孔祥鑫
(国家能源集团泰州发电有限公司，江苏 泰州 225300)
1 1000MW 超超临界机组协调控制
1.1 机组概况
某火电厂有2 台1000MW 超超临界机组，型号为SG3099/27.46-M545。为单炉膛塔式布置，全钢架悬吊结构，搭配机械刮板捞渣机固态排渣的锅炉。锅炉额定蒸发量3000t/h，主蒸汽额定温度为600℃，主汽压力28.5MPa。采用协调控制(CCS)系统，由PLC 发布中央调度指令(AGC)、频差信号、值班员指令。所有指令或信号在到达负荷指令处理回路后，控制子系统会根据机组实际运行参数，对接收到的指令、信号做进一步处理，然后生成新的负荷指令，继续传输到下一级的机炉主控控制回路。同样的，控制子系统会基于各部分的实际运行参数，对接收到的指令做进一步处理，然后用新生成的指令，控制前端设备，迅速改变汽机调节阀的开度，适应各种负荷，提高了机组负荷相应速率。整个过程如图1 所示。
图1 机组协调控制系统
在协调模式下，控制终端接收到AGC 请求投入信号后，进行条件判断；如果条件满足，则自动完成接入，机组调整为AGC模式。判断条件包括：(1)AGC 指令范围位于500-1000MW 之间；(2)未接收到快速减负荷(RUNBACK)信号；(3)前馈量满足机组能力需求。对于条件(3)，如果前馈量达不到要求，可借助于西门子DEH 投入一次调频，通过协调转速差满足机组的能量需求。调频曲线如图2 所示。
图2 频差前馈调节曲线
1.2 机锅主控
对于大容量超超临界机组，仅靠调门变化来调节负荷，往往达不到预期效果。这时就必须借助于锅炉的快速响应达到对变动负荷的实时响应。但是锅炉本身具有延迟特点，因此在设计锅炉主控回路时，要着重解决延迟问题，进而提高负荷响应速率。实现方式有两种：第一，将采集到的机组负荷指令，以及调频增量信号汇集起来，作为锅炉主控回路的前馈信号，简化了信号与指令识别的流程，从而让锅炉识别负荷的速率得到进一步提升，响应周期被缩短；第二，借助于锅炉主控系统，在接受前端反馈的压力偏差、功率偏差等基本参数的情况下，发送相应的调控指令，达到调节负荷、实时响应的效果。锅炉主控的运行逻辑如图3 所示。
图3 锅炉主控前馈、反馈逻辑
1.3 RUNBACK 信号控制
控制系统发出RUNBACK 信号的必要条件有二：其一是辅机出现跳闸情况；其二是机组运行实际负荷，超出了额定负荷。在RUNBACK 信号的控制下，机组快速降低负荷，回归到辅机正常运行所能承受的负荷范围以内。在RUNBACK 状态下，各类辅机的符合变化情况如表1 所示。
表1 RB 时负荷目标值及下降速率
2 1000MW 超超临界机组控制问题及优化改造
2.1 控制问题
该火电厂现行的1000MW 超超临界机组，所使用的协调控制系统在运行期间，发现有以下几种问题：第一，主蒸汽压力偶尔出现明显波动。分析原因，认为是系统出现负荷变化时，水与燃料之间在幅值、时序上配合不当，从而引发主气温发生较为明显地波动，进而造成主蒸汽压力的剧烈变化；第二，受到主控信号的影响，直流炉的给水信号、通风信号、进煤信号等，也会随之发生变动。由于信号变动具有延时性，可能会对煤质发热量的计算结果造成误差；第三，锅炉主控选择PID 控制模式，调节器参数与过程控制量的变化量之间无法做到同步协调，会对机组协调控制效果造成负面影响。
2.2 优化改造
2.2.1 锅炉子系统加速信号整定
为进一步提高负荷响应速度，在原来的送分、给水、供料系统中，新增了加速信号。当系统负荷增加时起到过调作用，在系统负荷降低时起到欠调作用，从而始终保证主汽压力和温度维持在一个相对恒定的区间内。调节原理如图4 所示。另外，引进基于AI 的智能判断系统，由PLC 根据前端反馈信号，自动完成对超调信号幅值、起始时间的设定，在简化人工操作压力的基础上，进一步提高机组协调效果。
图4 锅炉加速回路原理图
2.2.2 参数的优化
从机组运行的整体效益考虑，不仅要追求机组对负荷变化的响应速度，还要兼顾自身运行的稳定性。为此，在锅炉主控系统的优化改造中，引入了变参数(PID)调节机制。由终端系统实时采集机组的各项工况，如负荷变动、压力变化等，然后利用模糊控制系统实现对PID 参数的灵活调控，逻辑结构如图5 所示。
图5 通过DCS 组态实现模糊控制规则
为了保证调控精度，需要构建一组11×11 的模糊控制规则表，表示随偏差(E)变化导致偏差变化率(DE)的变动情况，具体见表2。
表2 模糊控制规则表
将上表所得的压力偏差信号，作为模糊控制系统的输入信号，可以得到稳定状态下锅炉主控积分。通过调节积分时间，在机组调控速率和运行稳定之间达到最优解。
3 结论
本文提出的一种适用于1000MW 超超临界机组的协调控制系统(CCS)，主要包含了机锅主控、给水控制、RUNBACK 信号控制等部分。在保证系统运行稳定和提高响应速率方面取得了明显效果。在试运行中，发现基于协调控制的机组，出现主蒸汽压力剧烈变化等问题，通过锅炉子系统加速信号整定、机组煤质修正BTU 等优化改造后，机组实现了负荷快速响应和自身运行稳定的兼顾，效益良好。
