摘 要：本文介紹了張家口發(fā)電廠#7機(jī)組AGC運(yùn)行現(xiàn)狀，分析了制約該機(jī)組AGC運(yùn)行方式下負(fù)荷變化的因素，對(duì)該機(jī)組磨冷熱風(fēng)量的前饋及參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并在大修期間完善了#7機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行方式，使該機(jī)組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)得到了改善。
關(guān)鍵詞：AGC 直接能量平衡 前饋 磨煤機(jī)熱風(fēng) 磨煤機(jī)冷風(fēng) 鍋爐指令
1 概述
大唐國(guó)際張家口發(fā)電廠#7機(jī)組為國(guó)產(chǎn)300MW亞臨界參數(shù)燃煤機(jī)組，汽機(jī)、鍋爐和發(fā)電機(jī)均由東方電站成套設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)和制造。鍋爐為DG-1025/18.2-Ⅱ4型單爐膛、自然循環(huán)、四角切圓燃燒，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝6臺(tái)冷一次風(fēng)正壓直吹式中速磨，機(jī)組滿負(fù)荷工況下5臺(tái)磨運(yùn)行，一臺(tái)磨備用。汽機(jī)型號(hào)為N300-16.7(170)/537/537/-5，為高中壓缸合缸、雙排汽低壓缸汽機(jī)。#7機(jī)組熱控系統(tǒng)采用了美國(guó)MCS公司的MAX1000 ++集散控制系統(tǒng)。汽機(jī)高壓調(diào)門CV1—CV4閥可以采用單閥逐個(gè)開和順序閥開的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行兩種方式。
機(jī)組的閉環(huán)控制系統(tǒng)（CCS）包括：機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)，爐膛壓力控制系統(tǒng)，送風(fēng)控制系統(tǒng)，一次風(fēng)母管壓力控制系統(tǒng)，汽包水位控制系統(tǒng)，磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度控制系統(tǒng)，磨煤機(jī)一次風(fēng)流量控制系統(tǒng)，一、二、三級(jí)主汽溫度控制系統(tǒng)，再熱汽溫控制系統(tǒng)，高、低壓力加熱器水位控制系統(tǒng)等。
2 機(jī)組協(xié)調(diào)控制原理
機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用直接能量平衡原理(DEB)，機(jī)爐協(xié)調(diào)由汽機(jī)控制負(fù)荷，用汽機(jī)速度級(jí)壓力和機(jī)前壓力及機(jī)前壓力設(shè)定值計(jì)算出的汽機(jī)能量需求信號(hào)—Energy Demand Signal （NRG_DMD）轉(zhuǎn)化成鍋爐燃料量和風(fēng)量的控制信號(hào)，而決定鍋爐熱量釋放信號(hào)—Heat Release Signal (HR)由蒸汽能量和汽包蓄能的變化給出，在這里的能量平衡是汽機(jī)能量需求與鍋爐熱量釋放的平衡，這種控制能量平衡達(dá)到機(jī)爐協(xié)調(diào)的原理稱為直接能量平衡。可表示為：
Energy Demand Signal（NRG_DMD）=P1/ PT*PTSP
Heat Release Signal (HR)= P1+dPD/dt
其中P1——汽機(jī)速度級(jí)壓力
Pt——主蒸汽壓力
PtSP——主蒸汽壓力設(shè)定值
PD——汽包壓力
由NRG_DMD 計(jì)算出機(jī)側(cè)對(duì)能量的需求，HR 標(biāo)量當(dāng)前鍋爐輸出的能量。機(jī)側(cè)控制的調(diào)節(jié)圖如下：
JGEN_TRGT為中調(diào)下達(dá)的負(fù)荷指令，經(jīng)一定速率（6KW/M）限制，與機(jī)組實(shí)際負(fù)荷25J01取差后為JGEN-DMD給串級(jí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)下發(fā)給DEH，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)開度，控制實(shí)際負(fù)荷，Energy Demand Signal（NRG_DMD）=P1/ PT*PTSP在未投旁路時(shí)能表量當(dāng)前能量，以此調(diào)節(jié)爐側(cè)能量，控制當(dāng)前的燃燒和風(fēng)量, Heat Release Signal (HR)= P1+dPD/dt則代表著當(dāng)前爐側(cè)能提供的能量，
