羅志浩，陳小強，陳 波

(浙江省電力試驗研究院，杭州 310014)

近年來，超（超超）臨界機組在電網(wǎng)中的比例不斷增加，對超（超超）臨界機組進行機組控制策略優(yōu)化，進一步提高機組的安全性和可控性十分必要。針對上述需求，浙江省電力試驗研究院開展了超（超超）臨界機組主重要參數(shù)的優(yōu)化研究和控制策略優(yōu)化工作，主要圍繞機組功率、主汽壓力、中間點溫度、主汽溫度、再熱汽溫等機組主重要參數(shù)進行控制策略、控制參數(shù)的優(yōu)化及工程實踐，取得了顯著的效果。

1 功率、主汽壓力的控制策略優(yōu)化

功率和主汽壓力是機組協(xié)調(diào)控制的主要參數(shù)，反映了機組的整體控制水平。隨著AGC控制品質要求的提高，常規(guī)的協(xié)調(diào)控制策略已無法滿足每臺機組的需求，在機組運行過程中容易出現(xiàn)主汽壓力波動較大、負荷變化速率不滿足要求、負荷控制精度較差等現(xiàn)象。經(jīng)過理論研究和仿真試驗，對控制回路中的控制目標、前饋生成和控制參數(shù)進行了改進，取得了較好的效果。

1.1 功率指令生成回路的變參數(shù)調(diào)節(jié)

由于機組對燃料延時響應的特性，在負荷變化初期必須依靠機組蓄熱來滿足負荷變動的要求。在協(xié)調(diào)控制回路中，為了保證汽機能量輸出和鍋爐能量輸入之間的動態(tài)平衡，在功率指令至汽機主控回路中增加了慣性環(huán)節(jié)，該慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)一般為定值。而在實際變負荷過程中，因負荷變化的幅度不同，對蓄熱利用的要求也不同，因此可以根據(jù)負荷變化幅度來調(diào)整慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，以滿足機組能量的動態(tài)平衡。當負荷變化量較小時，采用較小的時間常數(shù)，使機組能及時響應功率指令，機組的整體參數(shù)變化由鍋爐蓄熱來消化。當負荷變化量較大時，則采用較大的時間常數(shù)，保證負荷變化量不超出機組蓄熱利用的極限幅度，減小主汽壓力的波動。

功率指令變時延的控制策略已成功應用于勝龍電廠1號機組和鳳臺電廠2號機組，大幅提高了上述機組在AGC控制方式下小負荷變動時的有功合格率，滿足了功率快速調(diào)節(jié)的要求。圖1為該邏輯實現(xiàn)的示意圖。

圖1 機組有功指令變時延控制回路示意圖

1.2 具有自適應功能的鍋爐主控及前饋調(diào)整

機組負荷變化幅度通常與鍋爐燃燒要素的微分前饋關聯(lián)不大。鍋爐燃燒要素的微分量主要是滿足滑壓機組參數(shù)變化以及彌補鍋爐制粉系統(tǒng)燃燒滯后的補充手段，在固定的負荷變化率下，燃料、給水前饋量是基本固定的。在穩(wěn)態(tài)工況下，通過調(diào)整鍋爐燃燒出力來控制主汽壓力，而變工況時，主汽壓力主要由燃料和給水的前饋環(huán)節(jié)進行調(diào)整，以適應負荷變化初期機組蓄熱的改變。因此，當燃料量、給水量和機組出力之間已確定準確的對應關系后，在負荷變化期間不必過于注重過程中的壓力偏差。燃料量、給水量和機組出力之間的準確對應關系是影響整個負荷變化過程及穩(wěn)定周期的主要因素。根據(jù)常用煤種和發(fā)熱量準確定位出幾個基本負荷點的煤量，從而確定該機組的煤量基準線，可以保證負荷的實際響應，同時減少鍋爐主控的調(diào)節(jié)量，防止鍋爐主控對主汽壓力過分修正帶來的內(nèi)擾。

為保持機組蓄熱利用和出力間的動態(tài)平衡，協(xié)調(diào)控制回路中設有一定的前饋量，且可以根據(jù)負荷變化初期的主汽壓力偏差和微分量進行動態(tài)修正。主汽壓力偏差和微分量表征了機組的蓄熱水平，當機組蓄熱水平較高時，可以采用較小的前饋量；當機組蓄熱水平較低時，需要采用較大的前饋量。該策略已應用于鳳臺電廠2號機組，提高了機組在不同工況下負荷變動的適應性。圖2為升負荷過程中動態(tài)調(diào)整前饋的邏輯示意圖。

