300 MW机组协调控制系统与AGC功能优化



300 MW机组协调控制系统与AGC功能优化

王杰,张长茂，周怀斌,丁玉璋，孙建明

（酒钢集团能源中心，甘肃嘉峪关735100）

【摘要】针对300 MW机组协调控制系统调节品质差、无法稳定运行以及AGC功能无法正常投入，对机组协调控制系统进行了优化。控制策略由原来直接指令平衡方式优化为直接能量平衡控制方式，通过增加前馈提升锅炉响应速率，模糊控制逻辑来改善系统动态性能，利用瞬时煤量来修正容量风开度来调整煤量。联调试验证明优化后的系统能满足AGC调节性能要求。

【关键词】直接能量平衡法；前馈；模糊逻辑；AGC功能

1　概述

嘉峪关宏晟电热公司2伊300MW机组于2007 年12月投产使用，采用哈尔滨锅炉有限公司生产的HG-1025/17.5-YM24，为亚临界、一次中间再热、正压直吹四角切圆、自然循环锅炉。每台锅炉配备有3台双进双出的钢球磨煤机，采用一次风直吹式制粉系统。协调控制方式采用直接指令平衡策略，该策略[1]采用前馈指令加闭环校正方式，将负荷指令直接送至汽机主控和锅炉主控，使汽机和锅炉同时获得最快的负荷响应。汽机侧重校正负荷，使实际负荷等于负荷指令，锅炉侧重校正压力，使主蒸汽压力等于滑压曲线设定值。机组存在主要问题有：一是机组协调控制系统无法正常的投入运行；二是系统调节性能差，无法满足自动发电量控制(automatic generation control，AGC)投入要求。结合机组当前的运行状况，对300 MW机组协调控制系统进行优化，选择了直接能量平衡法作为协调控制系统的控制策略，在保证机组安全稳定运行的前提下，在调节性能方面也做了大量的工作，如在锅炉主控中增加了前馈控制方式来提高系统的动态响应能力，在锅炉主控控制器参数选择上采用目前比较先进的模糊逻辑理念等，系统控制性能得到了大大地改善。

2　协调控制系统改进的措施

2.1采用直接能量平衡法（DEB）策略

在协调控制策略上，由原来直接指令平衡法改变为直接能量平衡法。直接能量平衡法DEB(Di原rection Energy Balance)[2 -5]是位于美国的Leeds&Northrup公司提出的一种新颖的协调控制方法。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。以能量需求信号为前馈,以热量释放信号为反馈,及时反应汽机侧能量需求的变化和锅炉释放热量的变化,根据二者的偏差调节燃料量,满足负荷的适应性。

对于汽包来讲，主蒸汽压力稳定性是反映机组调节性能的关键性因素。主蒸汽压力变化过大会引起机组PCV阀动作，引起能量损失甚至可能引发不安全事件。DEB有保持压力稳定的能力，采用DEB控制策略是最佳选择，并且在DEB基础增加了微分环节来提高机组对热能信号的响应速度。

2.2增加动态前馈来提高锅炉响应速度

锅炉属于大惯性、非线性的系统，这样系统调节响应时间滞后，存在着多种非线性输入变量，且这些输入变量之间是相互耦合的，控制机理十分的复杂。前馈控制针对于大惯性的系统提出的一种控制理念，且前馈信号可以为不可测的干扰信号，来对系统提前进行控制。

为了增加锅炉的响应时间，在锅炉主控增加了若干个前馈信号来改善锅炉调节性能。（1）增加静态前馈。机组负荷指令[3]代表了机组应发功率的大小，也代表了锅炉侧蒸汽功率的大小。利用机组负荷指令作为主函数加在锅炉侧的前馈信号中，根据负荷指令不同，形成不同的锅炉输入指令作为静态前馈，送入锅炉各子系统，作为稳定工作点。（2）在机组变负荷过程中增加动态前馈。锅炉侧的纯滞后与大惯性环节是影响机组动态性能的关键性因素，为此根据负荷指令信号比锅炉输入信号更早原理，来生成动态前馈信号，分别作用到燃料、送风、给水、减温水等系统，加速锅炉对负荷指令的响应速度，起到先动作、早控制的作用，该部分在稳态情况不起作用。（3）增加主蒸汽压力变化率前馈信号。主蒸汽压力高低直接反映了机组蓄能的大小，该参数变化情况直接影响机组安全运行，为了保证主蒸汽压力维持在稳定范围内，增加主蒸汽压力偏差作为锅炉前馈信号，该前馈主要使用在稳定情况下，当机组压力偏差大时，该前馈作用加强，消除压力偏差，维持主蒸汽压力稳定。（4）增加了DEB作为前馈，以及压力设定值与机前压力之间偏差作为前馈等。

通过增加若干个锅炉主控的前馈信号，有效地改善了锅炉的动态响应，在机组变负荷过程中，通过预加或预减煤，提升了变负荷速率。

2.3模糊逻辑应用在锅炉主控参数选择

模糊控制[6]是由美国的扎德创立的，1974年英国的Mamdani首先用模糊控制构建了模糊控制器，并把它用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功，这一开拓的工作标志着模糊控制理论的诞生。

