300 MW燃煤机组供热工况时协调控制策略研究及应用

2023-01-16胡绍宇褚云山张连旭

东北电力技术 2022年12期

胡绍宇，张强，褚云山，张连旭

(辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳 110179)

1 存在问题

我国东北地区横跨中温带与寒温带，冬季寒冷漫长，供暖期一般从10月份开始，直到第二年5月份结束。长达半年以上的冬季供暖期，对供热机组稳定运行提出了较高要求，一方面要满足供热任务，确保民生发展[1]；另一方面要根据电网调度要求满足供电任务。目前大部分燃煤供热机组在冬季供暖期主要存在的问题如下：①综合阀位长期位于90%开度以上，导致一次调频动作效果不明显；②主蒸汽压力波动较大，容易造成重要辅机设备跳闸，甚至引发停机事故[2]。

2 原因分析

机组处于非供热工况时，DCS系统接收电网调度AGC负荷指令，该负荷指令通过负荷上限限幅、负荷下限限幅、负荷速率限制，得到机组负荷指令LDCOUT[3]。LDCOUT负荷指令通过函数转换，对锅炉主控、汽轮机主控以及协调控制子系统进行赋值，最终分别形成给煤量指令、阀门开度指令、主蒸汽压力设定指令。LDCOUT负荷指令是机组要达到的负荷目标，根据该负荷目标，机组判断需要提供的煤量及配置的风量，根据风煤比决定最终发电量。机组处于非供热工况时根据“电负荷”指令来提供能量，该能量仅满足“电负荷”需求[4]。

机组处于供热工况时，最终输出的能量分为两部分，一部分用于供热，一部分用于常规发电。一般运行人员通过调整供热蝶阀开度来保证供热负荷，此时AGC负荷指令仍是非供热工况的负荷指令。当机组仍以AGC负荷指令作为负荷目标，提供的能量一部分用于供热后，剩余能量不足以满足供电需求。由于供热蝶阀开度变化频率不大，机组常规供热能量的波动频率远小于AGC负荷波动频率，所以当提供的能量不够分配即汽轮机进汽量不够时，需要通过汽轮机主控增大综合阀位开度来增加进汽量[5]。因此综合阀位开度常常处于90%以上，造成阀门流量特性较差，一次调频动作效果不明显。同时主蒸汽压力设定也受到“电负荷”影响，当实际主蒸汽压力值与设定值存在偏差时，锅炉主控通过调整给煤量来减小偏差，造成给煤量及主蒸汽压力的波动。

3 解决方案

机组处于非供热工况时，锅炉负荷目标采用LDCOUT负荷指令；机组处于供热工况时，锅炉负荷目标采用“电+热”负荷指令，运行人员手动切换。为保证机组安全，防止运行人员误操作，设置条件为机组处于基本方式运行[6]，如图1所示。

图1 供热工况切换逻辑

机组处于供热工况时，采用弗留格尔公式全修正的主蒸汽流量替代机组负荷指令，可以避免供热蝶阀调整引起的调节级压力波动问题。主蒸汽流量能够表征“电+热”能量需求，可以作为锅炉负荷目标指令。

主蒸汽流量作用到锅炉侧子系统时，容易出现正反馈的问题。将原有负荷煤量曲线输入由LDCOUT负荷指令改为主蒸汽流量折算的锅炉实际负荷指令后，当主蒸汽流量增大时，给煤量增大，给煤量增大又导致主蒸汽流量增大，形成正反馈，最终造成控制参数发散，失去控制效果。主蒸汽流量增大导致主蒸汽压力设定值增大，最终造成锅炉超压，引发安全事故[7]。正反馈流程如图2所示。

图2 正反馈流程

解决正反馈问题需要根据不同的子系统提供不同的解决方案。用于调整给煤量的负荷煤量前馈指令采用“电+热”负荷的方式，电负荷为LDCOUT负荷指令，热负荷由供热蝶阀开度和热网加热器抽汽调节门开度通过函数拟合生成。该方法保留了LDCOUT负荷指令，不仅对AGC指令直接作出响应，同时使供热蝶阀调整频率远低于AGC指令波动。该方法不要求供热能量需求拟合非常精确，能达到一定的煤量补偿即可，使AGC指令调节具备较宽的调节裕量[8]。一次风指令由锅炉主控输出控制，与负荷煤量前馈指令一致[9-10]。

主蒸汽压力设定输出经一阶惯性环节，惯性时间设置40 s以上，可缓解正反馈问题。由于负荷指令变化要求煤量快速作出响应，但主蒸汽压力要求精确控制(并不十分强调滑压速率要求)，因此可用调节级压力进行优化。采用保持按钮对主蒸汽压力设定值进行保持[11]，该逻辑需要注意如下：①对各种工况均能保持住；②采用锅炉侧负荷“保持信号”，而不能用“负荷信号取非”。