温度等产生较大的影响，在制定超临界机组协调控制策略的过程中，应该对这些因素予以综合的考虑，才能保证所制定出的协调控制策略的合理性。可以将超临界机组看作是复杂的多输入多输出的被控对象，各个变量之间又相互的交叉耦合、相互影响，因此，在制定超临界机组协调控制策略的过程中，一个需要重点考虑的问题就是选择控制量与被控制量之间的关系。

二、600MW超临界机组协调控制策略 1、保证协调主控方式的合理性

在综合考虑超临界机组的实际特点及相关要求的基础上，设计出如图1所示的协调控制系统：

上图中，汽轮机主控带主蒸汽压力限制和一次调频功能， 锅炉主控以负荷指令为前馈、带压差和频差动态补偿， 侧重锅炉跟随的协调主控系统，为满足电网对大机组越来越高的要求， 协调主控系统设计由汽轮机主控来控制机组负荷是必不可少的。在开展相关研究的过程中，以某地区的600MW超临界机组为例开展分析，600 MW 机组自动发电控制（AGC） 和一次调频功能是必须投入的， 负荷升、降速率不能低于额定功率的 2% （12 MW/min）， 转速不等率 δ≤5% ；汽压限制功能在主蒸汽压力超限时起作用。汽压偏差限值设置原则： 主蒸汽压力调节品质要求较高的 600 MW 超临界机组可设为 ±0.4 MPa； 负荷调节品质要求较高的 600 MW 超临界机组可设为 ±0.5 MPa。设置太小影响 AGC 速率， 设置太大又不能保护机组安全。主蒸汽压力偏差超过限制（如制粉系统出现故障）， 汽轮机主控参与主蒸汽压力调节， 通过汽压限制环节函数曲线设

置调压作用强弱。主蒸气压力调整到允许范围内就不再影响汽轮机主控正常的负荷调节， 该功能起到了机、炉之间的解耦作用；主蒸汽压力控制是超临界机组最基本的控制， 用主蒸汽压力做锅炉主控的被控量， 因为锅炉是火电机组的动力能源， 汽轮发电机组只是快速执行机构， 主蒸汽压力的变化代表了机、炉能量的不平衡， 解决问题的根本要靠锅炉。锅炉主控用机组负荷指令做前馈， 使锅炉风、煤、水对应机组负荷指令有一个绝对变化量， 是最基础、最直接、最快速的比例控制， 也是最简单可靠的控制方案；采用这种侧重锅炉跟随的协调控制方案优势在于： 稳态时“侧重”、动态时“协调”， 是一种柔性控制策略， 没有绝对的跟随。负荷指令前馈与压力限制解耦在动态过程完成了柔性控制任务。

2、应用煤水比对微过热蒸汽的温度进行控制

要锅炉按需提供能量， 协调控制系统就必须按需控制原料，600 MW 超临界机组风、煤、水控制。负荷指令，锅炉指令， 风、煤、水指令之间存在最基本的比例关系， 从物理机理上理解， 这是超临界机组最重要的能量关系和逻辑关系。加风、加煤、加水、升负荷， 减煤减水、减风、降负荷， 如何控制好这些比例关系不失调就是协调控制策略问题， 其中煤水比控制是最重要的， 物理公式：

上式中， 表示：锅炉效率； 表示的含义是：煤低位发热量；W表示的含义是：给水量；F表示的含义是：煤量； 表示的含义是：给水焓值； 表示的含义是：主蒸汽焓值。给水温度随负荷的增加而升高， Hgw也随之升高。机组定压运行时， 主蒸汽温度和压力为定值， Hst为定值， Qnet和 η为常数， 煤水比 F / W 随着负荷的升高而减小。

3、强化自适应控制的应用

随着机组负荷的增加系统的稳定性加强， 抗干扰能力加强， 调节器参数可适当减弱， 对于受负荷影响大的调节系统采用“负荷自适应”方式自动调整控制参数， 锅炉主控、汽轮机主控、煤量控制器、給水控制器、氧量控制器都采用这种方式。受负荷变化影响较小的协调控制子系统采用“偏差自适应”方式自动调整控制参数， 这样当被调参数偏差大时可加大加快控制作用， 当偏差越来越小时自动减弱控制参数， 避免超调， 减小超调量 Mp和调整时间 ts增大衰减率 ψ， 稳定性、快速性和准确性都得到提高。实践证明， 超临界机组必须广泛采用修正参数来执行自适应控制规律的参数自适应型控制系统。

4、结合物理机理来确定合理的调藕、校正、补偿方案

超临界机组虽然蓄热偏小但有良好的动态特性， 其物理机理决定了控制量、被控量、过程量各参数之间多存在着直接或间接的比例关系， 除上述煤水比之外， 主蒸汽流量与总给水流量、总煤量与总风量、减温水流量与总给水流量、各主要参数和控制指令与机组负荷之间的比例关系构成了协调控制系统的基本框架。依据物理机理和控制理论找准比例关系， 确定补偿、校正与解耦方案， 可保证动态特性和稳态特性。通过解耦环节将主要的相互间交叉影响的因素独立开， 有利于抓住主要影响因素考虑问题， 使复杂系统得到简化， 增加系统稳定性。用微过热蒸汽焓值作为煤水比的反馈信号比用微过热蒸汽温度在灵敏度和线性度方面都有明显的优势；摆动燃烧器改变锅炉内各吸热段热量分配比例时， 微过热蒸汽焓值必然会发生改变， 但由于煤水比未改变， 过热汽温保持不变， 对此引起的微过热蒸汽焓值的变化应通过燃烧器位置信号自校正；负荷变化， 给水温度要等到汽轮机抽汽温度变化再经过高压加热器的传导后才发生变化。

结束语

600 MW 超临界机组协调控制策略关键在于：选好主控方式， 用好中间点焓值， 控制好煤水比， 以及找准比例关系， 正确地补偿、解耦等几个主要技术问题， 解决好这几个主要技术问题， 协调控制系统的稳定性、快速性和准确性基本会得到解决， 再根据机组的实际运行情况进行优化、细调， 600 MW 超临界机组协调控制系统的调节品质将会更加优良。

参考文献

[1]刘志清，孙伟东.600MW超临界机组协调控制策略分析[J].江苏电机工程，2013（28）.

[2]孙月亮，董泽，亢猛.1000MW超超临界机组协调控制策略分析[J].河北电力技术，2010（6）.