圖2 根據(jù)主汽壓力調(diào)整前饋量的邏輯示意圖

1.3 變負荷工況下鍋爐調(diào)壓回路變積分控制

機組主汽壓力控制可以分為動態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種工況。動態(tài)工況下的壓力調(diào)節(jié)主要由前饋量實現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)工況下壓力調(diào)節(jié)主要由鍋爐主控壓力修正實現(xiàn)，因此在機組變負荷過程中應盡量弱化鍋爐主控的壓力調(diào)節(jié)。

動態(tài)工況下，尤其是長時間的增、減負荷過程中，當鍋爐主控壓力修正過量時，會導致負荷指令到位后鍋爐主控指令（即實際鍋爐出力）偏離功率指令。鍋爐調(diào)壓滯后（相對于汽機調(diào)門）還將引起壓力控制回路的超調(diào)，進而引起負荷的波動。因此要使壓力控制相對平穩(wěn)，需要有準確的煤水基準線和動態(tài)前饋量來保證。同時，為了防止動態(tài)過程中壓力偏差引起的鍋爐主控積分量超調(diào)致使后期超壓，在弱化壓力積分器的同時，還在積分恢復時設置了一定的延時，該延時時間可根據(jù)過程需要的平穩(wěn)時間來確定，基本實現(xiàn)了機組壓力的線性控制。

圖3為升負荷過程中對主汽壓力偏差的邏輯修正處理，降負荷工況也可以借鑒。當實際主汽壓力與滑壓曲線偏差較大或方向趨勢相反時，滑壓過程可稍作等待，而不必過于強調(diào)壓力的偏差控制，該策略已應用于鳳臺電廠2號機組。

1.4 負荷指令傳遞精度的控制邏輯優(yōu)化

目前1000 MW等級機組的汽機控制大都采用純功率控制，功率指令由DCS至DEH的模擬量通道傳輸，在傳輸過程中不可避免會存在通道誤差。通過圖4所示的控制邏輯優(yōu)化，可在源頭對信號進行誤差實時修正。該策略已應用于玉環(huán)電廠4臺機組中，有效消除了通道誤差對負荷指令傳遞精度的影響，提升了機組的有功合格率及一次調(diào)頻動作的雙向有效性。

圖3 變負荷工況下壓力偏差處理邏輯示意圖

圖4 功率指令傳遞優(yōu)化控制邏輯

2 中間點溫度的控制策略優(yōu)化

中間點溫度是直流機組控制中特有的關鍵參數(shù)，該參數(shù)較為靈敏地反映了鍋爐燃燒和給水配比的情況（以下簡稱燃水比）。為了提高中間點溫度的控制品質，需要保證準確的燃水比、快速穩(wěn)定的BTU（熱值校正）修正和完善中間點溫度異常時的調(diào)節(jié)手段。

2.1 保證準確的燃水比

中間點溫度與水冷壁吸熱量、水冷壁入口工質溫度及流量密切相關，并直接影響過熱汽溫，是過熱汽溫的導前信號。不同類型鍋爐的中間點溫度選取位置有所不同，三菱鍋爐采用汽水分離器入口過熱度，日立鍋爐采用屏式過熱器出口汽溫，ALSTOM鍋爐采用一級過熱器入口焓值。根據(jù)中間點溫度的選取方式，中間點溫度控制調(diào)節(jié)手段也有所差異，三菱、日立鍋爐借助于燃料量調(diào)整，ALSTOM鍋爐則調(diào)整鍋爐補水量。

保持合理的燃水比是直流鍋爐穩(wěn)定運行的必要條件，過熱汽溫主要由燃水比來控制，控制要求比汽包爐更高。過熱器減溫水則主要是在工況較惡劣或變工況時的應急或者細化手段。

超（超超）臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用直接指令平衡，給水、燃料指令主要來自鍋爐主控指令的靜態(tài)分配，精確的指令分配對于維持合適的燃水比至關重要。鍋爐制造廠提供的燃料、給水分配曲線要在調(diào)試過程中根據(jù)實際工況進行修正，使之與實際情況相吻合。

基準定位試驗時，汽機一般置于壓力控制模式，鍋爐處于手動控制。每個工況點要穩(wěn)定60 min以上，在鍋爐金屬受熱面留有一定安全余量的前提下，盡量讓汽溫、過熱度等參數(shù)接近設計值，從而確定基準線的定位。

2.2 快速穩(wěn)定的BTU修正

基準線定位完成后，并不能保證各種工況下的燃水比均能滿足控制要求。鍋爐燃燒特性、運行方式、煤種變化都會影響燃水比。當煤種變化時，需要通過BTU自動修正來調(diào)節(jié)。

