華曉虎++王琳++賈曉紅

摘要：針對北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司包頭第一熱電廠300MW級火電機組AGC控制中存在的負(fù)荷升降速率偏慢、負(fù)荷大幅變動時機組主要參數(shù)波動大、無法適應(yīng)煤質(zhì)變化等現(xiàn)實問題，本文提出結(jié)合模型預(yù)測控制技術(shù)及DEB直接能量平衡控制策略的新型AGC控制解決方案，并通過AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)進行了實施，通過實際應(yīng)用表明：即便在電網(wǎng)AGC指令反復(fù)上下大幅度變動、單邊連續(xù)大幅度上漲或下降、小幅度微量調(diào)整等各種實際工況下，AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)均能保證機組AGC負(fù)荷升降速率滿足蒙西電網(wǎng)1.5%PE/min的要求，且在此過程中，機組主要控制參數(shù)平穩(wěn)變動，保證機組安全、穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：DEB； 模型預(yù)測控制；AGC控制；協(xié)調(diào)控制；先進過程控制

中圖分類號：TM621 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

引言

北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司包頭第一熱電廠1號300MW機組原AGC控制采用常規(guī)負(fù)荷前饋+PID的有差調(diào)節(jié)，為響應(yīng)電網(wǎng)要求，試投運AGC系統(tǒng)，期間發(fā)現(xiàn)AGC系統(tǒng)受煤質(zhì)變化（煤種熱值變化幅度達30%左右）等影響，調(diào)節(jié)品質(zhì)無法滿足電網(wǎng)需求，負(fù)荷升降速率僅能達到0.4%PE/min，若繼續(xù)提高負(fù)荷升降速率則機組主汽壓力、溫度等參數(shù)劇烈波動，嚴(yán)重影響機組安全，鑒于此，北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司包頭第一熱電廠與控軟自動化技術(shù)（北京）有限公司聯(lián)手分析了AGC控制存在的問題及影響AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)的因素，提出了使用AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)行DCS控制系統(tǒng)對AGC控制（包括汽機、鍋爐控制）進行基于模型預(yù)測控制技術(shù)及DEB直接能量平衡控制策略的新型AGC控制解決方案改造的建議，使AGC系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)大幅提高，減小機組主要參數(shù)波動幅度，確保AGC系統(tǒng)的正常、安全投運。

1. 包頭第一熱電廠#1機組AGC系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

包頭第一熱電廠#1機組未優(yōu)化前試投運AGC系統(tǒng)期間，實際負(fù)荷速率僅能達到1.2MW/MIN，大負(fù)荷變工況時主汽壓力波動比較劇烈，偏差最大達到1.3MPa，機組主汽壓力、主汽溫度穩(wěn)定時間超過50分鐘。

通過綜合分析，影響我廠#1機組AGC性能的主要包含如下內(nèi)容：

1.1. 煤質(zhì)變化幅度大，設(shè)計滿發(fā)負(fù)荷煤量為130噸，實際滿發(fā)負(fù)荷煤量從150噸到200噸來回變動，機組原有AGC控制采用DIB直接指令平衡控制策略，往往煤質(zhì)變化影響到主汽壓力變化后，鍋爐主控指令才開始變化，若此時再遇上AGC要求升降負(fù)荷，原有負(fù)荷前饋無法匹配新煤質(zhì)工況，就加劇了主汽壓力波動，導(dǎo)致最后不得不退出AGC控制。

1.2. 鍋爐風(fēng)煤比曲線與實際燃煤無法匹配，導(dǎo)致送風(fēng)自動高負(fù)荷時投不上，導(dǎo)致進入爐膛的風(fēng)量無法及時改變，鍋爐燃燒變緩。

1.3. 給煤機純機械延時太大，煤需求指令下達到給煤機后，30秒后給煤機才開始實際有效增減給煤量，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)純延時變大，燃燒更加緩慢。

1.4. 鍋爐各級減溫自動因基建原因使得減溫器前后溫度測點位置不準(zhǔn)確，減溫控制的測量信號在調(diào)整中不能及時反應(yīng)減溫效果；減溫水調(diào)門流量特性差，減溫調(diào)門死區(qū)過大，調(diào)門開度20%不過量，開度在60%以上閥門到了飽和區(qū)，這樣的閥門特性無法滿足減溫自動的調(diào)節(jié)；減溫自動雖是串級調(diào)節(jié)控制，但對機組負(fù)荷波動較大帶來的主汽溫度變化難以控制，因此常常出現(xiàn)主汽溫度在負(fù)荷波動20MW的情況下超溫7～8℃的現(xiàn)象。

1.5. 鍋爐汽包水位測量自建廠以來一直存在靜態(tài)偏差超差的問題。汽包水位調(diào)節(jié)在定值擾動下，調(diào)節(jié)過程時間在3分鐘內(nèi)，穩(wěn)態(tài)偏差為60～80mm，調(diào)節(jié)參數(shù)有待整定。