3 影響AGC投入指標(biāo)主要控制回路的優(yōu)化
#7機(jī)組自投入AGC運(yùn)行方式以來，機(jī)組變負(fù)荷速率設(shè)定為6MW/分鐘，實(shí)際負(fù)荷變化率一般為4MW/分鐘左右。為了滿足電力生產(chǎn)的需要，在參考國(guó)內(nèi)同類機(jī)組AGC方式下變負(fù)荷速率的基礎(chǔ)上，廠領(lǐng)導(dǎo)提出了 AGC控制優(yōu)化特別是提高變負(fù)荷速率的要求。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整過程中，我們發(fā)現(xiàn)：
（1）制粉系統(tǒng)的可控性嚴(yán)重影響燃燒自動(dòng)
磨冷熱風(fēng)門的線性動(dòng)作，給煤機(jī)響應(yīng)指令的快速性以及磨適應(yīng)不同負(fù)荷的特性都將直接影響燃燒自動(dòng)的投入。
（2）送風(fēng)量等與鍋爐負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系是爐膛經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定燃燒的之一，同時(shí)影響負(fù)壓變化
送風(fēng)量、磨風(fēng)量、機(jī)前壓力、一次風(fēng)壓與負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是鍋爐與機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)動(dòng)作的關(guān)鍵，控制好鍋爐主要參數(shù)是AGC的重要任務(wù)。
（3）爐膛負(fù)壓能否控制是制約負(fù)荷快速增長(zhǎng)時(shí)燃燒能否適應(yīng)的重要原因
鍋爐的穩(wěn)定燃燒是投入自動(dòng)的前提，由于控制好負(fù)壓是鍋爐經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的指標(biāo)，鍋爐出力能否滿足機(jī)組負(fù)荷就要看其燃燒。
（4）燃燒自動(dòng)的好壞直接關(guān)系到機(jī)前壓力的穩(wěn)定
機(jī)前壓力的穩(wěn)定，主要依靠燃煤的快速響應(yīng)，因此燃燒自動(dòng)投入的好壞，是衡量AGC穩(wěn)定的又一指標(biāo)。
針對(duì)影響AGC投入的因素，利用#7機(jī)組大修的契機(jī)在電科員院熱控專家和車間領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，我們對(duì)上述的一些子系統(tǒng)的控制方案及其PID參數(shù)進(jìn)行了修改和優(yōu)化。
（1） 磨煤機(jī)一次風(fēng)量與出口風(fēng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化
由上圖看出，熱風(fēng)擋板調(diào)節(jié)回路的前饋環(huán)節(jié)取自于DEB協(xié)調(diào)中的鍋爐能量需求信號(hào)，而該能量需求信號(hào)是一個(gè)總的指令信號(hào)，對(duì)于磨煤機(jī)來說在機(jī)組正常運(yùn)行過程中各臺(tái)磨的出力相差很大，因此一般都采用單臺(tái)磨對(duì)應(yīng)給煤機(jī)的給煤量（或給煤指令信號(hào)）作為熱風(fēng)擋板的前饋，這樣在機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)時(shí)就可以及時(shí)地改變熱風(fēng)擋板的開度從而適應(yīng)給煤量的變化。對(duì)于冷風(fēng)控制回路來說，原設(shè)計(jì)的前饋輸入為熱風(fēng)擋板開度指令。由于冷、熱風(fēng)擋板間存在有較強(qiáng)的耦合關(guān)系，為了實(shí)現(xiàn)兩者間的解耦控制，當(dāng)磨煤機(jī)負(fù)荷在穩(wěn)態(tài)時(shí)，冷、熱風(fēng)擋板間的動(dòng)作方向是相反的，因此上圖的原控制方案中熱風(fēng)對(duì)冷風(fēng)的前饋是錯(cuò)誤的。
當(dāng)磨出力改變時(shí)（對(duì)于直吹式鍋爐而言一般用給煤機(jī)的給煤量代表），如增加給煤量時(shí)，熱風(fēng)擋板應(yīng)相應(yīng)地開大以增加一次風(fēng)量，而對(duì)于冷風(fēng)擋板而言此時(shí)應(yīng)關(guān)小從而維持出口溫度。因此對(duì)冷、熱風(fēng)控制邏輯做如下圖的修改。
磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度控制屬于典型的大遲延，大慣性的環(huán)節(jié)，引起系統(tǒng)低頻振蕩的主要原因一般都是由于調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。將熱、冷風(fēng)擋板調(diào)節(jié)的PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化列表如下：
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調(diào)節(jié)器 |
參數(shù) |
#1磨 |
#2磨 |
#3磨 |
#4磨 |
#5磨 |
#6磨 |
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前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
|
FAM_PID |
K1 (比例增益) |
0.75 |
0.75 |
0.86 |
0.86 |
0.82 |
0.78 |
0.78 |
0.78 |
0.78 |
0.78 |
0.78 |
0.78 |
|
K2 (積分增益) |
0.86 |
0.86 |
0.75 |
0.7 |
0.75 |
0.86 |
0.86 |
0.8 |
0.86 |
0.86 |
0.86 |
0.86 |
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TOM_PID |
K1 (比例增益) |
1.2 |
1.4 |
0.1 |
1.4 |
1.4 |
1.4 |
1.2 |
1.6 |
1.2 |
1.4 |
1.2 |
2.0 |
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K2 (積分增益) |
0.3 |
0.3 |
0.4 |
0.3 |
0.3 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.4 |
0.3 |
0.6 |
0.5 |
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參數(shù)優(yōu)化后，磨煤機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以很大的提高，即使在機(jī)組大幅度變負(fù)荷的情況下磨出口溫度的變化范圍在±2℃之內(nèi)，徹底避免了系統(tǒng)的反復(fù)振蕩；同時(shí)磨一次風(fēng)量調(diào)節(jié)速度明顯加快，增強(qiáng)機(jī)組的對(duì)機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)的快速響應(yīng)能力。
（2）燃料控制優(yōu)化
為了加快燃料量控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，修改了此系統(tǒng)的控制方案，在原來燃料量系統(tǒng)的前饋中新增加一項(xiàng)為MW_FF_LAG。此量由機(jī)組指令經(jīng)慣性環(huán)節(jié)限制而得。原機(jī)組的指令是經(jīng)過伺服限制加到功率回路的，伺服塊限制的速率為6MW/min。利用機(jī)組的目標(biāo)指令JGEN_TRGT與伺服指令JGEN_SRVO之間的差值（圖中陰影部分）作為功率前饋指令
其中JGEN_BUFFER=JIGEN_TRGT — JGEN_SRVO； 偏置限制塊產(chǎn)生一個(gè)斜率為1、基準(zhǔn)點(diǎn)為0、死區(qū)為+3MW、-3MW、高限+60MW低限為-60MW的非線形函數(shù)
系統(tǒng)長(zhǎng)負(fù)荷時(shí)所加參數(shù)實(shí)時(shí)曲線如下圖：
在此基礎(chǔ)上繼續(xù)修正燃料量調(diào)節(jié)PID參數(shù)：
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調(diào)節(jié)器 |
參數(shù) |
前 |
后 |
|
FHR_PID |
比例增益 K1 |
0.35 |
0.35 |
|
積分增益 K2 |
0.3 |
0.2 |
原鍋爐的能量指令NRG_DMD存在著衰減周期小、衰減率大的缺點(diǎn)。燃料量控制器FHR_PID取其作為設(shè)定值這樣燃料量指令隨能量指令的變化也存在上述不足，從而不能滿足負(fù)荷變動(dòng)是的要求。對(duì)此NRG_DMD的參數(shù)也進(jìn)行了修正：
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調(diào)節(jié)器 |
參數(shù) |
前 |
后 |
|
NRG_DMD |
衰減時(shí)間 K6 |
30 |
45 |
