吕永琨 魏德华
（国电小龙潭发电厂 云南 开远 661601）
摘要：介绍国电小龙潭电厂100MW机组计算机分散控制系统上实现协调控制，为100MW及以下发电机组进行技术改造、提高机组自动化水平提供经验和资料。
关键词：机组负荷 能量平衡 协调控制系统 应用
1 电厂概况
国电小龙潭发电厂（原云南省小龙潭发电厂）装机容量6×100MW，六台机组分别于1985年至1993年间相继建成投运。锅炉为武汉锅炉厂制造的WG410/100－8型六角直喷燃固态排渣炉，汽机和发电机皆由北京重型电机制造厂制造，型号分别为N100-90/535双缸冲动冷凝式气轮机和SQF-100-2型交流发电机。原设计的热控设备为DDZ-2型电动单元仪表、执行机构为DKZ、DKJ系列，0—10mA信号制，热控设备设计起点低，技术落后，为我国70年代水平，投产以来，热控自动投入率一直在低水平（20%左右）徘徊。
随着计算机技术的日益发展，控制技术日臻完善，该厂分别于1999年、2001年、2002年、2003年、2004年进行了#2、#5、#4、#6、#1、#3等六台机组的DCS改造，并于2001年、2003年、2004年、2005年分别投入了#5、#1、#3、#2等四台机组的协调控制系统（CCS），这四台机组的自动投入率从20%提高到97%。
在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机既要共同保障外部负荷要求，也要共同维持内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。单元机组输出的实际电功率与负荷要求是否一致，反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡关系；而主蒸汽压力是否稳定，则反映了机组内部锅炉与汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。然而，锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求响应慢，所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾，这是单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点。
2 协调控制系统
2.1 协调控制方式
根据实际情况，我厂采用的是直接能量平衡协调控制方式（DEB）见图1：
2.2.1 技术要点
1）在线实时测量相关数据，计算汽机能量、锅炉能量值。
2）根据机炉能量偏差，采用PID算法控制汽机或锅炉能量，实现机炉直接能量平衡。
3）在线实时计算锅炉热储能变化量，采用动态补偿调节减少锅炉能量调节惯性影响，改善其动态特性，努力减少锅炉燃料超调。
2.2.2 汽机能量计算
在炉跟机DEB控制中，汽机能量是控制指令，因此称为汽机能量需求（Turbine Energy Demanj ，简称TED）。TED计算式：
TED=Ps . P1/Pt （1）
式中：P1——汽机调速成级压力测量值。经过算处理校核后作为蒸汽流量应用，比喷咀测量参数确；Ps——主汽压力设定值，有人工定压和滑压两种设定方式；Pt——主汽压力测量值。P1/Pt比值线性所映汽机调速汽门开度，（无死区及回差而更准确）。Ps/Pt比值直观准确反应机炉能量平衡状态。
如汽机调速汽门开度不变，则P1/Pt、Ps均为恒定值，则TED值也不变。说明TED值对锅炉侧扰动（Pt变化）不会反应，扰动通过机组负荷变化及LC回路调节TED值消除。
稳定静态工况下，机炉能量平衡，Pt=Ps，Ps/Pt=1,TED= P1表示汽机能量静态值。负荷调整动态工况下，汽机调速汽门的调节动作使，P1/Pt比值随着变化。因此经调试设定或的TED值能快速而准确地为锅炉提供汽机静态和动态信号。
2.2.3 锅炉能量计算
锅炉能量常称为锅炉放热量（Boiler Heat Release，简称BHR）。BHR计算式：
BHR= P1+Pd’ （2）
式中：Pd’—锅炉汽包压力微分量。
在锅炉运行稳定的静态工况下，负荷及压力参数稳定，Pd’=0、HR= P1，即锅炉能量静态值为P1，与汽机能量静态值同值相等。动态工况下，锅炉负荷变动或燃烧扰动，包括燃料品质的变化，可通过Pd’分量反应。Pd’是锅炉能量的动态分量，其代表锅炉热储能的变化，热储能释放，Pd’< 0；热储能吸收Pd’ > 0，是锅炉能量内扰。Pd’ 分量的微分增益和时间性是现场应用调试的关键参数，与锅炉的负荷容量、结构相关。DEB策略的控制目标是机炉能量平衡相等，即机、炉能量偏差Δ为0，Δ=TEB-BHR，Δ=0时，TED=BHR。则能量控制等式：
Ps . P1/Pt =P1+ Pd’ （3）
等式应用于锅炉能量控制时，在静态工况下，Ps=Pt , Ps/Pt =1 , Pd’=0，则TED=BHR= P1，机、炉能量平衡相等，表明控制等长式具有静态平衡稳定性能，且可保持主汽压力等于设定值。动态工况分为内扰（燃料量及其品质扰动）、外扰（机组负荷变动）两类动态调节过程。内扰工况，如锅炉燃料量扰动减少，Pd下降，使Pd’<0，BHR减少，而TED由功率控制LC回路保持不变，则BHR<TED，Δ>0能量控制EC回路调节锅炉能量增加，消除偏差。外扰工况，如LC回路调整减少机组负荷，TED减少Pd上升，Pd’>0，BHR>TED，Δ<0，EC回路锅炉燃料减少，消除偏差。动态过程调节说明控制等式可克服锅炉能量内扰，能跟踪汽机能量调节，具有动态稳定性能。其性能优良劣取决于Pd’ 的动态负反馈作用是否适当，是减小扰动调节过程及跟踪超调的关键分量。
2.2.4 动态补偿
锅炉负荷动态变化时，储积在其容量较大的本体金属和炉水中的热能量（称为热储能）也会随之而变，吸收或者释放，这就是形成锅炉能量调节过程惯性（容量迟延）的主要因素。静态时热储能是一个定值（Pd’=0），不影响机炉能量平衡，但在动过程中，锅炉负荷能量则是由输入能量和热储能分量组成。因此，锅炉能量调节不仅要考虑外供负荷能量增减变化需要，还要顾及热储能的变化。在锅炉负荷增加时，燃料调节在满足负荷能量增加需要外，还要多加一个动态分量以补充热储能增加吸收的能量（炉内形成过燃的动态过程）；反之，需减一个动态分量以收纳热储能减少释放的能量（炉内形成欠燃的动态过程），称为动态补偿调节。这种动态补偿调节作用可减少锅炉能量调节过程惯性。提高锅炉负荷调节反应能力及控制精度，避免锅炉能量欠调及减少燃料调节滞后超调。
动态补偿调节是通过负荷指令信号实现，在汽机能量TED中增加动态量项，计算式：
TED= Ps* P1/Pt +（Ps* P1/Pt ）*（Ps* P1/Pt ）’ （4）
式中：（Ps* P1/Pt ）’—汽机能量变化率。
机组负荷静态稳定时，（Ps* P1/Pt ）’=0，动态分量为零，TED= P1。而机组负荷增加，分量为正值；反之为负值，实现锅炉能量的动态补偿。动态分量应调试等于锅炉热储能变化增量，对锅炉能量控制的动态性能、调节品质有较大的影响。
[1] [2] 下一页
|