2. 解決方案

2.1. 針對機組主要由于煤質(zhì)變化頻繁、鍋爐響應(yīng)遲緩，慣性大（自然狀況下煤--主汽壓力影響延時約4MIN，壓力過渡到穩(wěn)定狀態(tài)需時約25MIN）導(dǎo)致的鍋爐側(cè)能量供給無法滿足汽機側(cè)能量需求，加劇汽機和鍋爐兩個互為耦合關(guān)系的系統(tǒng)的不匹配程度，影響到負(fù)荷響應(yīng)及鍋爐的穩(wěn)定，最終導(dǎo)致AGC系統(tǒng)無法穩(wěn)定、達標(biāo)運行的現(xiàn)狀，我們開發(fā)了以能量需求為核心、以模型預(yù)測控制為手段的新型協(xié)調(diào)控制策略，以能量需求消除煤質(zhì)變化頻繁的影響，以模型預(yù)測控制消除鍋爐響應(yīng)遲緩、慣性大帶來的主汽壓力劇烈波動，即采用AECS-2000先進控制系統(tǒng)（Advanced Process Control簡稱APC）替代機組原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中爐主控部分，簡單原理圖如下：

2.2. 送風(fēng)自動控制優(yōu)化，修正風(fēng)煤比曲線，保證鍋爐燃燒所需空氣量；通過更換風(fēng)量測量裝置及對風(fēng)量測量信號的修正提高鍋爐總風(fēng)量的測量準(zhǔn)確性，在控制回路中加強負(fù)荷前饋作用，滿足機組負(fù)荷變化時對風(fēng)量的需求，加強爐膛氧量的校正作用。

2.3. 汽包水位測量裝置更換為內(nèi)置差壓水位計，克服了環(huán)境溫度對單室平衡容器及參比水柱內(nèi)水密度的影響，使信號更穩(wěn)定，測量的附加誤差更小，補償公式更簡單，結(jié)果更準(zhǔn)確；調(diào)整汽包水位控制參數(shù)，加強積分作用，減小靜態(tài)偏差在允許范圍內(nèi)。

2.4. 兩臺機組給煤量計量進行改造，更換給煤機稱重裝置和給煤機控制積算器，提高給煤量計量準(zhǔn)確度；給煤機控制改進，優(yōu)化給煤機保護邏輯，將電機測速裝置移位，解決了測速探頭易損問題；對于磨煤機制粉系統(tǒng)，對磨煤機磨輥加載油壓變化做了簡單的自動控制 ，根據(jù)磨煤機煤量變化，及時調(diào)整磨煤機磨輥的加載油壓，確保磨煤機在負(fù)荷變化過程中及時向爐膛提供燃料。

2.5. 檢查核對減溫自動控制回路溫度信號的測量位置的正確性；嚴(yán)格檢修減溫水調(diào)整門的執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)高閥門動作精度；優(yōu)化調(diào)整控制參數(shù)；增加負(fù)荷前饋作用，減小主汽壓力和蒸汽流量變化對主汽溫度和再熱蒸汽溫度的影響。

3、AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)應(yīng)用的總結(jié)及經(jīng)濟性分析

AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)通過將模型預(yù)測控制與DEB直接能量平衡控制策略有機結(jié)合，從根本性上解決了目前火電機組AGC控制中普遍存在的主汽壓力響應(yīng)滯后大、慣性大、煤質(zhì)變化頻繁等老大難問題，提高機組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供了強有力的保證；同時AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)由于還提供了豐富的主流先進控制模塊（如內(nèi)?？刂啤f(xié)調(diào)控制、解耦控制等）和友好的人機交互功能，只需要幾個模塊的簡單組合就能完成十分復(fù)雜的過程控制方案，因此適用性強，具有廣闊的推廣空間。

AECS-2000先進過程控制系統(tǒng)優(yōu)化#1機組AGC后的效益分析：我廠#1機組AGC優(yōu)化后，機組直接經(jīng)濟效益為電網(wǎng)公司AGC系統(tǒng)考核電量，每月考核電量可由目前被罰電量轉(zhuǎn)為每月被獎勵1000MW—2000MW之間，以上網(wǎng)電價0.3元計算，每月平均約節(jié)約30萬—60萬元，一年節(jié)約大約360萬元—720萬元左右；間接經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在機組穩(wěn)定安全運行，減少機組蒸汽參數(shù)波動，減少風(fēng)、煤、水的波動，延長鍋爐管材壽命，減少爆管，年約產(chǎn)生經(jīng)濟效益150萬元左右，綜合直接和間接經(jīng)濟效益，我廠#1機組AGC優(yōu)化后，單臺機組年經(jīng)濟效益約為870萬以上。

參考文獻：

[1]孫奎明，時海剛.熱工自動化[M].中國電力出版社，2006 ISBN7-5083-3722-0.

[2]張鐵軍，呂劍虹，華志剛， 機爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)的模糊增益調(diào)度預(yù)測控制[J]中國電機工程學(xué)報，2005，25（4）： 158-165.

[3]畢貞福，王文寬，孟祥榮.火力發(fā)電廠熱工自動控制實用技術(shù)[M].中國電力出版社，2008 ISBN978-7-5083-6246-5.

一定保留：

【作者簡介】

1.華曉虎（1974.6-），男，呼和浩特市人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：電氣自動化及其應(yīng)用

2.王琳（1978.2-），男，山東濰坊人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：火電廠自動控制

3.賈曉紅（1969.10-），女，內(nèi)蒙古包頭人，大學(xué)本科，高級工程師，研究方向：熱工自動化