300 MW直接空冷机组协调控制系统及AGC响应特性的分析

2012-10-11袁俊文孔令慧姚法勇

黑龙江电力 2012年3期

袁俊文，马钢，孔令慧，姚法勇，杨伟

(1．黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨150030;2．大庆油田电力集团，黑龙江大庆163314;3．黑龙江省火电第一工程公司，黑龙江哈尔滨150090;4．国投晋城热电厂，山西晋城048000)

0 引言

国投晋城热电厂一期2×300 MW机组控制系统采用北京日立控制系统有限公司的HIACE－5000M分散控制系统，其协调控制采用DEB方式，并且将负荷指令、DEB－TFF的微分以及主汽压偏差作为前馈信号，解决了因燃煤品质变化大而使机组负荷适应性差的问题，有效提高了机组对外界负荷需求的响应，提高了负荷响应的速率。

1 自动发电控制系统

AGC是根据电网负荷指令，直接控制发电机功率的自动控制系统。以电网调度自动化系统和电厂发电机组协调控制系统为基础，通过两者间实时闭环运行，控制发电机组的运行功率随时跟踪电网的负荷变化，并迅速平稳地将系统频率偏差及联络线功率偏差调整在规定的范围内。电网调度中心与机组协调控制系统的联系信号如表1所示。

表1 AGC与协调控制系统的联系信号一览表

网调AGC功能属于能量管理系统(EMS)中的一个模块，其基本功能为负荷频率控制。AGC控制是根据区域控制偏差ACE的值来决定各参调机组的负荷，即将区域控制偏差按一定的比例分配给每台机组。区域控制偏差(ACE)［1］由如下公式决定:

ACE= ΔP+K·Δf，

式中:ΔP为区域间联络线实际交换功率与计划值间的偏差;K为电网频率系数;Δf为实际网频与工频(50 Hz)的差值。

2 机组协调控制系统的设计方案

2．1 DEB协调控制方案介绍

直接能量平衡(DEB)协调控制系统［2－3］采用能量平衡信号作为锅炉主控能量需求信号，锅炉燃烧释放的热量作为反馈信号，以机组的能量平衡为出发点，以能量需求和能量释放为控制信号的控制系统。实际上是一种运用了前馈控制技术的以锅炉跟踪为基础的协调控制系统。DEB协调控制系统总体方案如图1所示。

图1 机组DEB协调控制系统总体方案

2．2 负荷给定值作为前馈信号

由于锅炉是一个大惯性大迟延的对象，因此，为了满足机组一定负荷响应速度，将负荷给定值作为前馈控制信号，用以克服锅炉的迟延惯性和提高机组响应外界负荷速率。

当负荷给定改变时，锅炉主控将负荷给定经折线函数转化为该负荷下所需要加入的估算煤量，并且与炉主控制器输出叠加经限幅后作为炉主控的最终输出。与此同时，汽机主控将负荷给定经折线函数转化为一定的阀门开度，并且与机主控功率调节器输出叠加经限速限幅后作为机主控的最终输出。可见，在机组负荷要求改变时，炉主控和机主控将并行地改变锅炉的燃烧率和汽机的进汽量。

2．3 主蒸汽压力偏差的控制作用

炉跟随为基础的协调控制系统能使机组较快地适应电网负荷的要求。如果负荷要求增长的速率和幅度较大，会引起汽压的变化幅值过大。因此为了限制汽压变化，增加了非线性元件。当主汽压偏差死区组件的Δ1时，机主控将主汽压偏差经线性变换后与负荷偏差叠加作为功率调节器的输入，限制汽轮机进汽阀的开度变化，以保证主汽压PT在允许的范围变化;当主汽压偏差死区组件的Δ2时，炉主控将主汽压偏差转化为开关量信号，作为DEB－TFF微分前馈的选通信号，以此来增强锅炉的控制作用。这样，就可以在过渡过程中让主蒸汽压力在允许的范围内变动而充分地利用锅炉的蓄热，使单元机组较快地适应负荷要求的变化，同时主蒸汽压力的变化范围也不大，机组的运行工况比较稳定。

2．4 协调运行方式

协调控制系统的关键在于解决机组的负荷适应性与运行稳定性之间的矛盾，保证机组既能满足电网对负荷响应速度的要求，又能使关键运行参数稳定在规定范围内。既对汽机控制要充分利用锅炉蓄能，满足机组负荷要求，又要动态超调锅炉的能量输入，补偿锅炉蓄能。要对前馈环节进行优化，加快进入炉膛燃料量的调节，包括一次风的流量调节，二次风量调节，以及给煤量的调节，加快锅炉的动态响应。当负荷发生变化时，锅炉主控输出将迅速同时改变一次风压、二次风量以及磨煤机容量风门的开度(进入炉膛的煤量是容量风门的开度的折线函数)，并将容量风门的开度作为给煤机调节磨煤机煤位的前馈信号，以保持一定的煤位。

2．5 定滑压运行方式

滑压运行虽然有利于机组快速启动及变负荷运行，但对负荷的适应性产生不利的影响。当机组负荷变动在滑压运行阶段，锅炉蓄热能力将随参数的变化而变化。当需要增加负荷时，锅炉同时需要吸收一部分热量来增加其蓄热以提高汽包压力;反之，在降低负荷时，锅炉需要释放蓄热以降低汽包压力。这两种结果都阻碍机组对外界负荷需求的响应，降低了负荷响应的速率。而采用定压方式不改变锅炉蓄热能力，可消除对负荷响应的负面影响。因而在AGC调节负荷的范围内，可以转入定压运行，增强对负荷变化的适应性。实际运行中可根据机组实际状况选择定压或滑压运行方式。

3 控制对象的动态特性以及调节器参数的试验整定

主蒸汽压力是衡量蒸汽流量与外界负荷两者是否适应的一个标志，因此，要了解燃烧过程的动态特性主要是弄清楚主蒸汽压力对象的动态特性。

协调方式下，在保证机组安全的前提下，燃烧率发生扰动时，主蒸汽压力变化试验曲线如图2所示。

在图2中，主蒸汽压力变化一开始有迟延，迟延时间为1.52 min，最后近似直线上升，表现为无自衡多容控制对象的动态特性。依据无自平衡能力调节对象的整定参数表，可以查到在ψ=0.75时对应的PI调节时的比例系数，积分时间Ti=3.3τ=5.0，锅炉主控PI调节器的传递函数为

图2 燃烧率阶跃扰动下的主汽压力响应曲线

在协调方式下，负荷对于汽轮机调门扰动的响应很迅速，是滞后时间很短的有自平衡能力调节对象，试验曲线如图3所示。

图3 负荷扰动时主蒸汽压力的响应曲线

在图3中，调门调节负荷时同时对主汽压力产生影响，压力又反过来影响负荷。依据有自平衡能力调节对象的整定参数表，可以查到在ψ=0.75时对应的PI调节时的比例系数k=0.25，积分时间Ti=3.3τ=45，汽机主控功率PI调节器的传递函数为

4 协调方式下机组负荷变动试验及结果分析

国投晋城热电厂一期2×300 MW机组在试验过程中AGC指令变化比较频繁，机组升、降负荷实际速率大于4.5 MW/min。AGC指令在从170～330 MW变化过程中，实际功率跟随负荷给定值迅速及时，偏差在－1.6～1.1 MW之间波动;主蒸汽压力跟随设定值迅速平稳，压力波动在允许范围内(0.04～0.48 MPa)，基本能够满足电网调度对机组AGC的要求。表2给出了AGC试验过程中采集到的部分动态数据。