|
衰減率 K4 |
60 |
18 |
（3）一次風(fēng)母管壓力控制優(yōu)化
大修后一次風(fēng)母管壓力由原來的控制入口擋板開度調(diào)節(jié)，改為變頻器控制一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，這樣縮小了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)的慣性時(shí)間、加大了系統(tǒng)的靈敏度、增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)在原有一次風(fēng)壓力調(diào)節(jié)器PPA_PID的前饋指令上增加功率前饋指令MW_FF_LAG，其作用的強(qiáng)度系數(shù)為0.05。對(duì)一次風(fēng)壓力調(diào)節(jié)器PPA_PID參數(shù)進(jìn)行修正：
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調(diào)節(jié)器 |
參數(shù) |
前 |
后 |
|
PPA_PID |
比例增益 K1 |
0.25 |
0.32 |
|
積分增益 K2 |
0.4 |
0.5 |
（4）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化
協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用DEB400，其功率調(diào)節(jié)回路是一個(gè)串級(jí)系統(tǒng)，外環(huán)的PID用于控制機(jī)組的負(fù)荷，其輸出作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器也即汽機(jī)第一級(jí)后壓力P1調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。由于兩級(jí)PID參數(shù)設(shè)置的不合理，P1_PID積分作用的存在造成負(fù)荷仍處于負(fù)偏差時(shí)汽機(jī)調(diào)門已開始關(guān)閉，這樣必然會(huì)影響到機(jī)組的升速率。另一方面，負(fù)荷調(diào)節(jié)器JGEN_PID調(diào)節(jié)過慢也是造成負(fù)荷調(diào)節(jié)品質(zhì)差的原因。據(jù)此情況對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)PtSP以0.2Mp/s速率進(jìn)行限制，這樣即使手動(dòng)改變PtSP值時(shí)其輸出值變化也很平緩，提高機(jī)組升速率的同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性：
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調(diào)節(jié)器 |
參數(shù) |
前 |
后 |
|
JGEN_PID |
K1(比例增益) |
0.75 |
0.78 |
|
K2(積分增益) |
0.47 |
1.8 |
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JGEN_FF(前饋) K2 |
0.03 |
0.05 |
|
P1_PID |
K1(比例增益) |
0.5 |
0.625 |
|
K2(積分增益) |
0.4 |
0.02 |
在試驗(yàn)過程中當(dāng)調(diào)門指令在68%時(shí)出現(xiàn)震蕩，檢查DEH調(diào)門曲線發(fā)現(xiàn)CV1、CV2的曲線在此點(diǎn)前后的斜率變化太大，修改此調(diào)門的曲線后，調(diào)門震蕩情況消失。
4 小結(jié)
經(jīng)過優(yōu)化后，張電#7機(jī)在AGC 控制方式下負(fù)荷變動(dòng)可以達(dá)到6MW/分。機(jī)組為定壓運(yùn)行方式，機(jī)前壓力設(shè)定值Ptsp人為設(shè)定有一定的隨機(jī)性，若可投滑壓運(yùn)行方式可進(jìn)一步改善AGC的品質(zhì)，優(yōu)化后系統(tǒng)AGC運(yùn)行方式下長(zhǎng)負(fù)荷時(shí)實(shí)時(shí)圖如下：
參考文獻(xiàn)：
[1] 大唐國(guó)際張家口發(fā)電廠#8機(jī)組AGC優(yōu)化報(bào)告
[2] Max1000 SAMA 圖
作者簡(jiǎn)介：
劉延安（1978—）男，工程師，張家口發(fā)電廠熱控計(jì)算機(jī)三班班長(zhǎng)。聯(lián)系電話: 0313-8602235
田 燁（1979—）男，工程師，張家口發(fā)電廠熱控計(jì)算機(jī)五班技術(shù)員。聯(lián)系電話: 0313-8602235 |
