李修生

[摘 要]随着电力系统的发展，经济性越来越受到各方面的重视，其最现实、最可行的途径就是加快建设超临界机组。和常规亚临界机组相比，超临界机组的动态特性复杂，具有很强的非线性和变参数特性；同时由于没有汽包，在各个控制回路之间，存在着很强的非线性耦合。本文针对超临界机组的特点介绍了协调控制系统的典型策略，并在电厂实际应用中取得了良好的效果。

[关键词]超临界机组协调控制系统火力发电机组

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0136-01

1.超临界机组控制特点

从热力系统构成来看，超临界机组与亚临界机组的最大区别就是直流运行，没有汽包，因此，超临界机组的锅炉具有以下特点：

1）机组总的汽-水循环工质（水和水蒸气）的质量与汽包炉相比大大下降，而工质在机组内的循环速度上升，要求控制系统要更严格的保持工作负荷与燃烧率之间的关系。从汽轮机-锅炉协调控制的角度，要求协调控制更及时、准确；

2）直流锅炉随着蒸汽压力的升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，而加热段和过热段的吸热比例增加；以及受热面管径变小，管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅炉分离器出口汽温和锅炉出口汽温的惯性增加，时间常数和延迟时间增加。3）直流锅炉给水是一次性流过加热段、蒸发段和过热段的，三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧量发生变化时，三段受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化，因此给水、汽温、燃烧系统是密切相关的，不能独立控制，应该作为整体进行控制。4）由于直流炉蓄热较少，根据试验数据测算约为同等级亚临界锅炉的三分之一左右；对于直吹式机组，其制粉系统的大滞后特性更不利于锅炉与汽轮机之间的协调。

2.协调控制策略

某电厂三期工程两台600MW超临界机组的协调控制系统使用的基本控制策略是间接能量平衡的炉跟机方式，同时将给水控制系统纳入进来，作为协调控制系统的子系统。

2.1 协调方式下锅炉指令

由图1可知锅炉主控器中，锅炉主控制器由反馈回路和前馈回路组成，同时生成的指令送往燃料主控器、风量主控器和给水主控器。其指令生成回路由以下几部分组成：

（1）PID输入：由负荷偏差（负荷指令-实际负荷）和压力偏差（压力设定值-实际主汽压）组成，其主要功能是在机组稳态时维持机组的参数稳定。

（2）负荷指令的比例微分前馈：协调控制系统中锅炉、汽轮机之间的功率平衡信号可以选择机组负荷指令、机组实发功率、调节级压力，由于机组实发功率和调节级压力的变化明显滞后于机组负荷指令，所以本协调控制系统中使用机组负荷指令作为锅炉和汽机功率平衡信号。

其中比例前馈是负荷指令的函数，作用是使燃烧系统正确、快速地随负荷指令变化，为机组提供基础的热负荷。微分前馈的作用是产生合适的超调补充变负荷过程中锅炉蓄热的损失。由于随机组负荷不同，炉内燃烧工况也不相同，在高负荷时燃料进入炉膛后燃烧充分，燃烧效率会比低负荷时高，因此在锅炉控制器中，负荷指令的微分前馈的调节参数不变时，会造成高负荷时燃料量超调或者低负荷时不能及时补充锅炉蓄热，主汽压力波动较大。因此本方案中使用了变微分调节，根据机组负荷指令进行智能判断。微分前馈可根据升/降负荷和不同的负荷目标值进行不同的煤量预加，既保证了及时补充变负荷时损失的锅炉蓄热，又不产生过调，其原理图见图2。

其中负荷目标值为运行人员手动设定或者接收中调来的ADS指令，负荷指令是负荷目标值经过速率限制后产生的实际负荷指令。当负荷目标值>实际负荷指令时，说明此时是升负荷工况，选择f（x）1的输出作为微分调节器的参数；反之则是降负荷工况，选择f（x）2作为微分调节器的参数。

（3）主汽压力的微分信号：通过主汽压力的微分信号动态快速补偿压力变化，维持机组参数的稳定。

2.2 燃水比的调整

在锅炉湿态（亚临界区）工况运行时，由于存在过冷水循环，给水流量不等于蒸汽流量，这时的给水指令由运行人员手动设定。在锅炉干态（超临界区）运行时，适合的燃水比是保证机组主要参数稳定的主要条件。超临界锅炉调整将给水系统纳入到协调控制系统内。由图2可以看出给水指令是锅炉主控指令的f（x）函数。由于燃烧对温度的动态响应要比给水对温度的动态响应慢的多，因此控制方案设计中设计了三个一阶惯性环节对其进行动态补偿。同时由于变负荷初期给水响应比燃料量的响应快很多，因此在合理范围内适当降低主汽温的调节精度，加快变负荷初期给水指令的响应，可以加快机组的负荷响应时间，减少直流锅炉变负荷期间的纯迟延。因此一阶惯性环节的时间常数采用了变参数调节。

2.3 协调方式下的汽机指令

因為与锅炉相比，汽轮机回路为快速回路，因此汽机指令只接负荷偏差（负荷指令-实际负荷）和压力偏差（压力设定值-实际主汽压）信号。超临界机组往往采用滑压运行方式，在变负荷过程中压力设定值和负荷设定值变化方向是相同的，又由于超临界机组蓄热能力较汽包炉弱，造成了变负荷过程中机组负荷响应过慢。因此如何平衡机炉之间的指令信号，使机前压力波动较小且能较快的响应负荷指令就是必须解决的一个问题。本方案中在汽机压力设定值回路中增加了三个一阶惯性环节，根据机炉时间常数的不同，合理的设置一阶惯性环节的时间常数，使主汽压力变化适当滞后于负荷变化，满足变负荷的要求。

3.结论

本文对超临界机组一种典型的协调控制策略作了介绍，并在某电厂2台600MW机组中使用，通过一段时间的调整优化，可长期稳定投入运行，为同类机组提供了参考，为更好地应用自动控制理论解决实际问题提供新的思路。

参考文献

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