传统控制系统都需要建立数学模型，利用精确的数学模型去控制系统，对模型要求非常高。在实际工程应用中，无法得到精确的数学模型，而模糊思想不需要数学模型利用以往经验来改善系统的性能，实践证明控制效果良好。以锅炉调节器偏差与锅炉调节器偏差变化率作为模糊逻辑的输入，构成了11*11模糊控制表，模糊规则为11*E+DE，其中E为锅炉调节器偏差，DE为偏差变化率。利用E与DE的变化，根据模糊规则得到值作为锅炉主控制器积分时间常数。当压力变化大时，积分时间常数变化，加快锅炉响应，锅炉主控输出增加，反之亦然。

2.4瞬时煤量修正容量风开度调节煤量

为了保证进入炉膛燃烧量的准确性，从两方面调节煤量进行改造：一方面将由原来的容量调节风门后移动到容量风门之前，移动后利用热风来保证一次风压，用热冷风配比来调整磨煤机出口温度值；另一方面利用瞬时煤量来不断地修正容量风门的开度控制进入炉膛煤粉量。

本次改造对300 MW机组三台双进双出磨均进行了改造升级，利用瞬时煤量值的大小有效地修正容量风门的大小，已达到用容量风门开度大小来控制进入炉膛燃料量大小。需要说明的是，为了保证容量风门的线性度，从两个方面进行改进。第一，机组负荷变化不同区段，设置不同的一次风压，以保证一次风携带煤粉的刚度；第二，对容量风门开度大小进行限制，一般设置在（0到55%开度）。除此之外，由于煤质、锅炉本身特性的差异等因素的影响，当容量风门开度达到了设置上限（如55%）后，锅炉主控输入仍旧在增加，为了保证压力稳定，在锅炉主控设置了闭锁增，以防止后期锅炉超压。

3　协调控制与AGC联调试验

为了测试在协调控制方式下机组运行的稳定性。我们在不同负荷、不同负荷速率下做了负荷扰动试验，比较其控制效果的优劣，如表1所示。

表1　不同速率下性能比较

从试验数据可以得知，机组在负荷变动大时动态跟随效果较好，实际负荷变化速率满足相关标准的规定和要求，机组的主要参数相对稳定。但是在小负荷变动时，由于煤质差，且波动较大，导致动态跟随效果不够理想。

AGC试验是在变负荷试验基础上，由负荷调度中心向机组发送负荷指令，以验证协调控制系统及各子自动控制系统响应负荷变动的能力。根据电网要求，变负荷设定为7.5 MW/min，机组初始负荷为211 MW，如图1为新4#机组AGC联调趋势图。

图1　新4#机组AGC联调试验

LDC GROSS-MW为机组负荷，从试验得到趋势可知，实际负荷由211.05 MW升至239.805 MW，实际负荷速率为7.1 MW/min，试验过程中速率满足电网要求。主汽压力，主蒸汽温度，给水等参数均在正常范围内。由此证明优化的协调控制方式在调节性能方面得到了大大地改善，完全满足AGC投入要求。

4　结束语

本文主要根据嘉峪关宏晟电热公司300 MW机组AGC功能优化项目，通过优化协调控制系统，改善机组调节性能，满足了电网对机组AGC调节性能的要求。但实际使用中，在速率高的情况下主蒸汽压力波动大，引起协调控制系统退出，甚至PCV阀动作，今后协调控制系统还需要进一步的优化。

[参考文献]

[1]赵松烈，吴飞军，赵万荣援直接指令控制策略在北仑600MW机组的应用和完善[C]援全国火电大机组(600MW)级竞赛第十届年会，珠海，2006援

[2]易克难，赵文杰援DEB协调控制系统的分析与优化[J]援仪器仪表用户援2012，19(1)：67-70援

[3]何同祥援300MW机组AGC-DEB协调控制系统优化[J]援电站系统工程援2006，22(3)：51-53援

[4]张芳生，沈炯援直接能量平衡法的机理及国内研究现状[J].洁净煤燃与发电技术.2003，(5)：11-13援

[5]郭伯春，肖胜援自动发电控制的优化及试验[J].发电设备.2012，26 (5)：335-338援

[6]诸静援模糊控制原理与应用[M]援北京:机械工业出版社援2001：4-8援

Optimization of the Coordination Control System and AGC Function in 300 MW Power Unit

Wang Jie，Zhang Chang mao，Zhou Huaibin，Ding Yuzhang，Sun Jianming

（Energy Center of Jiuquan Iron & Steel Group, Jiayuguan, Gansu 735100, China）

[Abstract]To solve the problem of poor regulation of the coordination control system and instable operation and AGC function unable to be used of the 300 MW unit, the coordi原nate control system was optimized in four aspects. The control strategy was changed from DIB to DEB; feed forward was added to increase response rate of the boiler; fuzzy control logic was adopted to improve system dynamic performance; and instantaneous coal amount was used to correct the capacity wind opening to adjust actual coal quantity. Combined test proved that the optimized system can meet the requirements of AGC regulation performance.

[Keywords]DEB; feed forward; fuzzy logic; AGC function

作者简介:王杰（1985-），男，毕业于西安电子科技大学控制工程专业，硕士研究生，工程师,现从事电厂的热工自动化及热工仪表研究工作。

收稿日期:2015-09-22

【文章编号】1006-6764（2015）12-0061-03

【文献标识码】B

【中图分类号】TP27