BTU是對實際燃煤與設計煤種的校正，通過BTU將實際燃煤量轉化為設計煤量。好的BTU設計能保證機組負荷和汽溫調(diào)節(jié)的魯棒性。傳統(tǒng)的BTU修正回路對實際煤種熱值修正的速度較慢，只能滿足燃料較長時間段變化的修正需求。對于煤種的短暫變化，依靠傳統(tǒng)的BTU修正無法有效抑制汽溫、負荷的波動。

圖5為快速BTU修正回路的邏輯示意，是在常規(guī)BTU基礎上增加了一個快速計算的PID，利用快速PID判斷BTU的實時修正方向和修正幅度，通過定步長修正加速PID的計算過程，使BTU的修正過程快速穩(wěn)定。該方法已應用于鳳臺電廠2號機組和樂清電廠3號機組。

2.3 完善中間點溫度異常時的調(diào)節(jié)手段

對于通過燃水比控制中間點溫度的直流機組，一旦出現(xiàn)中間點溫度超出高限或者低限的惡劣工況，將威脅到鍋爐的受熱面和其他熱力設備的安全運行。如果仍然通過正常的燃水比控制來調(diào)整燃料與給水的比例，在異常工況下將無法滿足控制要求。因此在給水指令設計中，增加了應急作用的迫增、迫減功能，即在中間點溫度處于失控的應急狀態(tài)下，迫增、迫減給水。

圖5 快速BTU校正控制邏輯

3 汽溫控制策略優(yōu)化

在超(超超)臨界機組的過熱器溫度控制中，燃水比是汽溫控制的關鍵，減溫水僅作為動態(tài)調(diào)節(jié)手段。因此減溫水應保持合適的控制余量，以滿足變工況時的動態(tài)調(diào)節(jié)要求。各級減溫水流量之間的動態(tài)協(xié)調(diào)、總減溫水流量和給水流量的動態(tài)協(xié)調(diào)是保持控制余量的有效手段。

3.1 各級減溫水流量之間的動態(tài)協(xié)調(diào)

由于超（超超）臨界機組中間點與主汽溫測點間的流程跨度很長，控制作用無法直接體現(xiàn)，只能通過多級減溫控制逐級分解傳遞才能有效控制汽溫。雖然各級過熱器出口溫度控制回路是相對獨立的，但可通過各級回路設定值的相互聯(lián)動、控制偏差的前后傳遞、減溫水分配關系的動態(tài)調(diào)整實現(xiàn)汽溫控制的整體平衡。

超（超超）臨界鍋爐一般配置2級或3級減溫器，其中末級減溫器控制末級過熱器出口汽溫，上級減溫器或控制下級過熱器入口汽溫，或控制減溫水的總量。不同類型鍋爐的減溫水控制策略也不同，以日立1000 MW鍋爐為例，配置3級過熱器、2級減溫裝置。二級減溫控制末級過熱器出口汽溫，一級減溫控制一級減溫水流量。一級減溫水流量設定由鍋爐主控的靜態(tài)分配和二級減溫水流量偏差疊加而成，即一級減溫水流量隨二級減溫水流量變化而變化，一旦主汽溫度上升，二級減溫噴水增加，一級減溫也相應增大開度。

3.2 總減溫水流量和給水流量的動態(tài)協(xié)調(diào)

通過不同的減溫水與給水的平衡控制方法，可防止減溫水在燃水不平衡時向某級減溫集中，以平衡減溫水在各級減溫器間的分布。逆向傳遞策略中，鍋爐給水僅控制水冷壁流量，當減溫水流量變化引起水冷壁流量變化，進而引起分離器出口焓值或過熱度變化時，給水指令將及時改變，以保持水冷壁流量的相對穩(wěn)定，阻斷溫度傳導的正強化通道，提高鍋爐汽溫控制水平。

4 結語

對超（超超）臨界機組主重要參數(shù)控制策略的優(yōu)化研究，有效提高了機組AGC考核的有功響應率，減小了負荷變化過程中機組主汽壓力的波動，機組過熱度、汽溫等參數(shù)的控制偏差也明顯減小，機組的自動調(diào)節(jié)品質有所改善。但目前國內(nèi)超（超超）臨界機組的自動調(diào)節(jié)品質與日美同類型機組相比還有較大的差距，對超（超超）臨界機組自動控制的研究任重而道遠。

[1] 尹峰.超（超）臨界機組協(xié)調(diào)控制特性與控制策略[J].中國電力，2008，41（3）∶66-69.

[2] 尹峰.超（超超）臨界機組主汽溫度控制系統(tǒng)控制傳遞策略研究與應用[J].華東電力，2009，37（4）∶0644-0647.